Динамическая оценка риска камнепадов с использованием слияния многотре́бованных источников данных и 3D‑моделирования: пример скалы Цзяохуа

Почему падающие глыбы важны для повседневной жизни

В крутых горных районах огромные массивы породы могут внезапно оторваться и срикошетить вниз по склону, за секунды разрушая дома, дороги и линии электропередач. В этом исследовании внимание сосредоточено на подобных камнепадах над небольшим селением в районе водохранилища Трех Ущелий в Китае. Объединив детальные полевые съёмки, картирование с дронов и современные компьютерные симуляции, исследователи показали, как и где вероятно будет перемещаться порода и насколько это опасно — информация, которая может помочь защитить сотни жителей, живущих непосредственно под нестабильными обрывами.

Деревня под опасным утесом

Район скалы Цзяохуа расположен в районе Кайчжоу Чунцина, примерно в 300 километрах вверх по течению от плотины Трех Ущелий. Рельеф представляет собой серию уступов из песчаника, разделённых крутыми склонами и низкими, более пологими площадками, где люди построили дома и дороги. Сильные сезонные дожди и сложное залегание пород создали высокие скальные стены над селением Баоань, где 48 домохозяйств и важная сельская дорога находятся на потенциальном пути падения блоков. С 2004 года несколько инцидентов с обвалами уже показали, что это не теоретическая проблема, а повторяющаяся угроза.

Как трещины подготавливают обвал

Полевые бригады детально обследовали утес и выделили шесть основных зон нестабильной породы, помеченных WY1–WY6, расположенных высоко на первом уступе. Песчаник в целом прочный, но его прорезает сеть трещин и разломов. Слегка наклонная поверхность под блоками действует как скрытая плоскость скольжения, а крутые, почти вертикальные трещины по бокам способствуют освобождению глыб. Во время сильных дождей вода проникает в эти щели, повышая давление и ослабляя породу вдоль трещин. Применяя геометрические правила, исследователи рассчитали «критический угол склона» в 57 градусов: там, где рельеф круче этого порога, гравитация и структура породы в сочетании делают обвал гораздо более вероятным.

Проследить виртуальные глыбы по склону

Чтобы понять, что происходит после отрыва блока, команда создала высокодетализированную 3D‑модель местности по снимкам с дрона и провела симуляции с помощью специализированной программы для моделирования камнепадов. Они отпустили виртуальные блоки из каждой из шести опасных зон и отслеживали их скорость, высоту отскока, дальность пробега и энергию. Компьютерная модель воспроизвела наблюдаемые дальности пробега с погрешностью около 5 процентов, что укрепляет уверенность в реалистичности предсказаний. Результаты выявили два принципиально разных режима движения, связанных с тем, где начинаются падения.

Два способа, которыми глыбы могут причинить вред

Блоки из верхне‑средних источников утеса (WY1–WY3) проходят относительно короткую дистанцию, но очень быстро набирают скорость, превышая 30 метров в секунду менее чем за 15 секунд. Их кинетическая энергия резко достигает пика, и они могут отскакивать на высоту 15–22 метра — достаточно, чтобы перелететь через деревья и низкие постройки и врезаться прямо в основную группу домов внизу. Расчеты показывают, что удар одного из таких крупных блоков может создать силы в тысячи раз превышающие силы автомобильной аварии, далеко за пределами прочности обычных каменных стен. В отличие от них, блоки из более высоких, более пологих частей утеса (WY4–WY6) следуют более длинным, извилистым траекториям. Они теряют энергию, катясь, скользя и отскакивая по смешанному рельефу, но часть из них всё же достигает рассеянных домов и village‑дороги с достаточной силой, чтобы повредить постройки и ставить под угрозу людей вдоль широкого коридора.

Превращение науки в меры защиты на месте

Поскольку два типа камнепадов ведут себя по‑разному, исследователи утверждают, что универсальный подход не сработает. Для коротких, высокоэнергетических падений, угрожающих основной жилой зоне, они рекомендуют прямо укреплять нестабильные блоки анкерными болтами и устанавливать прочные стальные сетчатые барьеры и амортизирующие слои между утесом и домами, чтобы поймать быстрые, высоко отскакивающие глыбы. Для более длительных пробегов с убывающей энергией они предлагают ступенчатую систему террас, поглощающих энергию покрытий, отводных каналов и конечных стен, которые постепенно отводят импульс глыб и направляют их в сторону от домов и дорог. В сочетании с мониторингом в реальном времени эти меры дают практическую дорожную карту по снижению риска на скале Цзяохуа и служат моделью для защиты других горных сообществ, живущих в тени нестабильных утесов.

Цитирование: Zhao, X., Fen, W., Dai, Z. et al. Dynamic rockfall risk assessment using multi-source data fusion and 3D simulation: a case study of Jiaohua rock. Sci Rep 16, 5903 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-36769-8

Ключевые слова: камнепад, опасность оползней, горные деревни, Три Ущелья, смягчение последствий стихийных бедствий