ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ

Transcript

1 ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΣΧΟΛΗ ΑΓΡΟΝΟΜΩΝ ΤΟΠΟΓΡΑΦΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΕΡΓΩΝ ΥΠΟΔΟΜΗΣ & ΑΓΡΟΤΙΚΗΣ ΑΝΑΠΤΥΞΗΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΔΟΜΙΚΗΣ ΜΗΧΑΝΙΚΗΣ Ζωνοποίηση της Επικινδυνότητας λόγω Κατολισθήσεων στο χώρο της Ηπειρωτικής Ελλάδας με χρήση Συστημάτων Γεωγραφικών Πληροφοριών Απεικόνιση σε χάρτη μικρής κλίμακας ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ Κυριακή Γεωργία Π. Βολιώτη Επιβλέπων : Μιχαήλ Σακελλαρίου Καθηγητής Ε.Μ.Π. Αθήνα, Οκτώβριος 2009

2 Περιεχόμενα i ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΠΙΝΑΚΑΣ ΧΑΡΤΩΝ ΠΙΝΑΚΑΣ ΣΧΗΜΑΤΩΝ ΠΙΝΑΚΑΣ ΠΙΝΑΚΩΝ ΠΙΝΑΚΑΣ ΙΣΤΟΓΡΑΜΜΑΤΩΝ Ευχαριστίες Περίληψη...1 Εισαγωγή Γενικά στοιχεία κατολισθήσεων Συλλογή δεδομένων 1.1 Γενικά Είδη κατολισθήσεων Γενικές αρχές ζωνοποίησης του κινδύνου έναντι κατολισθήσεων Διερεύνηση παραγόντων που επιδρούν στη κατολίσθηση φυσικών πρανών. Συλλογή δεδομένων Παράγοντες οι οποίοι προέρχονται από το ψηφιακό μοντέλο εδάφους Υψόμετρο Κλίση πρανών (slope) Αζιμούθιο πρανών (aspect) Καμπυλότητα πρανών κατά τη διεύθυνση της κλίσης (profile curvature) και κάθετα σε αυτή (plan curvature) Ενδογενείς και εξωγενείς παράγοντες περιβάλλοντος Λιθολογική σύσταση και δομή σχηματισμών, γεωλογικές συνθήκες Σεισμική δραστηριότητα Ατμοσφαιρικά κατακρημνίσματα Χρήσεις γης Μορφή αποθήκευσης χαρτών...26

3 Περιεχόμενα ii 2. Επεξεργασία Δεδομένων Προτεινόμενη μεθοδολογία 2.1 Γενικά χαρακτηριστικά Συστημάτων Γεωγραφικών Πληροφοριών Συνοπτική Παρουσίαση μεθόδων προσδιορισμού κινδύνου κατολισθήσεων Υπέρθεση παραμετρικών χαρτών με τη χρήση κατάλληλων βαρών (map index overlay) Επιλογή Βαρών παραμετρικών χαρτών Βάρη από Μ. Φερεντίνου (2004) Βάρη από S. Lee, (2004) Βάρη από C. Melchiorre (2008) Βάρη από Μ. Pavel (2007) Βάρη από E. Yesilnacar / T.Topal, (2005) Επεξεργασία δεδομένων Υψόμετρο Κλίση πρανών (slope) Προσανατολισμός των πρανών (ΑΖΙ) Καμπυλότητα πρανούς κατά τη διεύθυνση κλίσης (profile curvature) και κάθετα σ αυτήν (plan curvature) Λιθολογική σύσταση Ατμοσφαιρικά κατακρημνίσματα (μέσο ετήσιο ύψος βροχής) Σεισμική δραστηριότητα Χρήσεις γης Ταξινόμηση δεδομένων εφαρμογή σε περιβάλλον Arc Map Κανονικοποίηση ως προς τη μονάδα των δεδομένων των παραμετρικών χαρτών Συσχέτιση δεδομένων παραμετρικών χαρτών βάσης θέσεων συμβάντων κατολισθήσεων Συσχέτιση ψηφιακού μοντέλου εδάφους βάσης θέσεων κατολισθήσεων Συσχέτιση χάρτη κλίσεων εδάφους βάσης θέσεων κατολισθήσεων Συσχέτιση χάρτη προσανατολισμού πρανών βάσης θέσεων κατολισθήσεων Συσχέτιση χάρτη καμπυλότητας πρανών κατά τη διεύθυνση της κλίσης τους - βάσης θέσεων κατολισθήσεων Συσχέτιση χάρτη καμπυλότητας πρανών κάθετα στη διεύθυνση της κλίσης τους βάσης θέσεων κατολισθήσεων Συσχέτιση τεχνικογεωλογικού χάρτη - βάσης θέσεων κατολισθήσεων Συσχέτιση βροχομετρικού χάρτη βάσης θέσεων κατολισθήσεων...73

4 Περιεχόμενα iii Συσχέτιση χάρτη κρίσιμης σεισμικής επιτάχυνσης βάσης κατολισθήσεων Συσχέτιση χάρτη χρήσεων γης βάσης θέσεων κατολισθήσεων Υπέρθεση παραμετρικών χαρτών Δημιουργία τελικού χάρτη 3.1 Πρόσθεση παραμετρικών χαρτών πολλαπλασιασμένων επί το βάρος τους (weighted Sum, Arc Map ) Δημιουργία χάρτη βαθμού κινδύνου με τη βοήθεια λειτουργίας map algebra Δημιουργία ζωνών βαθμού κινδύνου κατολίσθησης Συσχέτιση τελικών χαρτών και συμβάντων κατολισθήσεων Αξιολόγηση Κριτική Τελικών Χαρτών Ζωνών Κινδύνου Κατολίσθησης Αξιολόγηση χάρτη με βάρη από Μ. Φερεντίνου Αξιολόγηση χάρτη με βάρη από Μ. Φερεντίνου και κανονικοποίηση δεδομένων Αξιολόγηση χάρτη με βάρη από S.Lee (χωρίς και με κανονικοποίηση) Αξιολόγηση χάρτη με βάρη από C. Melchiorre (χωρίς και με κανονικοποίηση Αξιολόγηση χάρτη με βάρη από Μ. Pavel (χωρίς και με κανονικοποίηση Αξιολόγηση χάρτη με βάρη από E.Yesilnacar Topal (χωρίς και με κανονικοποίηση) Συμπεράσματα...98 Βιβλιογραφία...100

5 Περιεχόμενα iv Πίνακας Xαρτών Χάρτης 1 Αναπαράσταση Αναγλύφου Ηπειρωτικής Ελλάδας...28 Χάρτης 2 Αναπαράσταση Κλίσεων Εδάφους Ηπειρωτικής Ελλάδας Χάρτης 3 Αναπαράσταση Προσανατολισμού Πρανών Ηπειρωτικής Ελλάδας Χάρτης 4 Αναπαράσταση Καμπυλότητας Πρανών κατά τη διεύθυνση της κλίσης τους...31 Χάρτης 5 Αναπαράσταση Καμπυλότητας Πρανών κάθετα σ τη διεύθυνση της κλίσης τους Χάρτης 6 Χάρτης 7 Τεχνικογεωλογικός χάρτης...33 Βροχομετρικός Χάρτης Ηπειρωτικής Ελλάδας...34 Χάρτης 8 Αναπαράσταση Κρίσιμης Σεισμικής Επιτάχυνσης Χάρτης 9 Αναπαράσταση Χρήσεων Γης Ηπειρωτικής Ελλάδας...36 Χάρτης 10 Χάρτης 11 Κωδικοποίηση Υψομέτρου...59 Κωδικοποίηση κλίσεων Εδάφους...60 Χάρτης 12 Κωδικοποίηση Προσανατολισμού Πρανών Χάρτης 13 Χάρτης 14 Κωδικοποίηση Profile Curvature...62 Κωδικοποίηση Plan Curvature...63 Χάρτης 15 Κωδικοποίηση μέσου ετήσιου ύψους βροχής...64 Χάρτης 16 Κωδικοποίηση Σεισμικής Επιτάχυνσης...65 Χάρτης 17 Κανονικοποίηση κωδικοποιημένου μέσου ύψους βροχής Χάρτης 18 Χάρτης 19 Χάρτης 20 Ζωνοποίηση κινδύνου εμφάνισης κατολισθήσεων στην Ηπειρωτική Ελλάδα, βάρη παραγόντων από Μ. Φερεντίνου Ζωνοποίηση κινδύνου εμφάνισης κατολισθήσεων στην Ηπειρωτική Ελλάδα, βάρη παραγόντων από Μ. Φερεντίνου Ζωνοποίηση κινδύνου εμφάνισης κατολισθήσεων στην Ηπειρωτική Ελλάδα, βάρη παραγόντων από Μ. Φερεντίνου και κανονικοποίηση δεδομένων

6 Περιεχόμενα v Χάρτης 21 Ζωνοποίηση κινδύνου εμφάνισης κατολισθήσεων στην Ηπειρωτική Ελλάδα, βάρη παραγόντων S.Lee...83 Χάρτης 22 Ζωνοποίηση κινδύνου εμφάνισης κατολισθήσεων στην Ηπειρωτική Ελλάδα, βάρη παραγόντων S.Lee και κανονικοποίηση δεδομένων...84 Χάρτης 23 Χάρτης 24 Χάρτης 25 Χάρτης 26 Χάρτης 27 Χάρτης 28 Ζωνοποίηση κινδύνου εμφάνισης κατολισθήσεων στην Ηπειρωτική Ελλάδα, βάρη παραγόντων C. Melchiorre...85 Ζωνοποίηση κινδύνου εμφάνισης κατολισθήσεων στην Ηπειρωτική Ελλάδα, βάρη παραγόντων C. Melchiorre και κανονικοποίηση δεδομένων...86 Ζωνοποίηση κινδύνου εμφάνισης κατολισθήσεων στην Ηπειρωτική Ελλάδα, βάρη παραγόντων Μ. Pavel Ζωνοποίηση κινδύνου εμφάνισης κατολισθήσεων στην Ηπειρωτική Ελλάδα, βάρη παραγόντων Μ. Pavel και κανονικοποίηση δεδομένων Ζωνοποίηση κινδύνου εμφάνισης κατολισθήσεων στην Ηπειρωτική Ελλάδα, βάρη παραγόντων E. Yesilnacar T. Topal...89 Ζωνοποίηση κινδύνου εμφάνισης κατολισθήσεων στην Ηπειρωτική Ελλάδα, βάρη παραγόντων E. Yesilnacar T. Topal και κανονικοποίηση δεδομένων...90

7 Περιεχόμενα vi Πίνακας Σχημάτων Σχ. 1 (A) Πτώση βράχων (Nilsen, et.al., 1979), (B) Ανατροπή βράχων (Kehew, 1995)...9 Σχ. 2 Ανατροπή λόγω κάμψης: (Goodman & Bray, 1976) Σχ. 3 (α) Περιστροφική ολίσθηση βράχου, (β) Μεταθετική ολίσθηση γαιών (Varnes, 1978)...11 Σχ. 4 Παραδείγματα (Α) μεταθετικής ολίσθησης και (Β) κυκλικής ολίσθησης (Nilsen et. al., 1979)...11 Σχ. 5 Αστοχία μορφής σφήνας...11 Σχ. 6 Σχ. 7 Αστοχία επίπεδης μορφής ολίσθησης...11 Εκτάσεις βράχων χωρίς καλώς ορισμένη επιφάνεια διάτμησης ή ζώνη πλαστικής ροής (Varnes, 1978)...12 Σχ. 8 Ροή ξηρής άμμου (Varnes, 1978)...12 Σχ. 9 Μορφολογικά Χαρακτηριστικά Πρανούς Σχ. 10 Σχ. 11 Υπολογισμός καμπυλότητας πρανούς...20 Παράδειγμα τρόπου αποθήκευσης πληροφορίας με τη μορφή κανάβου ακέραιου αριθμού...26 Σχ. 12 Προτεινόμενη ταξινόμηση μεθόδων προσδιορισμού κινδύνου κατολισθήσεων, Aleotti et al (1999) Σχ. 13 Διάγραμμα ροής προτεινόμενης μεθοδολογίας για τη δημιουργία χάρτη ζωνών κινδύνου εμφάνισης κατολισθήσεων...39

8 Περιεχόμενα vii Πίνακας Πινάκων Πιν. 1 Κατάταξη των κύριων φυσικών κινδύνων βάσει αριθμού θανάτων...3 Πιν. 2 Σύντομη ταξινόμηση των κατολισθητικών κινήσεων Varnes (1978), Cruden & Varnes, (1996)...8 Πιν. 3 Παράγοντες που επιδρούν στην εμφάνιση κατολίσθησης...15 Πιν. 4 Βάρη παραγόντων από Μ. Φερεντίνου Πιν. 5 Πιν. 6 Βάρη παραγόντων κατά S. Lee...43 Βάρη παραγόντων κατά C. Melchiorre...44 Πιν. 7 Βάρη Παραγόντων κατά Μ.Pavel...44 Πιν. 8 Βαρη Παραγόντων κατά E. Yesilnacar / T. Topal Πιν. 9 Βάρη ανά Παράγοντα Κατολίσθησης και ανά Μελετητή...45 Πιν. 10 Κατανομή συχνότητας κατολισθήσεων σε σχέση με το υψόμετρο...47 Πιν. 11 Κωδικοποίηση υψομέτρου...48 Πιν. 12 Κατανομή συχνότητας κατολισθήσεων σε σχέση με την κλίση ασταθών πρανών...48 Πιν. 13 Κωδικοποίηση κλίσεων πρανών...49 Πιν. 14 Κατανομή συχνότητας κατολισθήσεων σχετικά με τον προσανατολισμό των πρανών...50 Πιν. 15 Κωδικοποίηση προσανατολισμού πρανών...51 Πιν. 16 Κωδικοποίηση καμπυλότητας πρανών...52 Πιν. 17 Κατανομή συχνότητας κατολισθήσεων σε διαφορετικές λιθολογικές ενότητες...52 Πιν. 18 Κωδικοποίηση Λιθολογίας...53 Πιν. 19 Κατανομή συχνότητας κατολισθήσεων ανά κατηγορία μέσου ετήσιου ύψους βροχής...54 Πιν. 20 Κωδικοποίηση μέσου ετήσιου ύψους βροχής...55 Πιν. 21 Κωδικοποίηση κρίσιμης σεισμικής επιτάχυνσης Πιν. 22 Κωδικοποίηση χρήσεων γης...56

9 Περιεχόμενα viii Πίνακας Ιστογραμμάτων Ιστ. 1 Κατανομή συχνότητας κατολισθήσεων σε σχέση με το υψόμετρο...47 Ιστ. 2 Κατανομή συχνότητας κατολισθήσεων σε σχέση με την κλίση πρανών...49 Ιστ. 3 Κατανομή συχνότητας κατολισθήσεων σχετικά με τον προσανατολισμό των πρανών Ιστ. 4 Κατανομή συχνότητας κατολισθήσεων σε διαφορετικές λιθολογικές ενότητες...53 Ιστ. 5 Συχνότητα κατολισθήσεων ανά κατηγορία μέσου ετήσιου ύψους βροχής...54 Ιστ. 6 Συχνότητα κατολισθήσεων ανά χρήση γης (Βάση Κούκη)...56 Ιστ. 7 Αριθμός κατολισθήσεων ανά υψομετρική κατηγορία (m) Ιστ. 8 Ιστ. 9 Ιστ. 10 Αριθμός κατολισθήσεων ανά κατηγορία κλίσεων εδάφους...69 Αριθμός κατολισθήσεων ανά κατηγορία προσανατολισμού πρανών...70 Αριθμός κατολισθήσεων ανά κατηγορία καμπυλότητας πρανών κατά τη διεύθυνση της κλίσης τους...71 Ιστ. 11 Αριθμός κατολισθήσεων ανά κατηγορία καμπυλότητας πρανών κάθετα στη διεύθυνση της κλίσης τους...72 Ιστ. 12 Αριθμός κατολισθήσεων ανά κατηγορία γεωλογικού σχηματισμού...72 Ιστ. 13 Αριθμός κατολισθήσεων ανά κατηγορία ψηφιοποιημένου βροχομετρικού χάρτη...73 Ιστ. 14 Αριθμός κατολισθήσεων ανά σεισμική ζώνη...73 Ιστ. 15 Αριθμός κατολισθήσεων ανά χρήση γης...74 Ιστ. 16 Αριθμός καταγεγραμμένων κατολισθήσεων ανά ζώνη βαθμού κινδύνου (κατά M. Φερεντίνου)...91 Ιστ. 17 Αριθμός καταγεγραμμένων κατολισθήσεων ανά ζώνη βαθμού κινδύνου (κατά M. Φερεντίνου, υπέρθεση με κανονικοποιημένα δεδομένα)...92 Ιστ. 18 Αριθμός κατολισθήσεων ανά ζώνη βαθμού κινδύνου (κατά S.Lee)...93 Ιστ. 19 Αριθμός κατολισθήσεων ανά ζώνη βαθμού κινδύνου (κατά S.Lee), (υπέρθεση με κανονικοποιημένα δεδομένα)...93

10 Περιεχόμενα ix Ιστ. 20 Ιστ. 21 Αριθμός κατολισθήσεων ανά ζώνη βαθμού κινδύνου (κατά C.Melchiorrre)...94 Αριθμός κατολισθήσεων ανά ζώνη βαθμού κινδύνου (κατά C.Melchiorrre) (υπέρθεση με κανονικοποιημένα δεδομένα)...94 Ιστ. 22 Αριθμός κατολισθήσεων ανά ζώνη βαθμού κινδύνου (κατά M. Pavel)...95 Ιστ. 23 Αριθμός κατολισθήσεων ανά ζώνη βαθμού κινδύνου (κατά M. Pavel) (υπέρθεση με κανονικοποιημένα δεδομένα)...95 Ιστ. 24 Ιστ. 25 Αριθμός κατολισθήσεων ανά ζώνη βαθμού κινδύνου (κατά E.Yesilnacar Topal)...96 Αριθμός κατολισθήσεων ανά ζώνη βαθμού κινδύνου (κατά E.Yesilnacar Topal) (υπέρθεση με κανονικοποιημένα δεδομένα)...96

11 Ευχαριστίες i Ευχαριστίες Πριν από την παρουσίαση της παρούσας εργασίας, θα ήθελα να ευχαριστήσω θερμά: Τον καθηγητή μου κ. Μιχαήλ Σακελλαρίου, καθηγητή Ε.Μ.Π. για τη συνεχή καθοδήγηση και συμπαράσταση σε όλη τη διάρκεια της εκπόνησης της. Την επιστημονική συνεργάτιδα του κ. Μαρία Φερεντίνου, διδάκτωρα Ε.Μ.Π για την πολύτιμη βοήθεια της σε θεωρητικό και πρακτικό επίπεδο, σε όλη τη διάρκεια της εκπόνησης της εργασίας. Την κ. Λήδα Στάμου από το εργαστήριο χαρτογραφίας για τη βοήθεια της σε θέματα ΣΓΠ στην αρχή της εκπόνησης της εργασίας. Το προσωπικό του Help Desk της Marathon Data που ήταν πάντα πρόθυμο να λύσει τις όποιες απορίες μου σε τεχνικά θέματα που αφορούσαν στο πρόγραμμα Arc Map. Τα αδέρφια μου Αχιλλέα και Κώστα Βολιώτη και τους φίλους μου για την υποστήριξη και την ενθάρρυνση τους. Αθήνα, Οκτώβριος 2009 Κυριακή Γεωργία Π. Βολιώτη

12 Περίληψη 1 Περίληψη Αντικείμενο της εργασίας είναι η ζωνοποίηση του κινδύνου εμφάνισης κατολισθήσεων στην περιοχή της ηπειρωτικής Ελλάδας σε περιβάλλον Συστημάτων Γεωγραφικών Πληροφοριών, εστιάζοντας στα ποιοτικά κριτήρια που επηρεάζουν το φαινόμενο (κλίση, καμπυλότητα και προσανατολισμός πρανών, υψόμετρο, μέγεθος σεισμικής επιτάχυνσης, μέσο ετήσιο ύψος βροχής και χρήσεις γης). Η μελέτη στηρίχθηκε στην υπέρθεση χαρτών που περιγράφουν τον κάθε ένα από τους παραπάνω παράγοντες, χρησιμοποιώντας ταυτόχρονα τα κατάλληλα βάρη ως προς την επιρροή τους στο φαινόμενο των κατολισθήσεων, (map index overlay). Για το σκοπό αυτό συλλέχθηκαν πληροφορίες που αφορούν στους παραπάνω παράγοντες και αποδόθηκαν σε χάρτες ψηφιδωτής μορφής (raster). Η πληροφορία κάθε χάρτη οργανώθηκε σε κατάλληλο αριθμό κατηγοριών. Κάθε μία απ αυτές βαθμολογήθηκε διαφορετικά βάσει μιας κλίμακας στην οποία ο μεγαλύτερος βαθμός αντιστοιχεί σ εκείνη την κατηγορία της πληροφορίας που επηρεάζει περισσότερο το φαινόμενο των κατολισθήσεων. Τα βάρη αντλήθηκαν από μελέτη συμβάντων κατολισθήσεων στον Ελλαδικό χώρο και των παραγόντων που τις επηρεάζουν. Ο χάρτης που προκύπτει από την εφαρμογή της παραπάνω μεθοδολογίας αποδίδει ικανοποιητικά τη διαβάθμιση του κινδύνου εμφάνισης κατολισθήσεων στην περιοχή μελέτης. Επιπρόσθετα η υπέρθεση των χαρτών πραγματοποιήθηκε χρησιμοποιώντας τα βάρη που προέκυψαν από άλλες επιστημονικές έρευνες πέραν του ελληνικού χώρου στα πλαίσια συγκριτικής μελέτης. Προέκυψε πως υπάρχει αδυναμία εφαρμογής βαρών που αφορούν σε διαφορετικές γεωλογικές ζώνες από την περιοχή μελέτης, ιδίως όταν δεν υπάρχουν πληροφορίες για το σύνολο των παραγόντων που εξετάζονται στην εκάστοτε εργασία. Αναφέρονται συνοπτικά τα συμπεράσματα που προκύπτουν από την παρούσα εργασία καθώς και κάποιες προτάσεις για περαιτέρω βελτίωσης των αποτελεσμάτων στα πλαίσια της μεθοδολογίας που εφαρμόστηκε.

13 Summary Summary The subject of this thesis is the hazard zoning of landslides in the region of continental Greece using Geographic Information Systems technology and focusing on the qualitative factors that influence the phenomenon: surface gradient, curvature & orientation of slopes, elevation, seismic ground acceleration, average annual amount of precipitation and land uses. The study is based on the map index overlay method. Each map is assigned an appropriate weight for its contribution to the phenomenon of landslides. To this end information regarding the above factors was gathered and recorded in grid (raster) form files. The information of each map was organized in a suitable number of categories. Each category received different marks, based on a scale in which the highest mark corresponds to that category that has the highest contribution to the phenomenon of landslides. The weights were taken from a study on the incidents of landslides in Greece and the factors that affect them. The map that results from the application of this methodology describes the gradation of landslide hazard in the region of the study satisfactorily. In addition, the map index overlay method was applied using weight results from other scientific studies outside Greece, for comparison purposes. The produced maps showed a weakness in the application of weights from geological areas other than the region of study, especially when there is no information on all the factors that are examined in each study. Conclusions that result from the present study as well as proposals for further improvement of results in the context of the methodology applied are presented in brief.

14 Εισαγωγή 2 Εισαγωγή Έχει υπολογιστεί πως οι διάφορες φυσικές καταστροφές κοστίζουν στην παγκόσμια οικονομία παραπάνω από εκατομμύρια ευρώ ετησίως. Τα δύο τρίτα από αυτό το ποσό αναφέρεται Τα δύο τρίτα από αυτό το ποσό αναφέρεται στο κόστος της πρόβλεψης, πρόληψης και μετρίασης των ζημιών που προκαλούνται. Ως φυσική επικινδυνότητα ( natural hazard) έχει καθοριστεί από την unesco η πιθανότητα εμφάνισης ενός καταστροφικού φυσικού φαινομένου εντός μιας καθορισμένης χρονικής περιόδου σε δεδομένη περιοχή. Παρόλα αυτά οι γεωλογικές καταστροφές δεν είναι απαραίτητα προϊόντα φυσικής διεργασίας αλλά πολλές από αυτές επηρεάζονται ή προκαλούνται από την ανθρώπινη δραστηριότητα. Η συχνότητα των κατολισθήσεων φαίνεται να βρίσκεται σε άνοδο. Οι κύριοι λόγοι για την παρατηρούμενη αύξηση των καταστροφών από κατολισθήσεις είναι η αύξηση της ευαισθησίας της επιφάνειας του εδάφους ως προς την ευστάθεια, αποτέλεσμα της υπερεκμετάλλευσης των φυσικών πόρων και της αποδάσωσης, αλλά και της μεγαλύτερης ευπάθειας του εκτεθειμένου πληθυσμού ως αποτέλεσμα της ανάπτυξης της αστικοποίησης και της ανεξέλεγκτης χρήσης γης. Επιπλέον, οι παραδοσιακά ακατοίκητες περιοχές όπως τα βουνά χρησιμοποιούνται όλο και περισσότερο για λόγους ψυχαγωγικούς και μεταφορών, επιτείνοντας το πρόβλημα. Η αλλαγή κλίματος και η δυνατότητα για περισσότερες ακραίες καιρικές συνθήκες μπορούν επίσης να είναι ένας συμβάλλοντας παράγοντας. Τα άμεσα αποτελέσματα των κατολισθήσεων είναι η καταστροφή περιουσιών ή ακόμη και απώλεια ανθρώπινων ζωών και τα έμμεσα η απόφραξη ρεμάτων ποταμών, η πλήρωση λεκανών ταμιευτήρων, αλλοίωση ποταμών με κορήματα και λάσπες, καταστροφή αγροτικής γης κτλ. Από την άλλη ίσως είναι ειρωνικό το γεγονός (Κeller, 1988) πως πολλές από τις φυσικές διεργασίες, μια από αυτές οι κατολισθήσεις, πέραν του καταστρεπτικού τους χαρακτήρα υπηρετούν σημαντικές λειτουργίες συντήρησης του περιβάλλοντος. Οι κατολισθήσεις συμβάλλουν στη δημιουργία λιμνών στις ορεινές περιοχές που αποτελούν χρήσιμους ταμιευτήρες νερού και προσδίδουν φυσική ομορφιά (περίπτωση Μικρού Χωριού, Ευρυτανία π.χ.) Αν και οι κατολισθήσεις εμφανίζονται συχνότερα σε σχέση με άλλες σημαντικές φυσικές καταστροφές, ταξινομούνται μάλλον χαμηλά από την άποψη του αριθμού μοιραίων περιστατικών από διαφορετικούς κίνδυνους, όπως φαίνεται και στον παρακάτω πίνακα. Υπάρχει εντούτοις λόγος να θεωρείται ότι ο αριθμός των θυμάτων λόγω εδαφικών κινήσεων υποτιμάται συνολικά. Και αυτό γιατί στις διεθνείς βάσεις δεδομένων φυσικών καταστροφών ο αριθμός των θυμάτων συσχετίζεται με το πρωταρχικό παράγοντα που προκάλεσε την καταστροφή και όχι με τον παράγοντα που ήταν η αιτία της μοιραίας κατάληξης.

15 Εισαγωγή 3 Xαρακτηριστικό είναι το παράδειγμα της καταστροφής που συνέβη το 1999 στη Βενεζουέλα όπου πάνω από άνθρωποι έχασαν τη ζωή τους. Η απώλεια αυτή αποδόθηκε στις πλημμύρες που έπληξαν την περιοχή η πραγματικότητα όμως είναι πως οι περισσότεροι από αυτούς τους θανάτους οφείλονταν στις μεγάλες κατολισθήσεις που συνέβησαν στην περιοχή ως αποτέλεσμα της έντονης βροχόπτωσης. Οι πίνακες που ακολουθούν βασίστηκαν στην παγκόσμια βάση δεδομένων φυσικών καταστροφών EM-DAT ( Να σημειωθεί πως για να καταγραφεί ένα συμβάν ως φυσική καταστροφή στην ανωτέρα βάση θα πρέπει να ικανοποιείται μία τουλάχιστον από τις παρακάτω προϋποθέσεις : Να έχουν αναφερθεί τουλάχιστον 10 θάνατοι ανθρώπων Τουλάχιστον 100 άνθρωποι να έχουν επηρεαστεί από το συμβάν Να έχει ζητηθεί διεθνής βοήθεια Το πληγέν κράτος να έχει κηρυχθεί σε κατάσταση έκτακτης ανάγκης. Κατάταξη Φυσικός κίνδυνος Θάνατοι Θάνατοι Ξηρασία Θύελλες Πλημμύρες Σεισμοί Ηφαιστειακές εκρήξεις Ακραίες θερμοκρασίες Κατολισθήσεις Τσουνάμι Πυρκαγιές Σύνολο Πίνακας 1 Κατάταξη των κύριων φυσικών κινδύνων βάσει αριθμού θανάτων Η πραγματικότητα είναι πως η έκταση του προβλήματος δεν έχει πλήρως αναγνωρισθεί, καθώς είναι πολύ λίγες οι χώρες (Η.Π.Α, Αυστραλία, Γαλλία, Ιαπωνία, Ιταλία) οι οποίες βρίσκονται σε μια διαδικασία συστηματικής καταγραφής και στενής παρακολούθησης τέτοιων φαινομένων έτσι ώστε να καθοριστεί πλήρως το πλαίσιο των καταστροφικών συνεπειών. Διεθνώς πραγματοποιείται έρευνα στο θέμα της μελέτης των κατολισθήσεων. Ιδιαίτερα την τελευταία δεκαετία συντελείται συστηματική καταγραφή των συμβάντων και η έρευνα προσανατολίζεται στον προσδιορισμό των παραμέτρων που συντελούν στην εκδήλωση τέτοιων φαινομένων.

16 Εισαγωγή 4 Στην Ελλάδα το πρόβλημα των κατολισθήσεων είναι αρκετά έντονο, συχνά όμως δεν αναδεικνύεται ως ιδιαίτερος φυσικός κίνδυνος δεδομένου ότι καλύπτεται πολλές φορές όσον αφορά στις δυσμενείς επιπτώσεις του από άλλους φυσικούς κινδύνους (π.χ. σεισμούς, πλημμύρες, διαβρώσεις) ή εντάσσεται στο πλαίσιο μελέτης, κατασκευής και λειτουργίας των διάφορων τεχνικών έργων ή άλλων σχεδιασμών. Το μέγεθος του προβλήματος γίνεται αντιληπτό και από τον παρακάτω χάρτη στον οποίο φαίνονται οι περιοχές που είναι επικίνδυνες ως προς τις κατολισθήσεις, σε παγκόσμια κλίμακα. Η Ελλάδα εμφανίζεται να βρίσκεται στη ζώνη μεσαίου κινδύνου. Εικόνα 1. Παγκόσμιος Χάρτης Ζωνών Επικινδυνότητας Κατολισθήσεων, (F. Nadim et al,2006) Tα αίτια των κατολισθήσεων είναι πολλά και αλληλοεξαρτώμενα όπως τοπογραφία, λιθολογία, βλάστηση, κλίση πρανών, κλιματικές συνθήκες κτλ. Οι περισσότερες και μεγαλύτερες κατολισθήσεις που έχουν γίνει στον Ελλαδικό χώρο αποτελούν κυρίως ζώνες παλαιότερης ενεργοποίησης και οφείλονται στις γεωλογικές και κλιματικές διεργασίες που έλαβαν χώρα στο παρελθόν, ενώ οι πρόσφατες κατολισθητικές κινήσεις, οι οποίες εκδηλώνονται περισσότερο με την μορφή αστοχιών στα πλαίσια τεχνικών έργων παρά με την μορφή εντυπωσιακών μετακινήσεων, προκαλούνται κυρίως από ανθρώπινες δραστηριότητες, από τα έντονα καιρικά φαινόμενα που παρατηρούνται κατά καιρούς (υψηλές και απότομες βροχοπτώσεις, έντονες χιονοπτώσεις, μεγάλη διάρκεια παγετού) αλλά και εξαιτίας της έντονης σεισμικής δράσης. Η γνώση σχετικά με τα αίτια που προκαλούν τις κατολισθήσεις και τις μεταξύ τους σχέσεις είναι πρωταρχικής σημασίας και αποτελεί τη βάση για περαιτέρω ανάλυση και πληρέστερη κατανόηση του προβλήματος. Απαραίτητη όμως είναι και η γνώση του κινδύνου προς κατολίσθηση που υπάρχει σε μια περιοχή ως συνέπεια των παραπάνω αιτίων και η απεικόνιση του σε χάρτη.

17 Εισαγωγή 5 Η ζωνοποίηση της επικινδυνότητας κατά τη γενική της έννοια σημαίνει την οριοθέτηση ενός τμήματος της γήινης επιφάνειας και την ταξινόμηση του σύμφωνα με το βαθμό του υπαρκτού ή δυνητικού κινδύνου από κατολισθήσεις, χωρίς η ταξινόμηση αυτή να συνεπάγεται αναγκαία κάποιους περιορισμούς (Varnes, 1984) Η ανάγκη σχεδίασης χαρτών κατολισθήσεων φάνηκε πριν από πολλά χρόνια, υπάρχουν δείγματα από το 18 ο αιώνα (Cotecchia, 1978) αλλά το ενδιαφέρον των ερευνητών στράφηκε προς την κατεύθυνση αυτή κυρίως τα τελευταία τριάντα χρόνια. Πλέον χαρακτηριστικές είναι οι περιπτώσεις στις οποίες δόθηκε έμφαση στη διάγνωση του βαθμού επικινδυνότητας και απεικόνισης του σε χάρτες με τη μορφή ζωνών. Η ερεύνα θεωρείται ότι βρίσκεται ακόμη στο στάδιο της απόκτησης εμπειριών και ανταλλαγής απόψεων με σκοπό την εύρεση ενός μοντέλου ζωνοποίησης ευρέως αποδεκτού και οικονομικού. Στα πλαίσια αυτής της εργασίας επιχειρήθηκε ο εντοπισμός εκείνων των περιοχών στην ηπειρωτική Ελλάδα που εμφανίζουν αυξημένο κίνδυνο εμφάνισης κατολισθήσεων στα φυσικά πρανή εστιάζοντας στα ποιοτικά κριτήρια που τις επηρεάζουν (γεωλογία, κλίση, καμπυλότητα και προσανατολισμό πρανούς, υψόμετρο, σεισμική επιτάχυνση, χρήσεις γης, μέσο ετήσιο ύψος βροχής) και η δημιουργία ζωνών βαθμού κινδύνου εμφάνισης κατολισθήσεων για το σύνολο της περιοχής. Η μελέτη στηρίχθηκε στην υπέρθεση χαρτών που περιγράφουν τον κάθ ένα παράγοντα από τους παραπάνω, χρησιμοποιώντας ταυτόχρονα τα κατάλληλα βάρη ως προς την επιρροή τους στο φαινόμενο των κατολισθήσεων (map index overlay) Η επεξεργασία των δεδομένων και η εφαρμογή της μεθοδολογίας έγινε σε περιβάλλον Arc Map

18 Γενικά στοιχεία κατολισθήσεων Συλλογή δεδομένων 6 1 ο κεφάλαιο Γενικά στοιχεία κατολισθήσεων - Συλλογή δεδομένων 1.1 Γενικά Οι οποιεσδήποτε μετακινήσεις εδαφικών μαζών και πετρωμάτων ασχέτως μορφής, εκτάσεως και γενεσιουργών αιτίων που λαμβάνουν χώρα σε φυσικές επιφάνειες με απότομες κλίσεις και σε πρανή ορυγμάτων, υπό την επίδραση της βαρύτητας, άλλοτε απότομα με καταστροφικές συνέπειες και άλλοτε με μικρή ταχύτητα, φέρονται με τον γενικό όρο κατολισθήσεις (I. Κουμαντάκης 1984) Η κατολίσθηση προκαλείται από τις κινήσεις πρανών, στα οποία αστοχία συμβαίνει κατά μια συγκεκριμένη επιφάνεια ή κατά συνδυασμό επιφανειών. Τα χαρακτηριστικά μιας κατολίσθησης διακρίνονται στα εξής Κόγχη ή ρίζα κατολίσθησης είναι η εκτομή της κλιτύος από την οποία διαχωρίστηκε η μάζα που κατολίσθησε από το σταθερό τμήμα. Η επιφάνεια ολισθήσεως είναι η επιφάνεια εκείνη πάνω στην οποία λαμβάνει χώρα ή μετακίνηση των μαζών που κατολίσθησαν. Ο κώνος ή σωρός της κατολίσθησης σχηματίζεται από τη συσσώρευση των υλικών, τα οποία αφού μετακινήθηκαν κατά μία διαδρομή, σταμάτησαν και συγκεντρώθηκαν στη θέση στην οποία η κινητική ενέργεια μηδενίστηκε, δηλαδή στο κάτω μέρος του σώματος της κατολίσθησης. Πόδας της κατολίσθησης είναι το ακραίο, χαμηλότερο συνήθως τμήμα του κώνου. Βάσει των Shroeder (1971) και Varnes (1978) το υλικό σε μια κατολίσθηση μπορεί να είναι είτε βράχος βραχομάζα (rock) είτε έδαφος soil. Βραχομάζα (βράχος) θεωρείται ένα σύστημα περισσοτέρων πετρογραφικών σωμάτων, το οποίο παρουσιάζεται στη φύση είτε με τη μορφή ενός πετρώματος με χαρακτηριστικές επιφάνειες αποχωρισμού, είτε με τη μορφή μιας σειράς διαφορετικών πετρωμάτων. Είναι αρκετά σκληρή και άθικτη μάζα, χωρίς να έχει μετακινηθεί από την αρχική της θέση πριν την ολίσθηση. Έδαφος θεωρείται ένα σύνολο από ορυκτά ή πετρώματα τα οποία είτε είχαν μεταφερθεί είτε σχηματίστηκαν από την επιτόπου αποσάθρωση των πετρωμάτων. Τμήμα του εδάφους αποτελούν τα αέρια και τα υγρά με τα οποία έχουν πληρωθεί ενδεχομένως οι πόροι του. Τα εδάφη με τη σειρά τους διακρίνονται σε δύο κατηγορίες ανάλογα με την περιεχόμενη κοκκομετρία.

19 Γενικά στοιχεία κατολισθήσεων Συλλογή δεδομένων 7 Χώμα (earth), υλικό από το οποίο σε ποσοστό 80% περιέχει τεμάχια διαμέτρου μικρότερη των 2mm. Ως ανώτερο αποδεκτό όριο για τους περισσότερους γεωλόγους θεωρείται αυτό της άμμου. (Bates & Jackson 1987) Κορήματα, περιέχουν σε σημαντικό ποσοστό αδρομερή υλικά. Από το 20 % έως 80 % αποτελούνται από τεμάχη με μέγεθος μεγαλύτερο από 2 mm, ενώ τα υπόλοιπα υλικά έχουν μικρότερη διάμετρο. Ανάλογα με την περιεχόμενη υγρασία του το υλικό της κατολίσθησης διαχωρίζεται στις παρακάτω κατηγορίες. Ξηρό δεν έχει υγρασία Ελαφρά υγρό περιέχει λίγο υγρό, αλλά όχι ελεύθερο. Το υλικό συμπεριφέρεται ως πλαστικό στερεό που δεν ρέει. Υγρό περιέχει αρκετό νερό και συμπεριφέρεται εν μέρει ως υγρό. Πολύ υγρό περιέχει αρκετή ποσότητα νερού ώστε να ρέει ως υγρό κάτω από μικρές κλίσεις. Οι διαδικασίες που αφορούν στις μετακινήσεις σε πρανή περιλαμβάνουν διαδοχικά γεγονότα από το αίτιο στο αποτέλεσμα. (Varnes 1978). Εξετάζοντας από κινηματική άποψη το σύνολο των μεταβολών που συμβαίνουν σε εδαφικές ή βραχώδεις μάζες, διακρίνουμε δύο συνιστώσες κίνησης, μια οριζόντια και μία κατακόρυφη. Στην περίπτωση που έχουμε μόνο κατακόρυφη μετακίνηση προς τα κάτω τότε έχουμε το φαινόμενο της καθίζησης. Στην περίπτωση που υπάρχει και η οριζόντια συνιστώσα κίνησης τότε συμβαίνει κατολίσθηση. Οι δύο παραπάνω βασικές συνιστώσες κίνησης συνδέονται δυναμικά με την ανάπτυξη ορθής ή διατμητικής τάσης. Έτσι, εάν εκτός της ορθής τάσης συνυπάρχει και η διατμητική τάση, ή οποία μάλιστα υπερβαίνει τη διατμητική αντοχή εδάφους ή ασυνέχειας βραχομάζας, τότε έχουμε και οριζόντια συνιστώσα στην κίνηση, δηλαδή κατολίσθηση. Οι βασικοί λόγοι που οδηγούν στην εκδήλωση μιας κατολίσθησης είναι οι εξής : Αύξηση των διατμητικών τάσεων. Οι διατμητικές τάσεις μπορεί να αυξηθούν από τις διαδικασίες που οδηγούν στην απομάκρυνση της πλευρικής υποστήριξης, από την επιβολή επιπρόσθετου φορτίου, από παροδικές γήινες τάσεις αποτέλεσμα σεισμών ή εκρήξεων και από την καμπύλωση ή ανύψωση των εδαφικών επιφανειών, οφειλόμενες σε διαδικασίες εξέλιξης του ανάγλυφου της γης.

20 Γενικά στοιχεία κατολισθήσεων Συλλογή δεδομένων 8 Μείωση της αντοχής Πιθανόν να οφείλεται στην παρουσία ασυνεχειών εντός της εδαφική ή βραχώδους μάζας ή ακόμα και στην ύπαρξη υλικών τα οποία από τη φύση τους παρουσιάζουν σχετικά μικρή αντοχή ή η αντοχή τους ελαττώνεται από τις συνηθισμένες διαδικασίες, όπως η διάβρωση τους από το νερό. 1.2 Είδη κατολισθήσεων Κάθε κατολίσθηση μπορεί να ταξινομηθεί και να περιγραφεί από δύο ονόματα (Varnes 1978). Το πρώτο περιγράφει τον τύπο της κίνησης και το δεύτερο περιγράφει το είδος του υλικού. Στον πίνακα 1 που ακολουθεί δίνεται η πρόσφατη υποδιαίρεση η οποία στηρίχθηκε αρχικά, στις ταξινομήσεις κατά Varnes (1978), Hutchinson (1988) και αναπτύχθηκε περαιτέρω στα πλαίσια του προγράμματος EPOCH (πρόγραμμα για την μελέτη των κατολισθήσεων στη Ευρώπη). Σύμφωνα με τον Dikau et al, (1996), η ταξινόμηση αυτή είναι κατάλληλη για τις κατολισθήσεις στην Ευρώπη. Τύπος υλικού Τύπος κίνησης Υπόβαθρο Εδάφη Κορήματα Γαίες Πτώσεις Πτώσεις βράχων Πτώσεις κορημάτων Πτώσεις γαιών Ανατροπές Ανατροπές βράχων Ανατροπές κορημάτων Ανατροπές γαιών Ολισθήσεις - κυκλικές μεταθετικές Πλευρικές Εκτάσεις καθίζηση βράχων Ολίσθηση βράχων Καθίζηση κορημάτων Ολισθήσεις κορημάτων Καθίζηση γαιών Ολισθήσεις γαιών Έκταση βράχων Έκταση κορημάτων Έκταση γαιών Ροές Ροή βράχων Ροή κορημάτων Ροή γαιών (ή ροή ιλύος) Σύνθετες Συνδυασμός δύο ή περισσότερων κύριων τύπων μετακινήσεων Πίνακας 2 Σύντομη ταξινόμηση των κατολισθητικών κινήσεων Varnes (1978), Cruden & Varnes,(1996)

21 Γενικά στοιχεία κατολισθήσεων Συλλογή δεδομένων 9 Αναλυτικότερα τα είδη κατολισθητικών κινήσεων σύμφωνα με την παραπάνω ταξινόμηση είναι τα ακόλουθα: Πτώσεις (Falls) : Πρόκειται για την αποκόλληση τμήματος εδάφους ή βράχου από απότομο πρανές κατά μήκος μιας επιφάνειας με μικρή ή σχεδόν μηδενική διατμητική αντοχή. Η κίνηση του υλικού γίνεται μέσω κύλισης και αναπήδησης. Ανατροπές (Topples): Η κίνηση οφείλεται σε τάσεις οι οποίες προκαλούν περιστροφή προς τα εμπρός, γύρω από ένα σημείο ή άξονα που εντοπίζεται κάτω από το κέντρο βάρους της βραχώδους ή εδαφικής μάζας που επηρεάζεται. Στη συνέχεια τμήματα αποχωρίζονται από την υπόλοιπη μάζα, αναπηδώντας και πέφτοντας προς τα κατάντη του πρανούς. Το φαινόμενο μπορεί σταδιακά να εξελιχθεί σε πτώση ή ολίσθηση της μετακινούμενης μάζας, ανάλογα με την γεωμετρία της επιφάνειας αποχωρισμού, και τον προσανατολισμό των ασυνεχειών. Στα Σχ.1 και Σχ.2 που ακολουθούν παρουσιάζονται περιπτώσεις πτώσεων βράχων και ανατροπών βράχων. Σχ.1 (A) Πτώση βράχων (Nilsen, et.al., 1979), (B) Ανατροπή βράχων (Kehew, 1995). Σχ.2 Ανατροπή λόγω κάμψης: (Goodman & Bray, 1976).

22 Γενικά στοιχεία κατολισθήσεων Συλλογή δεδομένων 10 Ολισθήσεις (Slides): Πρόκειται για την προς τα κάτω κίνηση εδαφικής ή βραχώδους μάζας και κυρίως λαμβάνει χώρα κατά μήκος επιφανειών θραύσης ή σχετικά λεπτών ζωνών διάτμησης. Η κίνηση αρχικά, δεν εκδηλώνεται ταυτόχρονα σε όλη την επιφάνεια αστοχίας. Ο όγκος της μετακινούμενης μάζας μεγεθύνεται από την αρχική περιοχή τοπικής αστοχίας. Συχνά τα πρώτα σημάδια μετακίνησης είναι ρωγμές στην αρχική επιφάνεια του εδάφους, κατά μήκος της οποίας θα διαμορφωθεί το κύριο μέτωπο της ολίσθησης. Η μετακινούμενη μάζα ολισθαίνει πέρα από τον πόδα της επιφάνειας θραύσεις, καλύπτοντας την αρχική εδαφική επιφάνεια στο πρανές, η οποία τελικά μεταπίπτει σε επιφάνεια διαχωρισμού. Ο Varnes (1978) διαχώρισε τις ολισθήσεις σε περιστροφικές και μεταθετικές. Οι περιστροφικές ολισθήσεις ή κυκλικές ολισθήσεις κινούνται κατά μήκος μιας κεκλιμένης επιφάνειας αστοχίας η οποία είναι κοίλη προς τα πάνω Σχ.3(Α), Σχ.4(Β). Όταν η επιφάνεια αστοχίας έχει προφίλ κυκλικό ή κυκλοειδές, η κινηματική υπαγορεύει ότι η μετακινούμενη μάζα θα κινηθεί κατά μήκος της επιφάνειας θραύσης έχοντας υποστεί μικρή εσωτερική παραμόρφωση. Ο άξονας της κυκλικής επιφάνειας είναι παράλληλος στον άξονα γύρω από τον οποίο η μάζα ολισθαίνει.. Συνήθως ολισθήσεις με κυκλική επιφάνεια θραύσης, συμβαίνουν σε ομοιογενή υλικά και κυρίως σε επιχώματα. Τα φυσικά πρανή συνήθως αποτελούνται από μη ομοιογενή υλικά, συνεπώς σε τέτοια υλικά η κίνηση ακολουθεί προϋπάρχουσες επιφάνειες ανομοιογένειας, ή επιφάνειες ασυνεχειών. Οι μεταθετικές ολισθήσεις Σχ.3 (B), Σχ.4(Α) αφορούν σε μια μετακινούμενη μάζα η οποία ολισθαίνει κατά μήκος μιας επίπεδης ή κυματοειδούς επιφάνειας θραύσης. Οι μεταθετικές ολισθήσεις είναι γενικά μικρότερου βάθους από τις περιστροφικές. Ο λόγος βάθος προς μήκος της επιφάνειας ολίσθησης είναι. Οι μεταθετικές ολισθήσεις σε βραχώδη πρανή καλούνται ολισθήσεις τεμαχών ή επίπεδες ολισθήσεις Σχ.6 Hoek & Bray (1981). Η επιφάνεια αστοχίας μπορεί να δημιουργείται από δύο ασυνέχειες οι οποίες προκαλούν την μετακίνηση της μάζας που περικλείεται από αυτές προς τα κατάντη κατά μήκος του ίχνους τομής τους, σχηματίζοντας μία σφήνα Σχ.5. Παρόμοιας μορφής μετακινούμενες μάζες μπορεί να ορίζονται από μία ασυνέχεια η οποία διαμορφώνει το κύριο μέτωπο της ολίσθησης, και μια άλλη η οποία διαμορφώνει την αστοχία επίπεδης μορφής. Ο τύπος της κίνησης εξαρτάται τελικά από τον προσανατολισμό της ελεύθερης επιφάνειας του πρανούς και τη σχέση της με τις ασυνέχειες της βραχόμαζας Hocking (1976), Cruden (1978).

23 Γενικά στοιχεία κατολισθήσεων Συλλογή δεδομένων 11 Σχ.3 (α) Περιστροφική ολίσθηση βράχου (β) Μεταθετική ολίσθηση γαιών (Varnes, 1978). Σχ.4 Παραδείγματα (Α) μεταθετικής ολίσθησης και (Β) κυκλικής ολίσθησης (Nilsen et. al., 1979) Σχ.5 Αστοχία μορφής σφήνας. Σχ.6 Αστοχία επίπεδης μορφής ολίσθησης. Μια σημαντική διαφορά μεταξύ των παραπάνω υποδιαιρέσεων είναι ότι οι περιστροφικές ολισθήσεις, με την κίνησή τους τείνουν να ισορροπήσουν και πάλι τη μετακινούμενη μάζα, ενώ οι μεταθετικές ολισθήσεις συνεχίζουν ανεξέλεγκτα, ιδιαίτερα αν η επιφάνεια αποκόλλησης έχει μεγάλη κλίση. Καθώς η μεταθετική ολίσθηση εξελίσσεται, η μετακινούμενη μάζα μπορεί να σπάσει, ιδιαίτερα αν η ταχύτητα ή η περιεκτικότητα σε νερό αυξηθούν.

24 Γενικά στοιχεία κατολισθήσεων Συλλογή δεδομένων 12 Εκτάσεις (Spreads): Είναι κινήσεις οι οποίες χαρακτηρίζονται από πλευρικές εκτάσεις συνεκτικών υλικών, τα οποία υπέρκεινται μαλακών υλικών. Διακρίνονται σε εκτάσεις βράχων Σχ. 10 και σε εκτάσεις ρευστοποίησης. Οι εκτάσεις βράχων απαντούν σε ισχυρά διερρηγμένες βραχόμαζες, και συχνά σχετίζονται με κάθηση της διερρηγμένης μάζας όταν υπόκεινται πιο μαλακά υλικά. Συχνά δεν είναι δυνατή η αναγνώριση μια επιφάνειας ολίσθησης στο υπόβαθρο, ούτε μιας πλήρως προσδιορισμένης ζώνης πλαστικής ροής. Οι εκτάσεις ρευστοποίησης δημιουργούνται σε ευαίσθητες αργίλους και ιλύες οι οποίες έχασαν την αντοχή τους και η δομή τους έχει καταστραφεί. Σχ.7 Εκτάσεις βράχων χωρίς καλώς ορισμένη επιφάνεια διάτμησης ή ζώνη πλαστικής ροής (Varnes, 1978). Ροές (Flows): Τα φαινόμενα τα οποία χαρακτηρίζονται από συνεχείς κινήσεις στο χώρο, ανήκουν στην συγκεκριμένη κατηγορία Σχ.11. Οι επιφάνειες διάτμησης είναι μικρής έκτασης και συνήθως δεν διατηρούνται. Από άποψη κινηματικής η κίνηση θα μπορούσε να συγκριθεί με ιξώδη ροή. Σχ.8 Ροή ξηρής άμμου (Varnes, 1978). Σύνθετη (Complex) : Ο Varnes πρότεινε αυτή την κατηγορία για να κατατάξει τις κινήσεις εκείνες οι οποίες είναι το αποτέλεσμα του συνδυασμού δύο ή περισσότερων από τις παραπάνω πέντε κατηγορίες. Ο Dikau (1996) σημειώνει ότι όλες οι κατολισθήσεις περιλαμβάνουν περισσότερους από έναν τύπους κινήσεων οι οποίοι είτε δρουν ταυτόχρονα, σε διαφορετικά μέρη της επιφάνειας θραύσης, είτε εξελίσσονται προς τα κάτω, είτε με τον χρόνο εξελίσσονται σε διαφορετικές διαδικασίες.

25 Γενικά στοιχεία κατολισθήσεων Συλλογή δεδομένων Γενικές αρχές ζωνοποίησης του κινδύνου έναντι κατολισθήσεων Σύμφωνα με τους Varnes (1984), Hutsinson (1995), οι έρευνες για εκτίμηση του κινδύνου έναντι κατολισθήσεων περιλαμβάνουν τις παρακάτω θεμελιώδεις παραδοχές : Οι κατολισθήσεις εκδηλώνονται στις ίδιες γεωλογικές, γεωμορφολογικές, υδρογεωλογικές και κλιματικές συνθήκες οι οποίες υπήρχαν και στο παρελθόν. Οι κύριες συνθήκες οι οποίες προκαλούν κατολισθήσεις ελέγχονται από αναγνωρίσιμους φυσικούς παράγοντες. Ο βαθμός κινδύνου μπορεί να αξιολογηθεί. Όλοι οι τύποι κατολισθήσεων μπορούν να αναγνωριστούν και να ταξινομηθούν. Οι ίδιοι συγγραφείς προτείνουν ότι για την αξιολόγηση του κινδύνου πρέπει να δοθεί απάντηση στα παρακάτω ερωτήματα: Που θα λάβει χώρα η κατολίσθηση Ποιος τύπος αστοχίας θα λάβει χώρα Πως θα λάβει χώρα η κατολίσθηση. Θεωρούν δε ότι στη διαδικασία εκτίμησης του κινδύνου υπάρχουν μια σειρά εμποδίων τα οποία πρέπει να αντιμετωπιστούν όπως : Η ασυνεχής φύση (στο χώρο και το χρόνο) των αστοχιών των πρανών. Η δυσκολία της αναγνώρισης των γενεσιουργών αιτίων, των παραγόντων που σχετίζονται με το έναυσμα της κίνησης, και τις σχέσεις αιτίου αποτελέσματος. Η έλλειψη δεδομένων που αφορούν στην συχνότητα των γεωμορφολογικών διαδικασιών που λαμβάνουν χώρα σε μια περιοχή. Σύμφωνα με τις νέες τάσεις στην χαρτογράφηση του κινδύνου, ο ιδανικός χάρτης θα πρέπει να παρέχει πληροφορία σχετικά με την χωρική κατανομή, τον τύπο, τον όγκο, την ταχύτητα, την απόσταση μετακίνησης, για τις προβλεπόμενες κατολισθήσεις σε μια συγκεκριμένη περιοχή και μια συγκεκριμένη χρονική περίοδο. Λόγω των δυσκολιών που προαναφέρθηκαν είναι πολύ σπάνιο να συναντήσει κανείς τέτοια παραδείγματα ολοκληρωμένης διαδικασίας προσδιορισμού του κινδύνου ή της επικινδυνότητας, στην βιβλιογραφία.

26 Γενικά στοιχεία κατολισθήσεων Συλλογή δεδομένων 14 Η πιθανολογική προσέγγιση στον προσδιορισμό του κινδύνου απαιτεί κατανόηση και προσδιορισμό του βαθμού αβεβαιότητας που ενέχει μια τέτοια διαδικασία. Επίσης, υπάρχει πάντα η δυσκολία του ποσοτικού προσδιορισμού της τρωτότητας των στοιχείων σε διακινδύνευση. Οι παραπάνω δυσκολίες καθιστούν συχνά δύσκολη την εξαγωγή μια ακριβούς ανάλυσης κινδύνου. Ως αποτέλεσμα των παραπάνω συχνά επιτελείται περισσότερο μια διαδικασία προσδιορισμού του κινδύνου ή της επιδεκτικότητας παρά της επικινδυνότητας. Μια ακόμη σημαντική πλευρά η οποία πρέπει να λαμβάνεται υπόψη κατά την διαδικασία προσδιορισμού του κινδύνου, είναι η κλίμακα εργασίας. Η διεθνής ένωση τεχνικής γεωλογίας (1976) διαφοροποίησε τις παρακάτω κλίμακες εργασίας για την εκτίμηση του κινδύνου κατολισθήσεων. Εθνική κλίμακα (< 1:1 εκατομμύριο) Κλίμακα περιφέρειας (1: : ) Μέση κλίμακα (1: :50.000) Μεγάλη κλίμακα (1:5000-1:15.000) 1.4 Διερεύνηση παραγόντων που επιδρούν στη κατολίσθηση φυσικών πρανών. Συλλογή δεδομένων Το φαινόμενο των κατολισθήσεων προκαλείται από την συνδυασμένη δράση πολλών και διαφορετικών μεταξύ τους παραγόντων. Μερικοί από τους παράγοντες επιδρούν για μεγάλο χρονικό διάστημα, ενώ άλλοι επιδρούν περιοδικά και αποτελούν το έναυσμα για την εκδήλωση του φαινομένου. Σύμφωνα με την επιτροπή UNESCO (WP/WLI 1990) δεν είναι σωστή η χρήση του όρου αίτια κατολισθήσεων αλλά συνθήκες και διεργασίες οι οποίες οδηγούν στην αλλαγή του καθεστώτος ισορροπίας του πρανούς. Τέτοιοι παράγοντες είναι: οι συνθήκες εδάφους οι γεωμορφολογικές διεργασίες οι φυσικές διεργασίες οι ανθρωπογενείς διεργασίες. (Popescu M.1996)

27 Γενικά στοιχεία κατολισθήσεων Συλλογή δεδομένων 15 Στον παρακάτω πίνακα φαίνονται συνοπτικά οι παράγοντες που μελετήθηκαν στα πλαίσια της παρούσας εργασίας. ΚΑΤΗΓΟΡΙΟΠΟΙΗΣΗ Παράγοντες οι οποίοι προέρχονται από το ψηφιακό μοντέλο εδάφους. Ενδογενείς και εξωγενείς παράγοντες περιβάλλοντος ΠΑΡΑΓΟΝΤΑΣ Κλίση πρανών Υψόμετρο Προσανατολισμός των πρανών Καμπυλότητα επιφάνειας πρανών κατά την διεύθυνση κλίσης Καμπυλότητα της επιφάνειας πρανών κάθετα στην κλίση Λιθολογία Μέσο ετήσιο ύψος βροχής Χρήσεις Γης Μέγιστη σεισμική επιτάχυνση Πίνακας 3 : Παράγοντες που επιδρούν στην εμφάνιση κατολίσθησης 1.5 Παράγοντες οι οποίοι προέρχονται από το ψηφιακό μοντέλο εδάφους Στα πλαίσια της παρούσας εργασίας και για τη διερεύνηση της επίδρασης της μορφολογίας των πρανών στο φαινόμενο των κατολισθήσεων απεικονίστηκαν σε χάρτη τα παρακάτω μορφολογικά χαρακτηριστικά τους. Υψόμετρο Κλίση εδάφους Καμπυλότητα εδάφους κατά τη διεύθυνση της κλίσης Καμπυλότητα εδάφους κάθετα στη διεύθυνση της κλίσης Προσανατολισμός (αζιμούθιο) πρανούς. Στο παρακάτω σχήμα φαίνονται παραστατικά τα προαναφερθέντα μορφολογικά στοιχεία των πρανών. Σχ. 9 Μορφολογικά Χαρακτηριστικά Πρανούς

28 Γενικά στοιχεία κατολισθήσεων Συλλογή δεδομένων Υψόμετρο Το μορφολογικό ανάγλυφο μιας περιοχής είναι αποτέλεσμα των γεωλογικών και κλιματικών διεργασιών που έλαβαν χώρα κατά το παρελθόν. Η Ελλάδα χαρακτηρίζεται σαν ορεινή, δεδομένου ότι οι περιοχές με υψόμετρο μεγαλύτερο των 250μέτρων καταλαμβάνουν το 65.4 % της έκτασης της. Από το υπόλοιπο τμήμα μόνο το 25% είναι πραγματικά πεδινές περιοχές (στοιχεία Κοτούλας 1972) Όπως προαναφέρθηκε,παραχωρήθηκε από το εργαστήριο δορυφορικής γεωδαισίας ψηφιακό μοντέλο εδάφους (αναπαράσταση ψηφιδωτής μορφής (raster), στην οποία κάθε στοιχείο του κανάβου περιέχει το υψόμετρο της επιφάνειας του εδάφους) με μέγεθος φατνίου 250 x250 m και το οποίο φαίνεται στον χάρτη Κλίση πρανών (slope) Όσον αφορά στην ευστάθεια των πρανών η κλίση τους παίζει καθοριστικό ρόλο, σε συνδυασμό πάντα με την αντοχή και τη διάρρηξη των υλικών που τα δομούν. Έτσι είναι δυνατόν πολύ απότομα πρανή από υγιείς βραχομάζες να παρουσιάζουν ευστάθεια ενώ αντίθετα ομαλές κλιτύες που καταλαμβάνονται από ευαίσθητες αργίλους να είναι προβληματικές. Ο χάρτης απεικόνισης των κλίσεων του εδάφους δημιουργήθηκε με δεδομένο το προαναφερθέν ψηφιακό μοντέλο εδάφους και με τη χρήση του εργαλείου SLOPE του arcmap Ο τρόπος που το πρόγραμμα υπολογίζει την κλίση του εδάφους αναφέρεται συνοπτικά παρακάτω : Για κάθε φατνίο (pixel) η εντολή SLOPE υπολογίζει το μέγιστο ποσοστό αλλαγής στην τιμή του υψομέτρου σε σχέση με την τιμή των γειτονικών (φατνίων) και την απόσταση τους από αυτό. Πιο συγκεκριμένα η μέγιστη μεταβολή στο ύψος στην απόσταση μεταξύ αυτού του φατνίου και των οχτώ γειτονικών του προσδιορίζει το πιο απότομο πρανές από το φατνίο. Εννοιολογικά η λειτουργία slope εφαρμόζει ένα επίπεδο στις τιμές του υψομέτρου του εκάστοτε φατνίου και των οχτώ γειτονικών του. Η διεύθυνση του προσαρμοσμένου επιπέδου είναι και ο προσανατολισμός του φατνίου για το οποίο υπολογίζεται η κλίση. Η τιμή της κλίσης γι αυτό το επίπεδο υπολογίζεται όπως φαίνεται παρακάτω. O ρυθμός μεταβολής του υψομέτρου κατά την οριζόντια (δz/δx) και κάθετη (δz/δy) διεύθυνση από το κέντρο του φατνίου καθορίζει την κλίση (slope). O βασικός αλγόριθμος που χρησιμοποιείται για τον υπολογισμό του αποδίδεται στην σχέση: ο 2 2 slope ( ) = atan( ([δz/δx] + [δz/δy] )) * (1)

29 Γενικά στοιχεία κατολισθήσεων Συλλογή δεδομένων 17 Η τιμή του κεντρικού φατνίου και των οχτώ γειτονικών του, καθορίζει τα δz και δx. Στο παρακάτω παράδειγμα συμβολίζεται με e το φατνίο για το οποίο θα υπολογιστεί ο λόγος δz/δx καθώς και ο δz/δy και με a,b,c...h,i τα οχτώ γειτονικά του. [δz/δx] = ((c + 2f + i) - (a + 2d + g) / (8 * x_cell_size) (2) [δz/δy] = ((g + 2h + i) - (a + 2b + c)) / (8 * y_cell_size) (3) Ο αλγόριθμος αυτός εφαρμόζεται για κάθε φατνίο του ψηφιακού μοντέλου εδάφους. Όσο μικρότερη είναι η τιμή της κλίσης τόσο πιο ομαλή είναι η επιφάνεια. Όσο μεγαλύτερη τόσο πιο ανώμαλη. Burrough, P. A. & McDonell, R.A., 1998 Σχόλια για τον αλγόριθμο υπολογισμού κλίσης εδάφους (SLOPE) σε περιβάλλον Arc Map Αν παρατηρήσει κανείς τον αλγόριθμο που χρησιμοποιείται για τον υπολογισμό της κλίσης θα διαπιστώσει πως η κλίση για μια περιοχή υπολογίζεται σε σχέση με τις γειτονικές της. Έτσι εκτός από εκείνες τις περιοχές που παρουσιάζουν πολύ έντονη αλλαγή στο ανάγλυφο (π.χ. βουνοκορφή) η τιμή της κλίσης που θα επιστρέψει ο αλγόριθμος θα είναι αρκετά μικρότερη απ ότι είναι στην πραγματικότητα. Επίσης το μέγεθος του φατνίου είναι αντιστρόφως ανάλογο του ρυθμού μεταβολής υψομέτρου κατά τους άξονες x, y που υπολογίζεται όπως γίνεται κατανοητό και από τις σχέσεις ( 1-3 ) Δηλαδή όσο μεγαλύτερο το μέγεθος του φατνίου (άρα μικρότερη η ανάλυση του ψηφιακού μοντέλου εδάφους) τόσο μικρότερα είναι τα δz/δx, δz/δy και κατά συνέπεια και η κλίση που υπολογίζεται. Γίνεται λοιπόν κατανοητό πως είναι δυνατόν να έχουμε υποεκτιμημένες τιμές της κλίσης, κάτι που γίνεται αντιληπτό και από το γεγονός πως η μέγιστη κλίση που υπολογίστηκε στην Ελλάδα είναι περίπου 55 ο ενώ οι κλίσεις που παρατηρούνται στην βουνοκορφή του Ολύμπου π.χ. πλησιάζουν τις 90 ο Η ακρίβεια της εξαγωγής πληροφορίας κλίσεων εδάφους από ψηφιακό μοντέλο εδάφους αποτελεί αντικείμενο μελέτης στη διεθνή επιστημονική κοινότητα. Η γενική διαπίστωση είναι πως η ακρίβεια της μεθόδου δε συμβαδίζει με τη δημοφιλία της και πως σχετίζεται άμεσα με την

30 Γενικά στοιχεία κατολισθήσεων Συλλογή δεδομένων 18 ανάλυση του DTM και του αλγορίθμου που χρησιμοποιούνται αλλά και της μορφής του ανάγλυφου της υπό εξέταση περιοχής. Σχετική μελέτη που έγινε για την περιοχή Loess Plateau της Κίνας (η οποία παρουσιάζει έντονο ανάγλυφο με τη μορφή αναβαθμών) αποδεικνύει τα παραπάνω και θεωρεί πως το κατάλληλο μέγεθος φατνίου του DTM για την ορθό υπολογισμό της κλίσης είναι τα 5x5 m (πολύ πυκνό) Tang Guoan et al (2003). Επιπρόσθετα πραγματοποιήθηκε συγκριτική μελέτη οχτώ διαφορετικών αλγορίθμων υπολογισμού κλίσης και προσανατολισμού πρανών από τον Jones (1997) με την εφαρμογή τους σε πραγματικά και κατασκευασμένα μοντέλα εδάφους. Η μελέτη αυτή κατέληξε στο συμπέρασμα πως ο υπολογισμός κλίσης όσον αφορά στις ομαλές επιφάνειες γίνεται ορθότερα με τη χρήση αλγορίθμων που την υπολογίζουν βάσει της υψομετρικής πληροφορίας των τεσσάρων γειτονικών φατνίων του φατνίου στο οποίο υπολογίζεται η κλίση κάθε φορά Fleming, Hoffer (1979)/ Ritter(1987)/ Ζevenbergen and Thorne (1987). Η ίδια μελέτη έδειξε πως για περιοχές με έντονο ανάγλυφο καλύτερα αποτελέσματα δίνει η μέθοδος των οχτώ γειτονικών φατνίων Horn(1981). Burrough, P. A. & McDonell, R.A., Αζιμούθιο πρανών (aspect) Ο προσανατολισμός (ή αλλιώς αζιμούθιο) των πρανών παίζει καθοριστικό ρόλο στο είδος της βλάστησης που αναπτύσσεται σ αυτά μιας και από αυτόν επηρεάζεται σε μεγάλο βαθμό η ποσότητα ηλιακής ενέργειας που δέχονται. Έτσι τα πρανή με νοτιοδυτικό προσανατολισμό (στο Β. ημισφαίριο) είναι αυτά που ευνοούνται από την ηλιακή ενέργεια, σε σχέση με τα βόρειου προσανατολισμού, όσον αφορά στην ανάπτυξη της βλάστησης και της καλλιέργειας. Έχει διαπιστωθεί πως στις Άλπεις τα πρανή με βόρειο προσανατολισμό είναι κυρίως καλυμμένα με δάση ενώ αυτά με νότιο χρησιμοποιούνται κυρίως για βόσκηση και αγροκαλλιέργιες, Βohnam Carter (1994). Δεδομένου πως το είδος της βλάστησης ενός πρανούς επηρεάζει το φαινόμενο της κατολίσθησης (μεταξύ άλλων) είναι φανερό πως η απεικόνιση του αζιμούθιου είναι απαραίτητη. Ο χάρτης που αποδίδει τον προσανατολισμό των πρανών στην περιοχή μελέτης δημιουργήθηκε με τη βοήθεια του εργαλείου aspect του arcmap. Η λειτουργία aspect ουσιαστικά υπολογίζει την διεύθυνση της κλίσης. Οι τιμές του αρχείου που προκύπτει με την εφαρμογή του είναι ο προσανατολισμός της κεκλιμένης επιφάνειας εκφρασμένος σε μοίρες. Εννοιολογικά η λειτουργία aspect εφαρμόζει ένα επίπεδο στις τιμές του υψομέτρου του εκάστοτε φατνίου και των οχτώ γειτονικών του. Η διεύθυνση του προσαρμοσμένου επιπέδου

31 Γενικά στοιχεία κατολισθήσεων Συλλογή δεδομένων 19 είναι και ο προσανατολισμός του φατνίου. Για τις επίπεδες περιοχές του ψηφιακού μοντέλου εδάφους (κλίση = 0 ο) όπου και προσανατολισμός δεν ορίζεται το aspect παίρνει την τιμή 1 Ο αλγόριθμος που χρησιμοποιείται για τον υπολογισμό του αζιμούθιου φαίνεται παρακάτω. Ένα κινούμενο 3x3 παράθυρο επισκέπτεται κάθε φατνίο του ψηφιδωτού αρχείου και για κάθε φατνίο που βρίσκεται στο κέντρο του παράθυρου υπολογίζεται μια τιμή αζιμούθιου χρησιμοποιώντας ένα αλγόριθμο που ενσωματώνει τις τιμές των οχτώ γειτονικών του φατνίων. Στο παρακάτω σχήμα το κεντρικό φατνίο, του οποίου ο προσανατολισμός, θα υπολογιστεί είναι τo e και τα γειτονικά του συμβολίζονται με τα γράμματα ab..hi To μέγεθος της μεταβολής του υψομέτρου στην οριζόντια διεύθυνση υπολογίζεται βάσει του αλγόριθμου : [δz/δx] = ((c + 2f + i) - (a + 2d + g)) / 8 (4) To μέγεθος της μεταβολής του υψομέτρου στην κάθετη διεύθυνση υπολογίζεται βάσει του αλγόριθμου : [δz/δy] = ((g + 2h + i) - (a + 2b + c)) / 8 (5) Λαμβάνοντας υπ όψιν τα παραπάνω η τιμή του aspect δίνεται από τη σχέση aspect = * atan2 ([δz/δy],-[δz/δχ]) (6) Στη συνέχεια η τιμή του αζιμουθίου μετατρέπεται σε τιμές διέυθυνσης κλίσης (0-360 ο ) σύμφωνα με τον παρακάτω κανόνα : if aspect < 0 cell = aspect else if aspect > 90.0 cell = aspect else cell = 90.0 aspect (7) Burrough, P. A. and McDonell, R.A., Τα σχόλια που έγιναν για τον αλγόριθμο του Slope ισχύουν αντίστοιχα και εδώ Ο προσανατολισμός των πρανών φαίνεται στον χάρτη 5

32 Γενικά στοιχεία κατολισθήσεων Συλλογή δεδομένων Καμπυλότητα πρανών κατά τη διεύθυνση της κλίσης (profile curvature) και κάθετα σε αυτή (plan curvature) Mε τη χρήση του εργαλείου curvature δημιουργήθηκαν χάρτες που απεικονίζουν την καμπυλότητα του εδάφους στη διεύθυνση της κλίσης και κάθετα σ αυτήν. Οι αρνητικές τιμές αναφέρονται σε κοίλες επιφάνειες ενώ οι θετικές σε κυρτές. Χάρτες 4, 5 Αναφέρεται συνοπτικά ο τρόπος που το πρόγραμμα υπολογίζει την καμπυλότητα μιας επιφάνειας. Για κάθε φατνίο ένα πολυώνυμο τετάρτου βαθμού της μορφής Z = Ax²y² + Bx²y + Cxy² + Dx² + Ey² + Fxy + Gx + Hy + I (8) εφαρμόζεται σε μια επιφάνεια που αποτελείται από ένα παράθυρο 3Χ3. Οι συντελεστές Α, Β, C κτλ, υπολογίζονται από αυτή την επιφάνεια. Σχ. 10, Υπολογισμός καμπυλότητας πρανούς. Η σχέση ανάμεσα στους συντελεστές και στις 9 τιμές του υψομέτρου για κάθε pixel φαίνεται παρακάτω. A = [(Z1 + Z3 + Z7 + Z9) / 4 - (Z2 + Z4 + Z6 + Z8) / 2 + Z5] / L 4 B = [(Z1 + Z3 - Z7 - Z9) /4 - (Z2 - Z8) /2] / L 3 C = [(-Z1 + Z3 - Z7 + Z9) /4 + (Z4 - Z6)] /2] / L 3 D = [(Z4 + Z6) /2 - Z5] / L 2 E = [(Z2 + Z8) /2 - Z5] / L 2 F = (-Z1 + Z3 + Z7 - Z9) / 4L 2 G = (-Z4 + Z6) / 2L H = (Z2 - Z8) / 2L I = Z5 (9) Η καμπυλότητα κατά τη διεύθυνση της κλίσης (profile curvature, PrC) δίνεται από τη σχέση: Prc = 2 (DG 2 + EH 2 +FGH) / (G 2 + H 2 ) (10) Η δε καμπυλότητα κάθετα στη διεύθυνση της κλίσης (plan curvature, Plc) από τη σχέση

33 Γενικά στοιχεία κατολισθήσεων Συλλογή δεδομένων 21 Plc = -2 (DH 2 + EG 2 FGH) / (G 2 + H 2 ) (11) (Burrough, P. A. and McDonell, R.A., 1998) Τα σχόλια που έγιναν για τον αλγόριθμο του Slope ισχύουν αντίστοιχα και εδώ Οι καμπυλότητες που υπολογίστηκαν εμφανίζονται στους χάρτες 3, Ενδογενείς και εξωγενείς παράγοντες περιβάλλοντος Οι γεωλογικές συνθήκες μιας περιοχής, οι μεταβολές στην κλίση των πρανών κυρίως λόγω διάβρωσης ή εσκαφών, η επιφόρτηση των κλιτύων με επιχώματα και οι κατασκευές τεχνικών έργων, η σεισμική δραστηριότητα, τα ατμοσφαιρικά κατακρημνίσματα καθώς και οι χρήσεις γης και το είδος της βλάστησης στις κατά τόπους περιοχές είναι οι κύριοι ενδογενείς και εξωγενείς παράγοντες περιβάλλοντος που επηρεάζουν το φαινόμενο των κατολισθήσεων Λιθολογική σύσταση και δομή σχηματισμών, γεωλογικές συνθήκες Οι γεωλογικές τεκτονικές δομές στον ελληνικό χώρο που κατά κύριο λόγο ευνοούν την εκδήλωση κατολισθήσεων είναι οι εξής (Κούκης 1980, Κούκης Ρόζος 1982): Μάζες πετρωμάτων μεγαλύτερης αντοχής που καλύπτουν σχηματισμούς με μικρότερη αντοχή. Στρώματα με διαφορετικές φυσικές μηχανικές ιδιότητες σε εναλλαγές Ζώνες που χαρακτηρίζονται για την έντονη νεοτεκτονική δραστηριότητα. Στο χώρο της δυτικής Ελλάδας επικρατούν πετρώματα λεπτομερή καθώς και δομές που αναφέρθηκαν παραπάνω. Οι κατολισθήσεις συνδέονται κυρίως με τους σχηματισμούς του φλύσχη και της μεταβατικής σειράς προς το φλύσχη, τα νεογενή, τα κορήματα κλιτύος αλλά και τους σκληρούς σχηματισμούς που είναι κυρίως απωθημένοι πάνω στους μαλακούς. Όσον αφορά στην Ανατολική Ελλάδα η γεωλογική κατασκευή είναι διαφορετική. Οι κατολισθήσεις εδώ συνδέονται κυρίως με τα νεογενή και τη ζώνη κερματισμού αποσάθρωσης των παλαιοτέρων σχηματισμών.

34 Γενικά στοιχεία κατολισθήσεων Συλλογή δεδομένων 22 Στα πλαίσια της εργασίας και για μια ολοκληρωμένη θεώρηση των γεωλογικών συνθηκών στον ελλαδικό χώρο ψηφιοποιήθηκε τεχνικογεωλογικός χάρτης κλίμακας 1: συνταχθείς από τον Κων. Ζιούρκα στα πλαίσια διδακτορικής διατριβής. Η ψηφιοποίηση έγινε σε περιβάλλον Autocad Map και στη συνέχεια επεξεργάστηκε σε περιβάλλον GIS (arcmap) έτσι ώστε να δημιουργηθεί ένα αρχείο raster μορφής με μέγεθος φατνίου (pixel) 250 Χ 250 m. Οι γεωλογικοί σχηματισμοί ομαδοποιήθηκαν στις παρακάτω κατηγορίες: Τεταρτογενείς αποθέσεις i. Καταλαμβάνουν σημαντική έκταση του ελληνικού χώρου και εντοπίζονται κυρίως στις χαμηλές περιοχές ( αλλουβιακές αποθέσεις, αποσαρθρώματα) καθώς και στα πρανή. Όσον αφορά τις κατασκευές οι φυσικομηχανικές τους ιδιότητες δεν είναι ευνοικές διότι : ii. είναι χαλαροί ( μικρή αντοχή, μικρή φέρουσα ικανότητα, σημαντική συμπιεστότητα) περιέχουν σημαντικό ποσοστό αργιλικών ορυκτών και μάλιστα αυτών που διογκώνονται (π.χ. μοντμοριλλονίτης) iii. είναι υψηλής υδροπερατότητας με εποχιακές διακυμάνσεις στη στάθμη του υδροφόρου ορίζοντα και εμφανίζουν μεγάλη ετερογένεια, συνήθως τόσο κατά την κατακόρυφο όσο και κατά την οριζόντια διεύθυνση με αποτέλεσμα να χαρακτηρίζονται από ανομοιόμορφη μηχανική συμπεριφορά. Νεογενή, Μολάσσες Tα νεογενή ιζήματα καταλαμβάνουν σημαντικό τμήμα του ελλαδικού χώρου και διαχωρίζονται σε τρεις φάσεις : λεπτομερή, αδρομερή και μικτές φάσεις. Η μηχανική τους συμπεριφορά εξαρτάται από τη φάση που επικρατεί, τον τεκτονισμό, τη μορφολογία και τις υδρογεωλογικές συνθήκες. Γενικά χαρακτηρίζονται από μικρή πυκνότητα και μικρή αντοχή που εξαρτάται από το βαθμό κορεσμού και τον τρόπο φορτίσεως. Λόγω της παρουσίας πολλές φορές διογκούμενων αργιλικών ορυκτών, εμφανίζουν φαινόμενα διογκώσεως και συρρικνώσεως σε συχνή επανάληψη, με τελικό αποτέλεσμα την χαλάρωση ή και την καταστροφή της δομής του πετρώματος. Η σεισμική επικινδυνότητα σ αυτά εξαρτάται από το πάχος, τη σύσταση και τις επιμέρους φυσικές και μηχανικές ιδιότητες. Οι μολασσικοί σχηματισμοί εντοπίζονται στον χώρο της μεσοελληνικής αύλακας, που καταλαμβάνει τμήμα του κορμού της ελληνικής χερσονήσου και στη ζώνη της Ροδόπης. Συνήθως παρουσιάζουν δύο λιθοφασικές μορφές. την πρώτη που αναφέρεται στα μεγάλου πάχους συνεκτικά ψηφιτοκροκαλοπαγή και σ αυτά από εναλλαγές ψαμμίτων, μαργών ψηφιτοκροκαλοπαγών και ασβεστόλιθων. Η μηχανική τους συμπεριφορά είναι συνάρτηση της φάσεως που επικρατεί και της εξελίξεως αυτής πλευρικά και κατακόρυφα, του τεκτονισμού, της μορφολογίας και των υδρογεωλογικών

35 Γενικά στοιχεία κατολισθήσεων Συλλογή δεδομένων 23 συνθηκών. Δυσμενέστερες είναι οι συνθήκες θεμελιώσεως στην περίπτωση των εναλλαγών, όπου έχουμε ανομοιομορφία του υλικού, μανδύα αποσαθρώσεως σημαντικού πάχους κτλ. Φλύσχης Παρουσιάζει μεγάλη γεωγραφική εξάπλωση κυρίως στην κεντρική και δυτική Ελλάδα όπου και καταλαμβάνει εκτεταμένες περιοχές και συνίσταται από εναλλαγές αργιλιτών, ψαμμιτών, κροκαλοπαγών και ιλυολίθων με κατά τόπους επικράτηση της μιας ή της άλλης φάσεως. Η σύσταση του σε συνδυασμό με την έντονη τεκτονική καταπόνηση και τις ειδικές κλιματολογικές και μορφολογικές συνθήκες της κεντρικής και δυτικής Ελλάδας, ευνοούν την έντονη αποσάθρωση του και τη συχνή εκδήλωση κατολισθητικών φαινομένων. Θεωρούνται σεισμικά ακίνδυνοι σχηματισμοί πλην όμως οι ανωτέρω ειδικές συνθήκες δημιουργούν πολλές φορές αστάθεια που οπωσδήποτε ενισχύεται από τις σεισμικές δονήσεις. Ανθρακικά πετρώματα (ασβεστόλιθοι, μάρμαρα) Καταλαμβάνουν συνήθως περιοχές με έντονο μορφολογικό ανάγλυφο και παρουσιάζουν ισχυρή τεκτονική διάρρηξη. Σε πολλές περιπτώσεις οι ασβεστολιθικές μάζες παρουσιάζονται απωθημένες σε νεότερους σχηματισμούς κυρίως από φλύσχη ( π.χ. κεντρική Ελλάδα), γεγονός που δημιουργεί δυσμενείς συνθήκες ευστάθειας, λόγω της καταπτώσεως βράχων, της σεισμικότητας και ιδιαίτερα όταν τα ασβεστολιθικά καλύμματα είναι μικρού πάχους και εμφανίζουν απότομα πρανή. Γενικά πάντως, σαν μεγάλες ενότητες οι σχηματισμοί αυτοί θεωρούνται στατικά και δυναμικά σταθεροί, με ικανοποιητικά γεωμηχανικά χαρακτηριστικά, ενώ οι περιπτώσεις αστάθειας που αναφέρθηκαν ανωτέρω εντάσσονται στα δευτερογενή αποτελέσματα των σεισμών (π.χ. ολισθήσεις ή αποκολλήσεις βράχων) Kερατόλιθοι, Σχιστοκερατόλιθοι Αποτελούνται από εναλλαγές ιλυολίθων, κερατολίθων, ψαμμιτών και ασβεστολιθικών στρώσεων και ως εκ τούτου συνιστούν ξεχωριστή κατηγορία. Εντοπίζονται συνήθως σε περιοχές με έντονη μορφολογία και παρουσιάζουν πυκνό δίκτυο διαρρήξεων και διακλάσεων, ενώ σε πολλές περιπτώσεις οι σχηματισμοί είναι καταπονημένοι από τις τεκτονικές κινήσεις, οπότε εμφανίζονται επί νεώτερων σχηματισμών. Στις περιπτώσεις αυτές, όταν μάλιστα συνδυάζονται με έντονο ανάγλυφο, οι σχηματισμοί αυτοί είναι επιρρεπείς σε κατολισθητικές κινήσεις ( ολισθήσεις ή αποκολλήσεις βράχων). Γενικά εμφανίζουν ικανοποιητικές τιμές στα γεωμηχανικά τους χαρακτηριστικά. Μεταμορφωμένα, Σχιστώδη πετρώματα Πρόκειται για σχηματισμούς με μεγάλη πυκνότητα, υψηλή αντοχή στη θλίψη και μεγάλη αντοχή στον εφελκυσμό. Το μέτρο ελαστικότητας είναι μεγάλο, οι παραμένουσες δε παραμορφώσεις λόγω σεισμικών δονήσεων δεν είναι αξιόλογες.

36 Γενικά στοιχεία κατολισθήσεων Συλλογή δεδομένων 24 Εν τούτοις, κατά θέσεις οι σχηματισμοί αυτοί είναι ισχυρά διερρηγμένοι, εμφανίζουν έντονο μορφολογικό ανάγλυφο και ως εκ τούτου ευνοούν σε συνδυασμό με άλλους παράγοντες- τη δράση των διαβρωτικών, αποσαθρωτικών διεργασιών και τη δημιουργία αποκολλήσεων καταπτώσεων βραχωδών μαζών, φαινόμενα που επιταχύνονται στην περίπτωση σεισμικής δραστηριότητας. Ηφαιστειακά πετρώματα Διακρίνονται σε όξινα, βασικά, υπερβασικά, ηφαιστειακά και ηφαιστειακά τόφφους. Η γεωμηχανική συμπεριφορά των πετρωμάτων αυτών είναι πολύ ικανοποιητική ενώ οι αντοχές τους είναι ανάλογες και σε πολλές περιπτώσεις καλύτερες των μεταμορφωμένων. Σε περιπτώσεις που συνδυάζονται με έντονο μορφολογικό ανάγλυφο και παρουσιάζουν ισχυρό βαθμό κερματισμού, είναι δυνατόν να εμφανίζουν προβλήματα αποκολλήσεων καταπτώσεων βραχωδών μαζών με δυσμενείς επιπτώσεις στις κατασκευές. Τα παραπάνω φαίνονται στον χάρτη Σεισμική δραστηριότητα Οι δονήσεις μικροδονήσεις που προκαλούνται από σεισμούς δημιουργούν εντατική κατάσταση στα πρανή και ιδιαίτερα τα βραχώδη με ισχυρές κλίσεις και δυσμενή προσανατολισμό των επίπεδων ασυνεχειών. Παρατηρήσεις υπαίθρου δε, δείχνουν ότι οι κατολισθήσεις και η ρωγμάτωση φυσικών και τεχνητών πρανών σε ισχυρούς σεισμούς είναι συχνά φαινόμενα. Η τάση του πρανούς να κατολισθήσει κατά τη διάρκεια του σεισμού εξαρτάται από χαρακτηριστικά όπως η αντοχή του εδάφους, η διάταξη του πρανούς και η κίνηση της ευρύτερης περιοχής. Για μια ολοκληρωμένη θεώρηση της σεισμικής δραστηριότας ψηφιοποιήθηκε χάρτης εδαφικής σεισμικής επιτάχυνσης ο οποίος δημοσιεύθηκε στο δελτίο ΣΠΜΕ αρ. 209, το Σεπτέμβριο του 1992 στα πλαίσια αφιερώματος στην εδαφομηχανική από τους κ.κ. Γκαζέτα και Μπουκοβάλα Στο χάρτη αυτόν απεικονίζεται με τη μορφή ισομετρικών καμπυλών αναμενόμενη τιμή της μέγιστης κορυφαίας οριζόντιας εδαφικής επιτάχυνσης για πιθανότητα υπερβάσεως 10 % σε 50 έτη (ή περίοδο επαναλήψεως της τάξεως των 500 ετών) Οι επιταχύνσεις του χάρτη αυτού αναφέρονται σε πυκνούς / σκληρούς εδαφικούς σχηματισμούς. Να σημειωθεί πως οι επιταχύνσεις Α= ag του αντισεισμικού έχουν προκύψει από τις τιμές αυτού του χάρτη επί ένα μειωτικό συντελεστή της τάξεως του Να σημειωθεί επίσης πως οι τιμές της επιτάχυνσης εδώ είναι σε cm/sec 2 ενώ στο χάρτη που προέκυψε από τη ψηφιοποίηση έγινε η μετατροπή σε m /sec 2

37 Γενικά στοιχεία κατολισθήσεων Συλλογή δεδομένων 25 Η ψηφιοποίηση έγινε σε περιβάλλον Autocad και στη συνέχεια μετατράπηκε σε αρχείο raster μορφής στο arcmap. Το μέγεθος του pixel και εδώ 250 x 250 m, Χάρτης Ατμοσφαιρικά κατακρημνίσματα To νερό επιφανειακό και υπόγειο, παίζει καθοριστικό ρόλο στην εκδήλωση κατολισθήσεων με τον κορεσμό και τη φόρτιση των υλικών, τη δημιουργία υδροστατικών πιέσεων, την αυξομείωση της πίεσης των πόρων, την εσωτερική διάβρωση τις υποσκαφές, τις διαβρωτικές αποσαθρωτικές διεργασίες, τη χαλάρωση των πετρωμάτων κατά μήκος των επιφανειών ασυνέχειας με τη συνεχή διεύρυνση και μεταβολή του όγκου στην περίπτωση δημιουργίας παγετού κλπ. Σε μεγάλο ποσοστό οι έντονες βροχοπτώσεις δίνουν το έναυσμα κατολισθήσεων. Για μια εποπτική εικόνα του μεγέθους των βροχοπτώσεων ψηφιοποιήθηκε βροχομετρικός χάρτης της Ελλάδας (με βάση στοιχεία της ΔΕΗ για το διάστημα από ) Και εδώ η ψηφιοποίηση έγινε σε περιβάλλον autocad map και μετατράπηκε σε raster αρχείο σε περιβάλλον arcmap, διάσταση pixel 250x250 m, χάρτης Χρήσεις Γης Όπως αναφέρθηκε και στη εισαγωγή η αύξηση του πληθυσμού, η αναζήτηση ορυκτών, η δημιουργία νέων αστικών κέντρων και την κατασκευή τεχνικών έργων που συνδέονται με αυτά, οι αγροκαλλιέργειες και ζωοκαλλιέργειες, η ανθρώπινη παρουσία και δράση με άλλα λόγια είναι από τους κύριους παράγοντες που εντείνουν το φαινόμενο των κατολισθήσεων. Επίσης καθοριστική είναι και η επίδραση της κατά τόπους βλάστησης. Σε πολλές περιπτώσεις ευνοεί την ευστάθεια των πρανών συμβάλλοντας στην αποστράγγιση μέρους του νερού μέσω του ριζικού συστήματος των δέντρων. και περιορίζοντας τη διαβρωτική δράση των επιφανειακών νερών. Υπάρχουν όμως και περιπτώσεις όπου η παρουσία της βλάστησης μπορεί να έχει αρνητικές συνέπειες. Στα απότομα πρανή από ημισυνεκτικά ή και συνεκτικά πετρώματα με έντονη και δυσμενή διάρρηξη π.χ η απολέπιση τους επιταχύνεται με τη δημιουργία από το ριζικό σύστημα εφελκυστικών τάσεων κατά μήκος των επιφανειών ασυνέχειας. Γίνεται κατανοητό λοιπόν πως η γνώση των χρήσεων γης στη περιοχή μελέτης κρίνεται απαραίτητη. Ο χάρτης χρήσεων γης αντλήθηκε από το Corine Land Cover. Το corine land cover είναι μια πανευρωπαϊκή βάση δεδομένων χρήσεων γης. Για τη δημιουργία της χρησιμοποιήθηκαν τοπογραφικοί και θεματικοί χάρτες χρήσεων γης, στατιστικά στοιχεία χρήσεων γης, αεροφωτογραφίες και δορυφορικές φωτογραφίες της εκάστοτε χώρας. Η κλίμακα της βάσης είναι 1: Έγιναν οι κατάλληλες διεργασίες για την προσαρμογή των δεδομένων στο ΕΓΣΑ 87, χάρτης 9

38 Γενικά στοιχεία κατολισθήσεων Συλλογή δεδομένων 26 Τέλος για την επεξεργασία των δεδομένων καθώς και την αξιολόγηση των τελικών χαρτών χρησιμοποιήθηκε ψηφιακή βάση 790 καταγεγραμμένων κατολισθήσεων η οποία έχει αναπτυχθεί και συνταχθεί από το ΙΓΜΕ και το Εργαστήριο Τεχνικής Γεωλογίας του τμήματος Γεωλογίας του Πανεπιστημίου Πατρών. 1.7 Μορφή αποθήκευσης χαρτών Όλοι οι χάρτες που χρησιμοποιήθηκαν αποθηκεύτηκαν σε μορφή grid (κάναβος ή πλέγμα) Αυτό είναι ένα σύστημα αποθήκευσης στοιχείων ψηφιδωτής μορφής (raster) εγγενές του Arc Map της ESRI. Υπάρχουν δύο τύποι grid: ακέραιου αριθμού (integer) και κινητής υποδιαστολής (floating point) ή αλλιώς πραγματικού αριθμού. Grid ακέραιων αριθμών χρησιμοποιούνται για να αναπαραστήσουν κυρίως διακριτές θεματικές πληροφορίες, με κύριο χαρακτηριστικό τα σαφή γεωμετρικά όρια (π.χ. μια λίμνη είναι ένα διακριτό αντικείμενο μέσα στο περιβάλλον τοπίο, στα πλαίσια ενός χάρτη χρήσεων γης) ενώ τα grid πραγματικών αριθμών για να αναπαραστήσουν συνεχή δεδομένα στο γεωγραφικό χώρο όπως λ.χ το υψόμετρο ή η σεισμική επιτάχυνση. Στα grid ακέραιου αριθμού οι ιδιότητες αποθηκεύονται σε έναν πίνακα τιμών ιδιοτήτων. Ένας τέτοιος πίνακας έχει μια εγγραφή για κάθε μοναδική τιμή στο πλέγμα. Το αρχείο αποθηκεύει τη μοναδική τιμή (VALUE) η οποία είναι ένας ακέραιος αριθμός που αντιπροσωπεύει μια ιδιαίτερη κατηγορία(ή μια ομαδοποίηση των φατνίων) και τον αριθμό φατνίων (count) στο πλέγμα που αντιπροσωπεύεται από εκείνη την αξία. Παραδείγματος χάριν, εάν 50 φατνία έχουν μια τιμή 1 αντιπροσωπεύοντας ένα δάσος, ο πίνακας θα έχει την εγγραφή value = 1 count = 50 Σχ. 11 Παράδειγμα τρόπου αποθήκευσης πληροφορίας με τη μορφή κανάβου ακέραιου αριθμού Τα grid πραγματικών αριθμών δεν συνοδεύονται από κάποιον πίνακα τιμών ιδιοτήτων επειδή τα φατνία στο πλέγμα μπορούν να έχουν μια οποιαδήποτε τιμή εντός ενός δεδομένου εύρους τιμών. Τα φατνία σε αυτόν τον τύπο πλέγματος δεν εμπίπτουν τακτοποιημένα στις

39 Γενικά στοιχεία κατολισθήσεων Συλλογή δεδομένων 27 ιδιαίτερες κατηγορίες. Η ίδια η τιμή των φατνίων είναι η ιδιότητα που περιγράφει τη θέση. Παραδείγματος χάριν, σε ένα πλέγμα που αντιπροσωπεύει τα υψόμετρα εδάφους επάνω από τη μέση στάθμη της θάλασσας, ένα φατνίο με τιμή δείχνει ότι η θέση του είναι περίπου 10 μέτρα επάνω από τη στάθμη αυτή. Τα πλεονεκτήματα των μοντέλων μορφής κανάβου είναι η απλή δομή των δεδομένων η εύκολη σύνδεση των γεωγραφικών δεδομένων. Τα μειονεκτήματα των συγκεκριμένων μοντέλων είναι ότι έχουν μεγάλες απαιτήσεις μνήμης. Στα πλαίσια της παρούσας εργασίας οι χάρτες που χρησιμοποιήθηκαν ήταν (ή μετατράπηκαν) σε αρχεία ψηφιδωτής (raster) μορφής με μέγεθος φατνίου (pixel) 250 m x 250 m έτσι ώστε να είναι όλοι συμβατοί με το ψηφιακό μοντέλο εδάφους που διέθεσε το εργαστήριο Δορυφορικής Γεωδαισίας και του οποίου η ανάλυση είναι ακριβώς αυτή. Το προβολικό σύστημα των χαρτών ορίστηκε να είναι το ΕΓΣΑ 87 και η περιοχή μελέτης ορίστηκε όπως προαναφέρθηκε στα όρια της ηπειρωτικής Ελλάδας. Ακολουθούν οι χάρτες που θα χρησιμοποιηθούν στη μελέτη.

40 Γενικά στοιχεία κατολισθήσεων Συλλογή δεδομένων 28 Χάρτης 1, Αναπαράσταση Αναγλύφου Ηπειρωτικής Ελλάδας.

41 Γενικά στοιχεία κατολισθήσεων Συλλογή δεδομένων 29 Χάρτης 2, Αναπαράσταση Κλίσεων Εδάφους Ηπειρωτικής Ελλάδας.

42 Γενικά στοιχεία κατολισθήσεων Συλλογή δεδομένων 30 Χάρτης 3, Αναπαράσταση Προσανατολισμού Πρανών Ηπειρωτικής Ελλάδας.

43 Γενικά στοιχεία κατολισθήσεων Συλλογή δεδομένων 31 Χάρτης 4, Αναπαράσταση Καμπυλότητας Πρανών κατά τη διεύθυνση της κλίσης τους..

44 Γενικά στοιχεία κατολισθήσεων Συλλογή δεδομένων 32 Χάρτης 5, Αναπαράσταση Καμπυλότητας Πρανών κάθετα στη διεύθυνση της κλίσης τους..

45 ΤΕΧΝΙΚΟΓΕΩΛΟΓΙΚΟΣ ΧΑΡΤΗΣ ΗΠΕΙΡΩΤΙΚΗΣ ΕΛΛΑΔΑΣ 33 EΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΤΜΗΜΑ ΑΓΡΟΝΟΜΩΝ & ΤΟΠΟΓΡΑΦΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΕΡΓΩΝ ΥΠΟΔΟΜΗΣ & ΑΓΡΟΤΙΚΗΣ ΑΝΑΠΤΥΞΗΣ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΤΕΧΝΙΚΟΓΕΩΛΟΓΙΚΟΣ ΧΑΡΤΗΣ ΗΠΕΙΡΩΤΙΚΗΣ ΕΛΛΑΔΑΣ Προβολικό σύστημα ΕΓΣΑ 87 Εγκάρσια Μερκατορική Προβολή Κλίμακα 1: ΥΠΟΜΝΗΜΑ Γεωλογικοί Σχηματισμοί Τεταρτογενείς Αποθέσεις Νεογενή - Μολάσες Φλύσχης Κερατόλιθοι -Σχιστόλιθοι Ανθρακικά - Ασβεστολιθικά Μεταμορφωμένα Σχιστώδη Ηφαιστειακά Πετρώματα ΚΥΡΙΑΚΗ ΓΕΩΡΓΙΑ Π. ΒΟΛΙΩΤΗ ΟΚΤΩΒΡΙΟΣ 2009

46

47 Γενικά στοιχεία κατολισθήσεων Συλλογή δεδομένων 34 Χάρτης 7, Βροχομετρικός Χάρτης Ηπειρωτικής Ελλάδας.

48

49 Γενικά στοιχεία κατολισθήσεων Συλλογή δεδομένων 35 Χάρτης 8, Αναπαράσταση Κρίσιμης Σεισμικής Επιτάχυνσης.

50

51 Γενικά στοιχεία κατολισθήσεων Συλλογή δεδομένων 36 Χάρτης 9, Αναπαράσταση Χρήσεων Γης Ηπειρωτικής Ελλάδας..

52 Επεξεργασία δεδομένων Προτεινόμενη μεθοδολογία 37 2 ο κεφάλαιο Επεξεργασία Δεδομένων Προτεινόμενη μεθοδολογία 2.1 Γενικά χαρακτηριστικά Συστημάτων Γεωγραφικών Πληροφοριών Όπως αναφέρθηκε και στην εισαγωγή, στόχος της συγκεκριμένης εργασίας ήταν η ζωνοποίηση της περιοχής μελέτης (ηπειρωτική Ελλάδα) ως προς το βαθμό κινδύνου εμφάνισης κατολισθητικών κινήσεων με την υπέρθεση χαρτών που περιγράφουν τον κάθ ένα παράγοντα από τους παραπάνω. Ή όλη μελέτη έγινε σε περιβάλλον Arc map. Πριν τη λεπτομερή περιγραφή της επεξεργασίας των δεδομένων που απαιτήθηκε καθώς και της μεθοδολογίας που ακολουθήθηκε για το συνδυασμό των πληροφοριών κρίνεται σκόπιμο να γίνει μια σύντομη αναφορά στα συστήματα γεωγραφικών πληροφοριών. Ως σύστημα γεωγραφικών πληροφοριών ορίζεται ένα δυναμικό σύνολο από εργαλεία, για τη συλλογή, αποθήκευση, μετασχηματισμό, ενημέρωση, διαχείριση ανάλυση και παρουσίασης χωρικών δεδομένων από τον πραγματικό κόσμο για συγκεκριμένους σκοπούς. (Burrough 1986) Γενικά ένα Σ.Γ.Π. αποτελείται από τα ακόλουθα συστατικά Εισαγωγή και επαλήθευση των δεδομένων Αποθήκευση των δεδομένων και διαχείριση της βάσης δεδομένων Μετασχηματισμός και ανάλυση των δεδομένων Απόδοση και παρουσίαση των δεδομένων Ένα ιδανικό Σ.Γ.Π. για τη ζωνοποίηση του κινδύνου κατολισθήσεων συνδυάζει τις διαδικασίες ενός συμβατικού Σ.Γ.Π με τις ικανότητες επεξεργασίας εικόνας και μια σχετική βάση δεδομένων. Το σύστημα πρέπει να μπορεί να εκτελεί χωρική ανάλυση σε πολλαπλούς χάρτες και πίνακες περιγραφικών χαρακτηριστικών των δεδομένων. Αναγκαίες λειτουργίες του είναι η υπέρθεση χαρτών, η ανακατάταξη και μια ποικιλία από άλλες χωρικές λειτουργίες που περιλαμβάνουν λογικούς, αριθμητικούς και εξαρτώμενους χειρισμούς. Τα πλεονεκτήματα των Σ.Γ.Π. για την εκτίμηση του κινδύνου κατολισθήσεων περιλαμβάνουν τα εξής : Γίνεται εφικτή μια μεγαλύτερη ποικιλία από τεχνικές ανάλυσης του κινδύνου. Εξ αιτίας της μεγάλης ταχύτητας των υπολογισμών οι σύνθετες τεχνικές που απαιτούν ένα μεγάλο αριθμό από υπερθέσεις χαρτών και υπολογισμών πινάκων γίνονται πολύ εύκολα. Είναι δυνατή η βελτίωση των μοντέλων από την εκτίμηση των αποτελεσμάτων τους και προσαρμόζοντας τις μεταβλητές εισαγωγής. Οι χρήστες μπορούν να αποκτήσουν το

53 Επεξεργασία δεδομένων Προτεινόμενη μεθοδολογία 38 επιθυμητό αποτέλεσμα με διάφορες δοκιμές και αφού τρέξουν τα μοντέλα πολλές φορές. Στην πορεία εκτίμησης του κινδύνου κατολισθήσεων είναι πολύ εύκολο να ενημερωθούν με νέα στοιχεία οι αρχικοί χάρτες που προήρθαν από παρατηρήσεις πεδίου. Επίσης μετά την ολοκλήρωση της μελέτης οι βάσεις δεδομένων που δημιουργήθηκαν μπορούν να χρησιμοποιηθούν από άλλους μελετητές και ενδεχομένως για άλλους σκοπούς. Τα μειονεκτήματα των Σ.Γ.Π. για την εκτίμηση του κινδύνου κατολισθήσεων περιλαμβάνουν τα εξής: Απαιτείται μεγάλο χρονικό διάστημα για την εισαγωγή δεδομένων. Ειδικά όπου απαιτείται χειροκίνητη ψηφιοποίηση η διαδικασία είναι ιδιαίτερα χρονοβόρα. Θεωρητικά είναι δυνατή η χρήση ενός μεγάλου αριθμού διαφορετικών τεχνικών ανάλυσης, αλλά συχνά τα απαραίτητα δεδομένα λείπουν. 2.2 Συνοπτική Παρουσίαση μεθόδων προσδιορισμού κινδύνου κατολισθήσεων Έχουν αναπτυχθεί, μια σειρά μέθοδοι για τον προσδιορισμό του κινδύνου, οι οποίες παρουσιάζονται περιληπτικά στο παρακάτω σχήμα. Γεωμορφολογική ανάλυση Ποιοτικές μέθοδοι Συνδυασμός/ υπέρθεση Χρήση δεικτών ή Παραμετρικών χαρτών Λογικά αναλυτικά μοντέλα Στατιστική ανάλυση Γεωτεχνική Προσέγγιση Στατιστική ανάλυση δύο Στατιστική ανάλυση πολλών Ποσοτικές μέθοδοι Ντετερμινιστική μέθοδος Πιθανολογική μέθοδος Ανάλυση Νευρωνικών Δικτύων Σχ. 12 Προτεινόμενη ταξινόμηση μεθόδων προσδιορισμού κινδύνου κατολισθήσεων,aleotti et al (1999)

54 Επεξεργασία δεδομένων Προτεινόμενη μεθοδολογία 39 Η ταξινόμηση των μεθόδων βασίζεται στις ταξινομήσεις που έχουν προταθεί από τους Carrara, (1982), Hansen (1984), Leroi (1996), Soeters & Van Western (1996). H διαφοροποίηση η οποία προτάθηκε από τους Aleotti et al (1999) συνίσταται: στην εισαγωγή των λογικών αναλυτικών μοντέλων, όπου ο κίνδυνος εκφράζεται από μια εξίσωση στην οποία οι ανεξάρτητες μεταβλητές συνδέονται με βάρη, τα οποία εξαρτώνται από την επιρροή που ασκούν οι ανεξάρτητες μεταβλητές στην εξαρτημένη μεταβλητή παραμόρφωση του πρανούς (Bughi et al., 1996). στην εισαγωγή νέων τεχνικών οι οποίες χρησιμοποιούν νευρωνικά δίκτυα (Aleotti et al, 1996, 1998, Mayoraz et al 1996). Αυτές οι τεχνικές διαφοροποιούνται κυρίως στο γεγονός ότι δεν απαιτούν την ύπαρξη ενός προϋπάρχοντος εννοιολογικού μοντέλου. Είναι προφανές πως η μέθοδος που επιλέχθηκε για τον υπολογισμό του βαθμού κινδύνου κατολίσθησης, στην παρούσα εργασία εμπίπτει στην κατηγορία των ποιοτικών μεθόδων. Η ροή εργασιών που πραγματοποιήθηκαν για τη δημιουργία του τελικού χάρτη φαίνεται παραστατικά στο παρακάτω σχεδιάγραμμα.

55 Επεξεργασία δεδομένων Προτεινόμενη μεθοδολογία 40 Λιθολογία Τεχνικογεωλογικός χάρτης Συλλογή Δεδομένων Τοπογραφία Χάρτης Ανάγλυφου Χάρτης Κλίσεων εδάφους Χάρτης Προσανατολισμού Πρανών Χάρτης καμπυλότητας επιφ. Πρανών Εξωτερικοί Παράγοντες Βροχομετρικός Χάρτης Χάρτης Κρίσιμης Σεισμικής Επιτάχυνσης Χάρτης Χρήσεων Γης Καθορισμός Βαρών για κάθε επίπεδο πληροφορίας Επεξεργασία Δεδομένων Οργάνωση πληροφορίας κάθε χάρτη σε κατηγορίες Ιεράρχηση Κατηγοριών Υπέρθεση Παραμετρικών Χαρτών Αρχικός Χάρτης βαθμού κινδύνου κατολισθήσεων Αξιολόγηση -Εκτίμηση - Κριτική Αποτελέσματος Μη Αποδεκτό, Δυνατότητα Βελτίωσης Αποδεκτό Δημιουργία Τελικού Χάρτη Βαθμού κινδύνου Κατολισθήσεων Σχ. 13 Διάγραμμα ροής προτεινόμενης μεθοδολογίας για τη δημιουργία χάρτη ζωνών βαθμού κινδύνου εμφάνισης κατολισθήσεων

56 Επεξεργασία δεδομένων Προτεινόμενη μεθοδολογία Υπέρθεση παραμετρικών χαρτών με τη χρήση κατάλληλων βαρών (map index overlay) Η μεθοδολογία που επιλέχθηκε για τον συνδυασμό των πληροφοριών που συγκεντρώθηκαν ήταν αυτή της υπέρθεσης παραμετρικών χαρτών με τη χρήση κατάλληλων βαρών (map index overlay) Η λογική της είναι πως κάθε ένα από τα δεδομένα (χάρτες) θεωρείται σαν αποδεικτικό στοιχείο της πληροφορίας που θέλουμε να εξάγουμε από αυτά. Ο δε συνδυασμός τους με τη χρησιμοποίηση κατάλληλων βαρών τα οποία σχετίζονται με το βαθμό επίδρασης τους στο υπό μελέτη φαινόμενο δίνει το ζητούμενο αποτέλεσμα. H πληροφορία του κάθε χάρτη οργανώνεται σε κατηγορίες. Κάθε μία από αυτές τις κατηγορίες βαθμολογείται διαφορετικά βάσει μιας κλίμακας στην οποία ο μεγαλύτερος βαθμός αντιστοιχεί σ εκείνη την κατηγορία της πληροφορίας που επηρεάζει περισσότερο το υπό μελέτη φαινόμενο. Ο κάθε χάρτης συνοδεύεται από έναν πίνακα μεταβλητών όπου και αποθηκεύονται η κατηγοριοποίηση της πληροφορίας και η βαθμολογία της κάθε κλάσης. Κάθε χάρτης συνοδεύεται από ένα συντελεστή βαρύτητας (βάρος) που αντιστοιχεί στην επιρροή του στο υπό μελέτη φαινόμενο. Η σταθμισμένη τιμή για κάθε στοιχειώδες τμήμα του χάρτη (φατνίο) που προκύπτει από την υπέρθεση των χαρτών (δεδομένων) i έως n δίνεται από τη σχέση (12) n i = n SijWi S (12) i Wi όπου Wi είναι το βάρος για τον i- οστό εισερχόμενο χάρτη και Sij είναι η βαθμολογία της j- οστής κλάσης του i-οστου χάρτη. Η τιμή του j εξαρτάται από την κλάση που υπάρχει στην τρέχουσα θέση. Ο αριθμός των κλάσεων και η βαθμολογία τους δεν είναι κοινά για όλους τους εισερχόμενους χάρτες και δεν απαιτείται κανονικοποίηση των τιμών αυτών για την εφαρμογή της παραπάνω μεθοδολογίας. Δεδομένων αυτών, είναι πολύ σημαντικό να τονιστεί πως ο αριθμός των κλάσεων και οι βαθμολογίες αυτών που θα επιλεγούν πρέπει να είναι παρόμοιες για κάθε χάρτη. Δηλαδή δεν γίνεται σ έναν χάρτη η βαθμολογία των κλάσεων να κυμαίνεται από το 0 (μικρότερη επιρροή) 10 (μεγαλύτερη επιρροή) και σε έναν άλλο από το Οι βαθμολογίες μπορεί να είναι θετικοί ακέραιοι ή πραγματικοί αριθμοί, χωρίς περιορισμό εύρους τιμών. Επίσης τα βάρη μπορεί να είναι ακέραιοι ή πραγματικοί αριθμοί. Η παραπάνω μέθοδος αποτελεί έναν εύχρηστο τρόπο συνδυασμό χαρτών. Οι πίνακες κλάσεων και οι βαθμολογίες τους μπορούν εύκολα να τροποποιηθούν και να επαναληφθεί η εφαρμογή της μεθοδολογίας έτσι ώστε να επιτευχθεί το καλύτερο δυνατό αποτέλεσμα. Η μεγαλύτερη αδυναμία του είναι η γραμμική φύση της προσέγγισης του προβλήματος.

57 Επεξεργασία δεδομένων Προτεινόμενη μεθοδολογία Επιλογή Βαρών παραμετρικών χαρτών Για την υλοποίηση της υπέρθεσης των παραπάνω χαρτών και τη δημιουργία του τελικού χάρτη ζωνών βαθμού κινδύνου κατολισθήσεων ήταν απαραίτητη η επιλογή των βαρών που θα χρησιμοποιηθούν για τον κάθε έναν από αυτούς. Τα βάρη αντλήθηκαν από τη διδακτορική διατριβή της Μ. Φερεντίνου στα πλαίσια της οποίας υλοποιήθηκε μια αντικειμενική και ποσοτικοποιημένη ιεράρχηση των βαρών των παραμέτρων που επιδρούν στο φαινόμενο των κατολισθήσεων. Ο υπολογισμός των βαρών αυτών έγινε με τη χρήση τεχνητών νευρωνικών δικτύων. Επιπρόσθετα και για λόγους σύγκρισης της παραπάνω μελέτης με άλλες τέσσερις εργασίες που προσεγγίζουν με παρόμοια μεθοδολογία το πρόβλημα της δημιουργίας ζωνών βαθμού επικινδυνότητας κατολισθήσεων, η υπέρθεση των χαρτών πραγματοποιήθηκε διαδοχικά για κάθε μία από τις μελέτες χρησιμοποιώντας τα εκάστοτε βάρη που προέκυψαν από αυτές Βάρη από Μ. Φερεντίνου (2004) Στα πλαίσια της διδακτορικής διατριβής της Μ. Φερεντίνου (Εκτίμηση κινδύνου των κατολισθήσεων σε περιβάλλον Συστημάτων Γεωγραφικών Πληροφοριών, Αθήνα 2004) διερευνήθηκαν διεξοδικά οι ποσοτικοί και ποιοτικοί παράγοντες που επιδρούν στο φαινόμενο των κατολισθήσεων και η μεταξύ τους αλληλεπίδραση με τη χρήση τεχνητών νευρωνικών δικτύων. Τα τεχνητά νευρωνικά δίκτυα ΤΝΔ είναι απλοποιημένες μορφές, των βιολογικών νευρωνικών δικτύων καθώς διατηρούν αρκετές από τις λειτουργίες και την οργάνωση η οποία έχει παρατηρηθεί στον ανθρώπινο εγκέφαλο. Όπως και τα βιολογικά νευρωνικά δίκτυα τα ΤΝΔ μπορούν να εκπαιδευτούν, να αναγνωρίζουν αρχέτυπα, να ταξινομούν δεδομένα, να εκτιμούν προβλέψεις για μελλοντικά γεγονότα και να επιδεικνύουν αφαιρετική ικανότητα. Τα ΤΝΔ είναι υπολογιστικές μηχανές οι οποίες έχουν σχεδιαστεί για να μοντελοποιούν τον τρόπο με τον οποίο ο εγκέφαλος πραγματοποιεί μια συγκεκριμένη λειτουργία. Οι μηχανές αυτές καλούνται μηχανές διέγερσης απόκρισης λόγω της θεμελιώδους λειτουργίας τους: ότι εκπαιδεύονται μέσω της έκθεσης δειγμάτων δεδομένων εισόδου τα οποία συνδέονται με την κατάλληλη ενεργοποίηση με δεδομένα εξόδου. Η εκπαίδευση του συστήματος στα πλαίσια της παραπάνω μελέτης έγινε με τη σύνδεση των χαρακτηριστικών των παραγόντων που επιδρούν στο φαινόμενο των κατολισθήσεων και της ψηφιακής βάσης των συμβάντων κατολισθήσεων με τη χρήση κατάλληλου κανόνα (αλγορίθμου) εκμάθησης. To αποτέλεσμα ήταν η ιεράρχηση της κυριαρχίας και της έντασης

58 Επεξεργασία δεδομένων Προτεινόμενη μεθοδολογία 43 αλληλεπίδρασης των παραγόντων που επηρεάζουν το φαινόμενο της εμφάνισης κατολισθήσεων και τελικά ο υπολογισμός των βαρών που αντιστοιχεί στο βαθμό αυτής της επιρροής τους. Τα βάρη αυτά φαίνονται στον πίνακα 3. Παράγοντας Μ. Φερεντίνου Λιθολογία 1.35 Υψόμετρο 1.57 Κλίση Πρανών 1.64 Προσανατολισμός Πρανών 1 Καμπ υλότητα στη τομή 1 Καμπ υλότητα στη κάτοψη 1 Βροχή 1.64 Σεισμική επιτάχυνση 1.42 Χρήσεις Γης 1.71 Πίνακας 4. Βάρη παραγόντων από Μ. Φερεντίνου Βάρη από S. Lee, ( 2004) H διερεύνηση πραγματοποιήθηκε σε περιβάλλον νευρωνικών δικτύων. Η μελέτη αφορούσε στην περιοχή Yongin της Κορέας. Οι παράγοντες που εξετάστηκαν ως προς την επίδραση τους στο φαινόμενο των κατολισθήσεων καθώς και τα βάρη που τους αποδόθηκαν φαίνονται στον πίνακα 4. Παράγοντας Βάρος επίδρασης Κλίση πρανών 5.33 Καμπυλότητα πρανών 1.00 Πάχος Εδάφους 1.83 Υφή Εδάφους 1.83 Ποσοστό αποξήρανσης 1.17 Διάμετρος κορμών δέντρων 2.67 Ηλικία δέντρων 2.00 Πίνακας 5. Βάρη παραγόντων κατ ά S. Lee Από αυτά και για την πα ρούσα εργασία χρησιμοποιήθηκαν τα βάρ η για την κλίση των πρανών και την καμπυλότητα, δεδομένου πως μόνο γι αυτά τα κριτήρια υπήρχε πληροφορία.

59 Επεξεργασία δεδομένων Προτεινόμενη μεθοδολογία Βάρη από C. Melchiorre (2008) Ο υπολογισμός των βαρών έγινε επίσης μέσω ΤΝΔ. Οι παράγοντες που εξετάστηκαν και τα βάρη που τους αποδόθηκαν φαίνονται στον πίνακα 5. Παράγοντας Βάρος Επίδρασης Κλίση Πρανών 0.5 Αζιμούθιο Πρανών 0.2 Δείκτης διάβρωσης 0.3 Δείκτης υδατοπερατότητας εδάφους 0.3 Χρήσεις Γης 0.1 Πίνακας 6. Βάρη παραγόντων κατά C. Melchiorre Για την παρούσα εργασία χρησιμοποιήθηκαν τα βάρη που αφορούν στην κλίση και τον προσανατολισμό των πρανών καθώς και τις χρήσεις γης Βάρη από Μ. Pavel (2007) Στοιχεία διακριτής γραμμικής ανάλυσης χρησιμοποιήθηκαν για τον υπολογισμό των βαρών. Οι παράγοντες που μελετήθηκαν και τα βάρη που τους αντιστοιχούν φαίνονται στον πίνακα 6. Παράγοντας Βάρος Επίδρασης Υψόμετρο 0.58 Κλίση Πρανών 0.99 Αζιμούθιο πρανών 0.19 Καμπυλοτητα πρανών κατά τη διέυθυνση της κλισης τους (profile curvature) 0.03 Καμπυλοτητα πρανών κάθετα στη διέυθυνση της κλίσης τους (plan curvature) 0.09 Βαθμός αλληλεπίδρασης Profile/plan curvature 0.07 Πίνακας 7. Βάρη Παραγόντων κατά Μ.Pavel Για την παρούσα εργασία χρησιμοποιήθηκαν τα βάρη που αφορούν στους πρώτους πέντε παράγοντες.

60 Επεξεργασία δεδομένων Προτεινόμενη μεθοδολογία Βάρη από E. Yesilnacar / T.Topal, (2005) Και εδώ η μελέτη έγινε με τη βοήθεια τεχνητών νευρωνικών δικτύων. Οι παράγοντες που ερευνήθηκαν και τ α βάρη που τους αποδόθηκαν φαίνονται στον πίνακα 7. Παράγοντας Βάρος Επ ίδρασης Υψόμετρο Κλίση Πρανών Αζιμούθιο Πρανών Λιθολογία Χρήσεις Γης Απόσταση από αγωγούς απορροής Απόσταση από κορυφογραμμές (νοητή γραμμή υδροκρίτη) Πυκνότητα δικτύου απορροής Απόσταση από το οδικό δικτύο Πυκνότητα οδικού δικτύου Παροχή ρεμάτων Δείκτης υγρασίας εδάφους Επίδραση υπο λεκανών δικτύου απορροής Πίνακας 8. Βαρη Παραγόντων κατά E. Yesilnacar / T. Topal Από τα παραπάνω και για την παρούσα εργασία χρησιμοποιήθηκαν εκείνα τα βάρη που αφορούν στους πέντε πρώτους παράγοντες. Τα βάρη που χρησιμοποιήθηκαν καθώς και το όνομα του επιστήμο να που εκπόνησε την εκάστοτε εργασία, φαίνονται συγκεντρωμένα στον πίνακα 8. Παράγοντας Φερεντίνου Lee Melchiorre Pavel Yesilnacar - T.Topal Υψόμετρο Κλίση Πρανών Αζιμούθιο Πρανών Καμπυλότητα επιφάνειας πρανούς στην τομή Καμπυλότητα επιφάνειας πρανούς στην κάτοψη Λιθολογία Βροχή 1.64 Σεισμική επιτάχυνση 1.42 Χρήσεις Γης Πίνακας 9. Βάρη ανά Παράγοντα Κατολίσθησης και ανά Μελετητή

61 Επεξεργασία δεδομένων Προτεινόμενη μεθοδολογία Επεξεργασία δεδομένων Προκειμένου να γίνει δυνατός ο συνδυασμός της πληροφορίας των χαρτών που συλλέχθηκαν ήταν απαραίτητη η ομαδοποίηση των δεδομένων κάθε χάρτη σε κατάλληλες κατηγορίες καθώς και η ιεράρχηση αυτών (κατηγοριών) ως προς την επίδραση τους στο φαινόμενο των κατολισθήσεων. Κατά την ιεράρχηση αυτή οι μεγαλύτερες τιμές της κλίμακας κάθε παράγοντα δόθηκαν προς την κατεύθυνση όπου ευνοούνται οι κατολισθήσεις, είτε αυτή εκφράζεται με μεγαλύτερη συχνότητα κατο λισθήσεων βάσει στατιστικών στοιχείων (ποσοτικά κριτήρια ) είτε προκύπτει από παρατήρηση και βιβλιογραφικές αναφορές (ποιοτικά κριτήρια). για τις μη μετρήσιμες μεταβλητές ή γι αυτές που δεν υπήρχαν στατιστικά στοιχεία Τα στατιστικά στοιχεία που παρατίθενται παρακάτω και αφο ρούν στους παράγοντες που επιδρούν στην εμφάνιση κατολίσθησης και εξετάστηκαν στην παρούσα εργασία, αντλήθηκαν από δεδομένα όπ ως αυτά παρουσιάζονται σε μελέτη των Ζιούρκα Κούκη. Η δε ανάλυση τους η οποία εστιάζεται στην διερεύνηση της βαρύτητας κάθε παραμέτρου, των μεταξύ τους σχέσεων, την αλ ληλεξάρτηση αυτών και την αμοιβαία αλληλεπίδρασή τους πραγματοποιήθηκε στα πλαίσια της διδακτορικής διατριβής της Μ. Φερεντίνου Είναι σημαντικό να αναφερθεί πως ο αριθμός τω ν κλάσεων κάθε χάρτη δεν ορίσθηκε ευθύς εξαρχής αλλά αποφασίστηκε κατόπιν δοκιμών υπέρθεσης των χαρτών. Παρατηρήθηκε δε πως το πιο λογικό αποτέλεσμα επιτυγχάνεται με τον χωρισμ ό σε περισσότερες κλάσεις των δύο εκείνων παραγόντων που επιδρούν και περισσότερο στο φαινό μενο των κατολισθήσεων, αυτό της κλίσης των πρανών και της βροχής

62 Επεξεργασία δεδομένων Προτεινόμενη μεθοδολογία ΥΨΟΜΕΤΡΟ Τάξη Κάτω Άνω όριο Αριθμός που Σχετική όριο (m) (m) παρατηρήθηκε συχνότητα > 1800 ΣΥΝΟΛΟ Πίνακας 10. Κατανομή συχνότητας κατολισθήσεων σε σχέση με το υψόμετρο 25 συχνότητα κατολισθήσεων % >1800 υψόμετρο (m) Ιστόγραμμα 1. Κατανομή συχνότητας κατολισθήσεων σε σχέση με το υψόμετρο Σύμφωνα με τα στοιχεία του Πίνακα 9 καθώς και του ιστογράμματος που τον συνοδεύει η υψηλότερη τιμή σχετικής συχνότητας αντιστοιχεί σε υψόμετρα από 200 έως 1000m. Με βάση τα παραπάνω στοιχεία και κατόπιν δοκ ιμών επιλέχθηκε η παράμερο ς του υψομέτρου να ομαδοποιηθεί σε 5 κατηγορίες και η κωδικοποίηση τους είναι η ακόλουθη.

63 Επεξεργασία δεδομένων Προτεινόμενη μεθοδολογία 48 Υψόμετρο Κωδικοποίηση μ μ μ μ >1600 μ 0 Πίνακα ς 11. Κωδικοποίηση υψομέτρου ΚΛΙΣΗ ΠΡΑΝΩΝ (SLΟPE) Τάξη Κάτω όριο σε ( ) Άνω όριο σε ( ) Αριθμός κατολισθήσεων που παρατηρήθηκε Σχετική Συχνότητα > 80 ΣΥΝΟΛΟ 802 Πίνακας 12. Κατανομή συχνότητας κατολισθήσεων σε σχέσ η με την κλίση ασταθών πρανών.

64 Επεξεργασία δεδομένων Προτεινόμενη μεθοδολογία συχνό τητα κατολισθήσεων >80 κλίση πρανών (μοίρες) Ισ τόγραμμα 2. Κατανομή συχνότ ητας κατολισθήσεων σε σχέση με την κλίση πρανών. Σύμφωνα με τα στοιχεία του Πίνακα 11 καθώς και του ιστογράμματος που τον συνοδεύει η υψηλότερη τιμή σχετικής συχνότητας κατολισθήσεων απαντά σ ε εύρος κλίσεων από 20 έως 30. Υπάρχει όμως και έν α μικρότερο ποσοστό το οποίο απαντά σε εύρη κλίσεω ν από 10 έως 15 και 35 έως 45. Μ ε βάση τα παραπάνω, με δεδομένο πως στον χάρτη κλίσεων που δημιουργ ήθηκε στο arc map το εύρος των κλίσεων είναι από 0-55 ο και κατόπιν δοκιμών η πλ ηροφορία του ομαδοποιήθηκε σε 10 κα τηγορίες και η κωδικοποίηση τους εί ναι η ακόλουθη. Κλ ίση ( ο ) Κωδικοποίηση Πίνακας 13. Κωδικοποίηση κλίσεων πρανών

65 Επεξεργασία δεδομένων Προτεινόμενη μεθοδολογία ΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟΣ ΤΩΝ ΠΡΑΝΩΝ (AZI) Τάξη Κάτω Αριθμός κατολισθήσεων Άνω όριο όριο που παρατηρήθηκε Συχνότητα % ΣΥΝΟΛΟ Πίνακας 14.Κατανομή συχνότητας κατολισθήσεων σχετικά με τον προσανατολισμό των πρανών συχνότητα κατολισθήσεων % αζιμούθιο πρανών Ιστόγραμμα 3. Κατανομή συχνότητας κατολισθήσεων σχετικά με τον προσανατολισμό των πρανών

66 Επεξεργασία δεδομένων Προτεινόμενη μεθοδολογία 51 Σύμφωνα με τα στοιχεία του Πίνακα 14 καθώς και από το ιστόγραμμα που τον συνοδεύει το υψηλότερο ποσοστό κατολισθήσεων εκδηλώθηκε σε περιοχές όπου η διεύθυνση κλίσης κυμαίνεται από 0-90, , και Βάσει των παραπάνω η πληροφορία του χάρτη που αφορά στον προσανατολισμό των πρανών ομαδοποιήθηκε σε 9 κατηγορίες και η κωδικοποίηση τους φαίνεται παρακάτω. Να σημειωθεί πως η 9 η κατηγο ρία αφορά σε πρανή επίπεδα που ο προσανατολισμός δεν είναι δυνατόν να οριστεί. Αζιμούθιο (Aspect) ( ο ) Κωδικοποίηση Πίνακας 15. Κωδικοποίηση προσανατολισμού πρανών Είναι ενδιαφέρον να αναφερθεί πως στον χάρτη που δημιουργείται από την παραπάνω ιεράρχηση φαίνεται και εποπτικά πως οι περισσότερες κατολισθήσεις στον Ελλαδικό χώρο πραγματοποιήθηκαν σε πρανή με βορειοανατολικό προσανατολισμό Καμπυλότητα πρανούς κατά τη διεύθυνση κλίσης (profile curvature) και κάθετα σ αυτήν (plan curvature) Για αυτά τα δύο μορφολογικά χαρακτηριστικά των πρανών δεν υπάρχουν στατιστικά στοιχεία που να περιγράφουν τη συμπεριφορά τους ως προς το φαινόμενο των κατολισθήσεων. Είναι όμως γνωστό από την εδαφομηχανική πως η κυρτή επιφάνεια είναι αυτή που ευνοεί τις κατολισθητικές κινήσεις και ακολουθεί η επίπεδη. Καλύτερη συμπεριφορά ως προς την ευστάθεια παρουσιάζουν οι κοίλες επιφάνειες. Χαρακτηριστικά να αναφερθεί πως δύο από τις μεγαλύτερες κατολισθήσεις στην Ελλάδα (στην Παναγοπούλα και στη Μαλακάσα) σημειώθηκαν σε πρανές με κυρτή επιφάνεια.

67 Επεξεργασία δεδομένων Προτεινόμενη μεθοδολογία 52 Κατά συνέπεια η πληροφορία των δύο χαρτών που αφορούν στην καμπυλότητα πρανούς ομαδοποιήθηκε σε 3 κατηγορίες κοίλη, επίπεδη και κυρτή επιφάνεια και η κωδικοποίηση τους φαίνεται παρακάτω. Αναφέρεται πάλι πως αρνητικές τιμές καμπυλότητας αφορούν σε κοίλη επιφάνεια και οι θετικές σε κυρτή. Επιφάνεια Κωδικοποίηση Koίλη 1 Επίπεδη 2 Κυρτή 3 Πίνακας 16. Κωδικοποίηση καμπυλότητας πρανών ΛΙΘΟΛΟΓΙΚΗ ΣΥΣΤΑΣΗ Συχνότητα Ποσοστό Λιθολογία Τάξη κατολισθήσεων έκτασης Α1/Α2 A1/A2 Α1 % Α2 * 10 Ηφαιστειακά πετρώματα Μεταμορφωμένα σχιστώδη πετρώματα Ανθρακικά πετρώματα (ασβεστόλιθοι, μάρμαρα) Κερατόλιθοι σχιστοκερατόλιθοι Φλύσχης Νεογενή Μολάσσες Τεταρτογενείς αποθέσεις ΣΥΝΟΛΟ Πίνακας 17. Κατανομή συχνότητας κατολισθήσεων σε διαφορετικές λιθολογικές ενότητες.

68 Επεξεργασία δεδομένων Προτεινόμενη μεθοδολογία Ηφαιστειακά πετρώματα. Μεταμορφωμένα σχιστώδη πετρώματα Ανθρακικά πετρώματα Κερ ατόλιθ οι σχιστοκερατόλιθοι Φλύσχης Νεογενή Μολάσσες Τεταρτογενείς αποθέσεις συχνό τητ α κατ ολισθήσεων % λιθολογικές ενότητες Ιστόγραμμα 4. Κατανομή συχνότητας κατολισθήσεων σε διαφορετικές λιθολογικές ενότητες. Είναι εμφανές σύμφωνα με τα στοιχεία που αντλούνται από τον παραπάνω πίνακα καθώς και από το ιστόγραμμα που τον συνοδεύει ότι η μεγαλύτερη τιμή σχετικής συχνότητας κατολισθήσεων αφορά στο σχηματισμό του φλύσχη. Σύμφωνα με τους Κούκη, Τσιαμπάο και Σαμπατάκη (1994), μετά από τη κωδικοποίηση και αρχειοθέτηση τεχνικογεωλογικών εκθ έσεων και μελετών συμβάντων κατολισθήσεων που καλύπτουν την περίοδο ( ) συμπέραναν και αυτοί ότι το υψηλότερο ποσοστό κατολισθήσεων απαντά στο σχηματισμό του φλύ σχη. Οι ίδιοι συγγραφείς μετά από στατιστική ανάλυση και επεξεργασία των δύο βάσ εων δεδομένων που προαναφέρθηκαν κατέληξαν επίσης ότι η υψηλότερη συχνότητα κατολισθήσεων απαντά στους σχηματ ισμούς των ιζημάτων του φλύσχη, ακολουθούν τα ιζήματα νεογενούς ηλικίας, και οι χαλαρές τεταρτογενείς αποθέσεις. Να σημειωθεί πως στην παραπάνω ανάλυση δεν συμπεριλήφθηκαν οι βραχοπτώσεις των οποίων ο μηχανισμός είναι διαφορετικός των υπολοίπων μορ φών κατολίσθησης. Κατά συνέπεια η κωδικοποίηση για τα δεδομένα του τεχνικογεωλογικού χάρτη είναι η ακόλουθη: Είδος γεωλογικού σχηματισμού Κωδικοποίηση Ηφαιστειακά Πετρώματα 1 Κερατόλιθοι σχιστοκερατόλιθοι 2 Ανθρακικά Πετρ ώματα (Ασβεστόλιθοι Μάρμαρα) 3 Μεταμορφωμένα Σχιστώδη 4 Τεταρτογενείς Αποθέσεις 5 Νεογενή Μολάσες 6 Φλύσχης 7 Πίνακας 18. Κωδικοποίηση Λιθολογίας

69 Επεξεργασία δεδομένων Προτεινόμενη μεθοδολογία Ατμοσφαιρικά κατακρημνίσματα (μέσο ετήσιο ύψος βροχής) Τάξη Αριθμός Κάτω Άνω όριο κατoλισθήσεων όριο (mm) που (mm) παρατηρήθηκε Συχνότητα % > ΣΥΝΟΛΟ Πίνακας 19. Κατανομή συχνότητας κατολισθήσεων ανά κατηγορία μέσου ετήσιου ύψους βροχής συχν ισθήσεων σης κατολ φάνι ότητα εμ μέσο ετήσιο ύψος βροχής (mm) Ιστόγραμμα 5. Συχνότητα κατολισθήσεων ανά κατηγορία μέσου ετήσιου ύψο υς βροχής

70 Επεξεργασία δεδομένων Προτεινόμενη μεθοδολογία 55 Σύμφωνα με τα στοιχεία του παραπάνω πίνακα καθώς και του ιστογράμματος που τον συνοδεύει το υψηλότερο ποσοστό κατολισθήσεων εκδηλώθηκε σε περιοχές με μέσο ετήσιο ύψος βροχής της τάξης των 600 mm έως 1400mm. Σύμφωνα με τους Koukis, et al (1994), μετά από τη κωδικοποίηση και αρχειοθέτηση τεχνικογεωλογικών εκθέσεων και μελετών συμβάντων κατολισθήσεων που καλύπτου ν την περίοδο ( ) συμπέραναν ότι το υψηλότερο ποσοστό κατολισθήσεων απαντά σε περιοχές με μέσο ετήσιο ύψος βρ οχής μεγαλύτερο από 1000mm. Στα πλαίσια της συγκεκριμένης εργασίας και κατόπιν δοκιμών επιλέχθηκε η πληροφορία που αφορά στον παράγοντα της βροχής να ιεραρχηθεί αναλογικά με το μέγεθος του μέσου ετήσιου ύψους βροχής ανεξάρτητα από τον αριθμό κατολισθήσεων που παρατηρήθηκαν σε κάθε επιμέρους κατηγορία του. Μέσο ετήσιο ύψος βροχής (mm) Κωδικοποίηση > Πίνακας 20. Κωδικοποίηση μέσου ετήσιου ύψους βροχής Σεισμική δραστηριότητα Στα πλαίσια της συγκεκριμένης εργασίας και παρόλο που ήταν δυνατή η κατηγοριοποίηση της πληροφορίας κατόπιν δοκιμών για την κρίσιμη σεισμική επιτάχύνση σε αρκετές κατηγορίες επιλέχθηκε - οι οποίες έδειξαν πως όσο αυξάνεται ο αριθμός των σεισμικών ζωνών εμφανίζεται να έχουν μεγάλο βαθμό κινδύνου προς κατολίσθηση περιοχές που είναι γνωστό πως κάτι τέτοιο δεν ισχύει, π.χ η Ν. Θεσσαλία - η πληροφορία να οργανωθεί σε 2 κατηγορίες που αντιστοιχούν ουσιαστικά στις δύο ζώνες του αντισεισμικού κανονισμού. Σεισμική Ζώνη Κωδικοποίηση Ι 1 ΙΙ 2 Πίνακας 21. Κωδικοποίηση κρίσιμης σεισμικής επιτάχυνσης

71 Επεξεργασία δεδομένων Προτεινόμενη μεθοδολογία Χρήσεις γης Σύμφωνα με τους Ζιούρκα Κούκη η κατανομή της συχνότητας κατολισθήσεων ανά χρήση περιοχής φαίνεται στο παρακάτω ιστόγραμμα τολισθήσεων % Συχνότητα Κα Κατοικημένη Καλλιεργήσιμη Δασώδης Χρήσεις Γης Ιστόγραμμα 6. Συχνότητα κατολισθήσεων ανά χρήση γης (Βάση Κούκη) Δεδομένου ότι ο χάρτης χρήσεων γης που χρησιμοποιήθηκε έχει προέρθει από το Corine Land Cover, του οπο ίου η κλίμακα είναι τέτοια που περιοχές οι οποίες στη βάση του Ι.Γ.Μ.Ε. έχουν κατοχυρωθεί ως κατοικημένες (όπως χωριά), τις θεωρεί αγροτικές είναι εμφανές πως στα πλαίσια της παρούσας εργασίας δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί η παραπάνω ιεράρχηση. Κατόπιν παρατήρησης και επεξεργασίας αλλά και σύμφωνα με τη διεθνή βιβλιογραφία οι χρήσεις γης ιεραρχήθηκαν και κωδικοποιήθηκαν όπως φαίνεται παρακάτω. Είδος Χρήσης Γης Κωδικοποίηση Λίμνες Υδάτινα Σώματα 0 Αστικές Περιοχές 1 Δασικές Περιοχές 2 Αγροτικές καλλιεργήσιμες περιοχές 3 Πίνακας 22. Κωδικοποίηση χρήσεων γης

72 Επεξεργασία δεδομένων Προτεινόμενη μεθοδολογία Ταξινόμηση δεδομένων εφαρμογή σε περιβάλλον Arc Map Η ταξινόμηση των δεδομένων κάθε χάρτη έγιναν με τη βοήθεια του εργαλείου reclassify, μέρος της ομάδας λειτουργίας χωρικής ανάλυσης (spatial analyst) του ArcMap Το εργαλείο αυτό διαβάζει την πληροφορία των τιμών από κατάλληλο πεδίο του ψηφιδωτού αρχείου εισόδου και επιτρέπει το διαχωρισμό τους σε κλάσεις (με τη επιλογή classify, όπου αυτές καθορίζονται) καθώς και την ιεράρχηση τους. Το νέο ψηφιδωτό αρχείο που προκύπτει είναι πάντα μορφής integer. Στο παρακάτω παράδειγμα ως αρχείο εισόδου πληροφορία υψομέτρου. έχει δοθεί το grid που αφορά στην Εικόνα 2, Ομαδοποίηση των τιμών χάρτη υψομέτρου Map σε κατηγορίες στο περιβάλλον του Arc

73 Επεξεργασία δεδομένων Προτεινόμενη μεθοδολογία 58 Εικόνα 3, Ιεράρχηση κατηγοριών χάρτη υψομέτρου σε περιβάλλον Arc Map Ακολουθού ν οι χάρτες που προέκυψαν μετά από την ταξινόμηση και ιεράρχηση των δεδομένων

74 Επεξεργασία δεδομένων Προτεινόμενη μεθοδολογία 59 Χάρτης 10, Κωδικοποίηση Υψομέτρου.

75 Επεξεργασία δεδομένων Προτεινόμενη μεθοδολογία 60 Χάρτης 11, Κωδικοποίηση κλίσεων Εδάφους.

76 Επεξεργασία δεδομένων Προτεινόμενη μεθοδολογία 61 Χάρτης 12, Κωδικοποίηση Προσανατολισμού Πρανών.

77 Επεξεργασία δεδομένων Προτεινόμενη μεθοδολογία 62 Χάρτης 13, Κωδικοποίηση Profile Curvature.

78 Επεξεργασία δεδομένων Προτεινόμενη μεθοδολογία 63 Χάρτης 14, Κωδικοποίηση Plan Curvature.

79 Επεξεργασία δεδομένων Προτεινόμενη μεθοδολογία 64 Χάρτης 15, Κωδικοποίηση μέσου ετήσιου ύψους βροχής.

80 Επεξεργασία δεδομένων Προτεινόμενη μεθοδολογία 65 Χάρτης 16, Κωδικοποίηση Σεισμικής Επιτάχυνσης.

81 Επεξεργασία δεδομένων Προτεινόμενη μεθοδολογία Κανονικοποίηση ως προς τη μονάδα των δεδομένων των παραμετρικών χαρτών Παρόλο που η μέθοδος map index overlay δεν απαιτεί, όπως αναφέρθηκε, την κανονικοποίηση των βαθμολογιών των κλάσεων κάθε χάρτη, για λόγους πληρότητας της εργασίας κανονικοποιήθηκαν ως προς τη μονάδα οι τιμές αυτές και η υπέρθεση έγινε και με τους κανονικοποιημένους χάρτες. Η κανονικοποίηση των δεδομένων των χαρτών (μετά από το χωρισμό σε κατηγορίες της πληροφορίας τους και την βαθμολόγηση αυτών) έγινε βάσει της παρακάτω σχέσης Aij ( Aij Aij = ( Aij max Aij ) ) min (0 1) (13) min Όπου Αij είναι η τιμή τυχαίου φατνίου του εκάστοτε χάρτη Αij min η μικρότερη τιμή φατνίου. Αij max η μέγιστη τιμή φατνίου και Αij (0-1) η τιμή του τυχαίου φατνίου Αij στην κλίμακα 0-1. Ενδεικτικά παρατίθεται ο χάρτης που προέκυψε από την κανονικοποίηση του κωδικοποιημένου χάρτη μέσου ετήσιου ύψους βροχής..

82 Επεξεργασία δεδομένων Προτεινόμενη μεθοδολογία 67 Χάρτης 17, Κανονικοποίηση κωδικοποιημένου μέσου ύψους βροχής.

83 Επεξεργασία δεδομένων Προτεινόμενη μεθοδολογία Συσχέτιση δεδομένων παραμετρικών χαρτών βάσης θέσεων συμβάντων κατολισθήσεων Είναι ενδιαφέρον εδώ να γίνει μια σύντομη αναφορά στο συσχετισμό των ψηφιακών δεδομένων που περιγράφουν τους παράγοντες που επιδρούν στο φαινόμενο των κατολισθήσεων με την ψηφιοποιημένη βάση κατολισθήσεων. Με την χωρική ένωση της βάσης των θέσεων κατολίσθησης διαδοχικά με κάθε ένα από τους χάρτες που αφορούν στους προαναφερθέντες παράγοντες (η διαδικασία αυτή περιλαμβάνει αρχικά την μετατροπή των ψηφιδωτών αρχείων σε αρχεία πολυγωνικής μορφής και την ένωση τους στη συνέχεια με το σημειακό αρχείο των κατολισθήσεων, και θα παρουσιαστεί πιο αναλυτικά στο επόμενο κεφάλαιο) προκύπτουν τα παρακάτω Συσχέτιση ψηφιακού μοντέλου εδάφους βάσης θέσεων κατολισθήσεων αριθμός κατολισθήσεων > 1600 υψόμετρο (m) Ιστόγραμμα 7. Αριθμός κατολισθήσεων ανά υψομετρική κατηγορία (m) Η παραπάνω συσχέτιση ταυτίζεται με την αντίστοιχη της που προκύπτει από τα δεδομένα της βάσης του Ι.Γ.Μ.Ε.

84 Επεξεργασία δεδομένων Προτεινόμενη μεθοδολογία Συσχέτιση χάρτη κλίσεων εδάφους βάσης θέσεων κατολισθήσεων ν 300 αριθμός κατολισθήσεω Κλίσεις εδάφους (μοίρες) Ιστόγραμμα 8. Αριθμός κατολισθήσεων ανά κατηγορία κλίσεων εδάφους Εδώ παρατηρείται μια αντίφαση όχι μόνο με τη βάση του Ι.Γ.Μ.Ε. αλλά και με την κοινή λογική που υπαγορεύει πως προφανώς δεν γίνεται να έχουμε κατολισθήσεις σε επίπεδες ή σχεδόν επίπεδες επιφάνειες. Η αντίφαση αυτή όμως μπορεί να ερμηνευθεί με τη βοήθεια του σχολιασμού του αλγορίθμου του slope (παράγραφος ). Από τα αναγραφόμενα εκεί γίνεται αντιληπτό πως υπάρχει μια εγγενής αδυναμία του αλγορίθμου να αποδώσει με ακρίβεια τις κλίσεις μι κρής μέσης τάξης και επίσης καθοριστικό ρόλο στην ακρίβεια του υπολογισμού της παίζει το μέγεθος της ανάλυσης του DTM που χρησιμοποιείται. Λαμβάνοντας λοιπόν υπ όψιν τα παραπάνω και το γεγονός πως το DTM που χρησιμοποιήθηκε είχε αρκετά μικρή ανάλυση (250m x 250 m) το παράδοξο του παραπάνω ιστογράμματος μπορεί να αποδοθεί στον μη ακριβή υπολογισμό της κλίσης. Παρ όλα αυτά η μεταξύ σχέση των κλίσεων που έχουν υπολογιστεί είναι σχετικά σωστή και δεν επηρεάζει σε μεγάλο βαθμό το αποτέλεσμα της εργασίας δεδομένου ό,τι συνυπολογίζονται και άλλοι παράγοντες για την τελική εκτίμηση κινδύνου, κάτι που αποδεικνύεται και από την εικόνα του τελικού χάρτη ζωνών βαθμού κινδύνου.

85 Επεξεργασία δεδομένων Προτεινόμενη μεθοδολογία Συσχέτιση χάρτη προσανατολισμού πρανών βάσης θέσεων κατολισθήσεων αριθμός κατολισθήσεων >0,επίπεδο αζιμούθιο πρανών Ιστόγραμμα 9. Αριθμός κατολισθήσεων ανά κατηγορία προσανατολισμού πρανών Και στον υπολογισμό του αζιμουθίου ισχύουν όσα αναφέρθηκαν πιο πάνω για τον υπολογισμό της κλίσης των πρανών και τα σφάλματα ου υπεισέρχονται. Παρ όλα αυτά σε γενικές γραμμές το παραπάνω ιστόγραμμα προσομοιάζει το αντίστοιχο που προέκυψε από τη στατιστική ανάλυση της βάσης του Ι.Γ.Μ.Ε.

86 Επεξεργασία δεδομένων Προτεινόμενη μεθοδολογία Συσχέτιση χάρτη καμπυλότητας πρανών κατά τη διεύθυνση της κλίσης τους βάσης θέσεων κατολισθήσεων Αριθμός κατολισθήσεων Κοίλη επιφάνεια Επίπεδη Επιφάνεια Κυρτή επιφάνεια Καμπυλότητα επιφάνειας πρανών κατα τη διέυθυνση της κλίσης τους Ιστόγραμμα 10. Αριθμός κατολισθήσεων ανά κατηγορία καμπυλότητας πρανών κατά τη διεύθυνση της κλίσης τους Και εδώ ο μεγάλος αριθμός κατολισθήσεων στις κοίλες επιφάνειες έρχεται σε αντίθεση με τη γνώση που πηγάζει από την εδαφομηχανική και βάσει της οποίας αξιολογήθηκε η πληροφορία του συγκεκριμένου χάρτη (το γεγονός δηλαδή πως οι κοίλες επιφάνειες είναι αυτές που παρουσιάζουν την καλύτερη συμπεριφορά ως προς την ευστάθεια). Το ανάγλυφο όμως με το οποίο υπολογίστηκε η καμπυλότητα των πρανών ήδη είχε υποστεί τις κατολισθήσεις της ψηφιακής βάσης, και πολλές από αυτές είχαν ως αποτέλεσμα τη δημιουργία μια κοίλης επιφάνειας. Έτσι ερμηνεύεται και η παραπάνω αντίφαση. Επιπλέον το μέγεθος τους φατνίου του ψηφιακού μοντέλου εδάφους, ο αλγόριθμος που χρησιμοποιήθηκε, η μορφολογία του ανάγλυφου επηρεάζουν και τον υπολογισμό της καμπυλότητας, κατά συνέπεια δεν μπορεί να αποκλειστούνε τυχόν σφάλματα που οφείλονται στα παραπάνω αίτια.

87 Επεξεργασία δεδομένων Προτεινόμενη μεθοδολογία Συσχέτιση χάρτη καμπυλότητας πρανών κάθετα στη διεύθυνση της κλίσης τους βάσης θέσεων κατολισθήσεων αριθμός κατολισθήσεων Κοίλη επιφάνεια Επίπεδη Επιφάνεια Κυρτή επιφάνεια Καμπυλότητα επιφάνειας πρανών κάθετα στη διεύθυνση της κλίσης τους Ιστόγραμμα 11. Αριθμός κατολισθήσεων ανά κατηγορία καμπυλότητας πρανών κάθετα στη διεύθυνση της κλίσης τους Ισχύουν όσα αναφέρθηκαν και παραπάνω Συσχέτιση τεχνικογεωλογικού χάρτη - βάσης θέσεων κατολισθήσεων σε Ηφαιστειακ ά Μεταμορφωμένα - Σχστώδη Ανθρακικά ι Κερατολιθοι - Σχιστοκερατόλιθο ς Φλύσχη - ς ς Αριθμός κατολισθή Νεογενή Μολάσσε Τεταρτογενεί αποθέσεις Λιθολογικές ενότητες Ιστόγραμμα 12. Αριθμός κατολισθήσεων ανά κατηγορία γεωλογικού σχηματισμού

88 Επεξεργασία δεδομένων Προτεινόμενη μεθοδολογία 73 Το παραπάνω ιστόγραμμα ουσιαστικά ταυτίζεται με το αντίστοιχο που παρουσιάζεται στην ανάλυση του Κούκη και η διαφοροποίηση στις αναλογίες των μεταμορφωμένων και των ανθρακικών πετρωμάτων ενδεχομένως να οφείλεται σε μικρά λάθη που προέκυψαν κατά την ψηφιοποίηση των ορίων των γεωλογικών σχηματισμών Συσχέτιση βροχομετρικού χάρτη βάσης θέσεων κατολισθήσεων αριθμός κατολισθήσεων > 1800 μέσο ετήσ ιο ύψος βροχής (mm) Ιστόγραμμα 13. Αριθμός κατολισθήσεων ανά κατηγορία ψηφιοποιημένου βροχομετρικού χάρτη Το παραπάνω ιστόγραμμα σε γενικές γραμμές προσομοιάζει το αντίστοιχο που προέκυψε από τη στατιστική ανάλυση της βάσης του Ι.Γ.Μ.Ε Συσχέτιση χάρτη κρίσιμης σεισμικής επιτάχυνσης βάσης κατολισθήσεων Αριθμός κατολισθήσεων Ι ΙΙ Ζώνη Σεισμικής Επιτάχυνσης Ιστόγραμμα 14. Αριθμός κατολισθήσεων ανά σεισμική ζώνη

89 Επεξεργασία δεδομένων Προτεινόμενη μεθοδολογία 74 Το παραπάνω ιστόγραμμα απλά επιβεβαιώνει το πραγματικό γεγονός πως οι περισσότερες κατολισθήσεις παρατηρήθηκαν στη ζώνη ΙΙ του αντισεισμικού κανονισμού Συσχέτιση χάρτη χρήσεων γης βάσης θέσεων κατολισθήσεων Λίμνες - Υδάτινες Επιφάνειες Αστικές Περιοχές Αριθμός κατολισθήσεων Δασικές Εκτάσεις Αγροτικές Περιοχές Χρήσεις γης επιλ έχθηκε σε σχέση με την επίδραση της στο φαινόμενο των κατολισθήσεων. Οι κατολισθήσεις που εμφανίζονται στις λίμνες και στις υδάτινες επιφάνειες εντοπίστηκαν σε παράκτιες περιοχές ή πολύ κοντά σε λίμνες (επισκόπηση στον χάρτη) και ο κύριος λόγος που έχουν κατοχυρωθεί σ αυτή την κατηγορία είναι η διαφορά μεταξύ της αρχικής κλίμακας του χάρτη χρήσεων γης και της βάσης των θέσεων των κατολισθήσεων. Συμπερασματικά μπορεί να ειπωθεί πως είναι πολύ σημαντικό η αξιολόγηση των δεδομένων να γίνεται βάσει ενός συνδυασμού παρατηρήσεων υπαίθρου και θεωρητικής γνώσης. Εξ ίσου σημαντικό είναι να αναφερθεί πως η ακρίβεια υπολογισμού των μορφολογικών χαρακτηριστικών των πρανών εξαρτάται Ιστόγραμμα 15. Αριθμός κατολισθήσεων ανά χρήση γης Παρομοίως και εδώ το ιστόγραμμα επιβεβαιώνει την ιεράρχηση των χρήσεων γης που που αποτελούν και το κλειδί στη μελέτη του φαινόμενου των ανάγλυφου αλλά και του αλγορίθμου που χρησιμοποιείται. κατολισθήσεων άμεσα από την ανάλυση του ψηφιακού μοντέλου εδάφους, της μορφολογίας του

90 Υπέρθεση παραμετρικών χαρτών Δημιουργία τελικού χάρτη 75 3 ο κεφάλαιο Υπέρθεση παραμετρικών χαρτών Δημιουργία τελικού χάρτη 3.1. Πρόσθεση παραμετρικών χαρτών πολλαπλασιασμένων επί το βάρος τους (weighted Sum, Arc Map) Οι χάρτες ψηφιδωτής μορφής είναι ουσιαστικά αλγεβρικοί πίνακες, με χωρική αναφορά βεβαίως, και οι πράξεις μεταξύ τους διέπονται από τους κανόνες της Άλγεβρας πινάκων. Για την υπέρθεση των παραμετρικών χαρτών χρησιμοποιήθηκε η λειτουργία weighted sum του Arc Map. Με τη βοήθεια αυτής αθροίζονται τα αρχεία ψηφιδωτής μορφής αφού πρώτα έχουν πολλαπλασιαστεί με το βάρος που τους αντιστοιχεί και προκύπτει ένα νέο αρχείο ψηφιδωτής μορφής που η τιμή του τυχαίου φατνίου του Αij δίνεται από τη σχέση n Aij = WiSij (14) i όπου Wi είναι το βάρος για τον i- οστό εισερχόμενο χάρτη Sij είναι η βαθμολογία της j-οστής κλάσης του i-οστου χάρτη, και n το πλήθος των εισερχόμενων χαρτών. Τα παραπάνω αποδίδονται παραστατικά με το παράδειγμα που ακολουθεί. Εικόνα 4, παράδειγμα weighted sum ψηφιδωτών αρχείων.

91 Υπέρθεση παραμετρικών χαρτών Δημιουργία τελικού χάρτη 76 Παρακάτω δίνεται ένα παράδειγμα εφαρμογής της λειτουργίας weighted sum. Το παράδειγμα αφορά στο χάρτη που προκύπτει από τα βάρη που υπολόγισε ο C. Melchiorre και η επιλογή του ήταν τυχαία. Το πεδίο Field αναφέρεται στο πεδίο του πίνακα μεταβλητών που φέρει την πληροφορία του ψηφιδωτού αρχείου που αφορά στις βαθμονομημένες τιμές των κλάσεων του. Εικόνα 5, εφαρμογή weighted sum 3.2 Δημιουργία χάρτη βαθμού κινδύνου με τη βοήθεια λειτουργίας map algebra Oι τιμές των φατνίων του ψηφιδωτού αρχείου που προκύπτει από την χρήση τoυ εργαλείου weighted sum αντιστοιχούν, όπως είναι εύκολα αντιληπτό, στον αριθμητή της σχέσης (1) που ορίζει την τιμή του φατνίου του ψηφιδωτού αρχείου που πρέπει να προκύψει από την εφαρμογή του Index Overlay (το οποίο είναι και ο ζητούμενος χάρτης) Κατά συνέπεια το αρχείο που προκύπτει από την εφαρμογή της weighted sum θα πρέπει να διαιρεθεί με το άθροισμα των βαρών που χρησιμοποιήθηκαν για τη δημιουργία του. Αυτό επιτυγχάνεται με τη λειτουργία map algebra του arc map που επιτρέπει την πραγματοποίηση αλγεβρικών πράξεων μεταξύ των αρχείων ψηφιδωτής μορφής. Να σημειωθεί εδώ πως όλες οι πράξεις που απαιτεί η μέθοδος map index overlay μπορούνε να γίνουνε μέσω του εργαλείου map algebra. H weighted sum επιλέχθηκε για λόγους ευκολίας χρήσης. Παρακάτω δίνεται ένα παράδειγμα υπολογισμού χάρτη βαθμού κινδύνου κατολισθήσεων με τη βοήθεια της λειτουργίας map algebra. Το παράδειγμα αφορά στο χάρτη που προκύπτει από τα βάρη που υπολόγισε ο C. Melchiorre και η επιλογή του ήταν τυχαία.

92 Υπέρθεση παραμετρικών χαρτών Δημιουργία τελικού χάρτη 77 Εικόνα 6, Yπολογισμός σταθμισμένου χάρτη με τη βοήθεια της λειτουργίας single output Map Algebra 3.3 Δημιουργία ζωνών βαθμού κινδύνου κατολίσθησης Στη συνέχεια με τη βοήθεια του εργαλείου Reclassify η πληροφορία των χαρτών που προκύπτουν από την υπέρθεση τους με τη χρήση κατάλληλων βαρών χωρίζεται σε κατηγορίες που αποτελούν και τις ζώνες βαθμού επικινδυνότητας εμφάνισης κατολισθήσεων. Σύμφωνα με τη διεθνή βιβλιογραφία ο βαθμός κινδύνου χωρίζεται συνήθως σε πέντε κατηγορίες. Πολύ χαμηλός Χαμηλός Μέτριος Υψηλός Πολύ υψηλός 3.4 Συσχέτιση τελικών χαρτών και συμβάντων κατολισθήσεων Πέρα από την οπτική επιθεώρηση (visual inspection) των χαρτών, έτσι ώστε να κριθεί η εγκυρότητα τους ή μη, για την αξιολόγηση τους χρησιμοποιήθηκε και η ψηφιακή βάση των καταγεγραμμένων συμβάντων κατολισθήσεων. Στόχος ήταν να συνδυαστεί η πληροφορία του χάρτη ζωνών βαθμού κινδύνου με τη γεωγραφική θέση των κατολισθήσεων έτσι ώστε να βρεθεί πόσες και ποιες κατολισθήσεις αντιστοιχούν σε κάθε ζώνη του χάρτη.

93 Υπέρθεση παραμετρικών χαρτών Δημιουργία τελικού χάρτη 78 Αυτό επιτεύχθηκε με την μετατροπή των αρχείων ψηφιδωτής μορφής σε διανυσματικά αρχεία πολυγωνικής μορφής και την χωρική ένωση των τελευταίων με το σημειακής μορφής αρχείο των θέσεων κατολισθήσεων. Κατά την παραπάνω μετατροπή κάθε πολύγωνο που δημιουργείται στο αρχείο πολυγωνικής μορφής παίρνει την τιμή του από την αντίστοιχη περιοχή του ψηφιδωτού αρχείου. Η μετατροπή έγινε με τη χρήση του εργαλείου raster to polygon μέρος των conversion tools του arc map. Εικόνα 7, μετατροπή ψηφιδωτού αρχείου σε αρχείο πολυγωνικής μορφής με τη λειτουργία raster to polygon H χωρική ένωση έγινε με τη βοήθεια του εργαλείου Join Data. Με τη βοήθεια αυτού του εργαλείου, το σημειακό και το πολυγωνικό αρχείο ενώνονται και το αποτέλεσμα της ένωσης είναι ένα σημειακό αρχείο στο οποίο κάθε σημείο του φέρει και την πληροφορία (τιμή) του πολυγώνου (του πολυγωνικού αρχείου) στο οποίο αντιστοιχεί. Δηλαδή το σημείο της κατολίσθησης φέρει και την τιμή του πολυγώνου του χάρτη άρα και της ζώνης βαθμού κινδύνου στην οποία βρίσκεται.

94 Υπέρθεση παραμετρικών χαρτών Δημιουργία τελικού χάρτη 79 Εικόνα 8,, ένωση σημειακού και πολυγωνικού αρχείου με τη χρήση της λειτουργίας Join Data Οι τιμές αυτές εμφανίζονται στον πίνακα μεταβλητών του σημειακού αρχείου που προκύπτει από την ένωση στο πεδίο με το όνομα GRIDCODE Η αντιστοίχηση του αριθμού κατολισθήσεων ανά ζώνη βαθμού κινδύνου, και για κάθε χάρτη ξεχωριστά, θα παρουσιαστεί με τη μορφή ιστογράμματος. Ακολουθούν οι χάρτες ζωνών βαθμού κινδύνου για την περιοχή της ηπειρωτικής Ελλάδας που δημιουργήθηκαν χρησιμοποιώντας τα εκάστοτε βάρη για κάθε έναν από τους πέντε μελετητές καθώς και τα ιστογράμματα που δείχνουν τον αριθμό κατολισθήσεων ανά ζώνη κινδύνου που τους αντιστοιχούν. Η υπέρθεση έγινε και για τους χάρτες που προέκυψαν από την κανονικοποίηση των δεδομένων των βαθμονομημένων χαρτών.

95 80 EΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΤΜΗΜΑ ΑΓΡΟΝΟΜΩΝ & ΤΟΠΟΓΡΑΦΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΕΡΓΩΝ ΥΠΟΔΟΜΗΣ & ΑΓΡΟΤΙΚΗΣ ΑΝΑΠΤΥΞΗΣ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΧΑΡΤΗΣ ΖΩΝΩΝ ΒΑΘΜΟΥ ΚΙΝΔΥΝΟΥ ΕΜΦΑΝΙΣΗΣ ΚΑΤΟΛΙΣΘΗΣΕΩΝ ΣΤΗΝ ΗΠΕΙΡΩΤΙΚΗ ΕΛΛΑΔΑ Βάρη παραμετρικών χαρτών από Μ. Φερεντίνου Προβολικό σύστημα Ε.Γ.Σ.Α. 87 Εγκάρσια Μερκατορική Προβολή Κλίμακα 1: ΥΠΟΜΝΗΜΑ Βαθμός Κινδύνου Εμφάνισης Κατολισθήσεων Πολύ Χαμηλός Χαμηλός Μέτριος Υψηλός Πολύ υψηλός ΚΥΡΙΑΚΗ ΓΕΩΡΓΙΑ Π. ΒΟΛΙΩΤΗ ΟΚΤΩΒΡΙΟΣ ΑΘΗΝΑ 2009

96 81 EΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΤΜΗΜΑ ΑΓΡΟΝΟΜΩΝ & ΤΟΠΟΓΡΑΦΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΕΡΓΩΝ ΥΠΟΔΟΜΗΣ & ΑΓΡΟΤΙΚΗΣ ΑΝΑΠΤΥΞΗΣ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΧΑΡΤΗΣ ΖΩΝΩΝ ΒΑΘΜΟΥ ΚΙΝΔΥΝΟΥ ΕΜΦΑΝΙΣΗΣ ΚΑΤΟΛΙΣΘΗΣΕΩΝ ΣΤΗΝ ΗΠΕΙΡΩΤΙΚΗ ΕΛΛΑΔΑ Βάρη παραμετρικών χαρτών από Μ. Φερεντίνου Προβολικό σύστημα Ε.Γ.Σ.Α. 87 Εγκάρσια Μερκατορική Προβολή Κλίμακα 1: ΥΠΟΜΝΗΜΑ Βαθμός Κινδύνου Εμφάνισης Κατολισθήσεων Πολύ Χαμηλός Χαμηλός Μέτριος Υψηλός Πολύ υψηλός ΚΥΡΙΑΚΗ ΓΕΩΡΓΙΑ Π. ΒΟΛΙΩΤΗ ΟΚΤΩΒΡΙΟΣ ΑΘΗΝΑ 2009

97 Υπέρθεση παραμετρικών χαρτών Δημιουργία τελικού χάρτη 82 Χάρτης 20, Ζωνοποίηση κινδύνου εμφάνισης κατολισθήσεων στην Ηπειρωτική Ελλάδα, βάρη παραγόντων από Μ. Φερεντίνου και κανονικοποίηση δεδομένων.

98 Υπέρθεση παραμετρικών χαρτών Δημιουργία τελικού χάρτη 83 Χάρτης 21, Ζωνοποίηση κινδύνου εμφάνισης κατολισθήσεων στην Ηπειρωτική Ελλάδα, βάρη παραγόντων S.Lee.

99 Υπέρθεση παραμετρικών χαρτών Δημιουργία τελικού χάρτη 84 Χάρτης 22, Ζωνοποίηση κινδύνου εμφάνισης κατολισθήσεων στην Ηπειρωτική Ελλάδα, βάρη παραγόντων S.Lee και κανονικοποίηση δεδομένων.

100 Υπέρθεση παραμετρικών χαρτών Δημιουργία τελικού χάρτη 85 Χάρτης 23, Ζωνοποίηση κινδύνου εμφάνισης κατολισθήσεων στην Ηπειρωτική Ελλάδα, βάρη παραγόντων C. Melchiorre.

101 Υπέρθεση παραμετρικών χαρτών Δημιουργία τελικού χάρτη 86 Χάρτης 24, Ζωνοποίηση κινδύνου εμφάνισης κατολισθήσεων στην Ηπειρωτική Ελλάδα, βάρη παραγόντων C. Melchiorre και κανονικοποίηση δεδομένων.