Κατολισθήσεις και Βροχοπτώσεις Παραμετρική εκτίμηση της επικινδυνότητας για κατολίσθηση στους γεωλογικούς σχηματισμούς της Β.

Transcript

1 ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΑΤΡΩΝ ΤΜΗΜΑ ΓΕΩΛΟΓΙΑΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΤΕΧΝΙΚΗΣ ΓΕΩΛΟΓΙΑΣ Κατολισθήσεις και Βροχοπτώσεις Παραμετρική εκτίμηση της επικινδυνότητας για κατολίσθηση στους γεωλογικούς σχηματισμούς της Β. Πελοποννήσου Σπυρίδων Β. Λαϊνάς Γεωλόγος MSc Υποψήφιος Διδάκτωρ Ελληνική Επιτροπή Τεχνικής Γεωλογίας (ΕΕΤΓ) ΗΜΕΡΙΔΑ: Η Τεχνική Γεωλογία ως παράγοντας καινοτομίας. Έρευνα-Υποδομές-Έργα ανάπτυξης Δευτέρα 8 Μαΐου 2017, ΚΕΔΕΑ, Θεσσαλονίκη

2 Σκοπός - Αντικείμενο Έρευνας Ποσοτική διερεύνηση της συσχέτισης μεταξύ της εκδήλωσης κατολισθήσεων και των συνθηκών βροχόπτωσης. Εμπειρικές σχέσεις τύπου rainfall threshold (τύπου «κατωφλίου») Σύνδεση εκδήλωσης κατολισθήσεων με συγκεκριμένα γεγονότα βροχόπτωσης - «Δείκτης» εκτίμησης επικινδυνότητας για πιθανή ενεργοποίηση κατολισθητικών φαινομένων. Εφαρμογή σε κατολισθητικά φαινόμενα των πυρόπληκτων περιοχών του Νομού Ηλείας (πυρκαγιές 2007) Εκτίμηση συσχετίσεων - σύγκριση μεταξύ πυρόπληκτων και μη πυρόπληκτων συνθκών 2

3 Περιοχή Έρευνας 32,4% της συνολικής έκτασης του Νομού (δασικές, καλλιεργήσιμες, κατοικημένες περιοχές) 5 δις. (Ελλάδα εντός των χωρών με τις μεγαλύτερες επιπτώσεις από φυσικές καταστροφές για το 2007) + Βροχοπτώσεις Πλημμύρες Διάβρωση εδαφών Κατολισθήσεις 3

4 Τεχνικογεωλογικές Συνθήκες 53% Πλειο-Πλειοστοκαινικά ιζήματα (κυρίως λεπτομερή μικτών φάσεων) 18,6% Τεταρτογενείς αποθέσεις 28,4% Αλπικό Υπόβαθρο (Φλύσχης, ασβεστόλιθοι, σχιστοκερατόλιθοι) 4

5 Μεθοδολογία Έρευνας Καταγραφή κατολισθήσεων στις πυρόπληκτες περιοχες (Φθινόπωρο 2007 Άνοιξη 2011) Κατολισθήσεις με επιπτώσεις σε ιδιοκτησίες-έργα υποδομής(131 θέσεις) 5

6 Μεθοδολογία Έρευνας Τεχνικογεωλογική Χαρτογράφηση (κλίμακα 1:1000) 6

7 Μεθοδολογία Έρευνας Κατάρτιση Συμπλήρωση Νέου Απογραφικού Δελτίου - Κωδικός θέσης - Γεωγραφική θέση- Τοπωνύμιο - Ημερομηνία 1 ης καταγραφής - Γεωλογικές συνθήκες - Μορφολογία - Γενική Κάλυψη Χρήση Γης - Κλίση Κατεύθυνση κλίσης πρανούς Στοιχεία Μετακίνησης - Περίοδος 1 ης εκδήλωσης Φορέας Καταγραφής - Στοιχεία επαναδραστηριοποιήσεων - Τύπος Μετακίνησης / Βάθος Μετακίνησης - Ταχύτητα Μετακίνησης / Ενεργότητα - Γεωμετρικά Στοιχεία - Παράγοντες εκδήλωσης (casual factors) Προκαταρκτικοί (preparatory) / Εναύσματος (trigger) - Επιπτώσεις - Προτεινόμενα Μέτρα Αντιμετώπισης 7

8 Μεθοδολογία Έρευνας Κατάρτιση Συμπλήρωση Νέου Απογραφικού Δελτίου 8

9 Αριθμός κατολισθήσεων Αρ. κατολισθήσεων Μεθοδολογία Έρευνας Στατιστική Επεξεργασία Αποτελεσμάτων Καταγραφής ΤΕΤΑΡΤΟΓΕΝΕΙΣ ΑΠΟΘΕΣΕΙΣ Γεωλογικές Συνθήκες ΝΕΟΓΕΝΗ ΙΖΗΜΑΤΑ Γεωλογικός σχηματισμός ΑΛΠΙΚΟ ΥΠΟΒΑΘΡΟ Νεογενή ιζήματα (Λιθολογικοί τύποι) Ψαμμίτες Κροκαλοπαγή Ιζήματα μικτών φάσεων (εναλλαγές) Λεπτομερή ιζήματα 9

10 Αρ. κατολισθήσεων Αρ. κατολισθήσεων Αρ. κατολισθήσεων Μεθοδολογία Έρευνας Στατιστική Επεξεργασία Αποτελεσμάτων Καταγραφής Περίοδος 1ης εκδήλωσης προ πυρκαγιών μετά πυρκαγιών Επανα-ενεργοποίηση παλαιότερων φαινομένων Ολίσθηση περιστροφική Ολίσθηση μεταθετική 100 Κύριος τύπος μετακίνησης 80 Ροή Κατάπτωση Ανατροπή Ερπυσμός Σύνθετη μετακίνηση Τύπος μετακίνησης Βάθος μετακίνησης (ανά γεωλογικό σχηματισμό) ΤΕΤΑΡΤΟΓΕΝΕΙΣ ΑΠΟΘΕΣΕΙΣ ΝΕΟΓΕΝΗ ΙΖΗΜΑΤΑ Βάθος μετακίνησης ΑΛΠΙΚΟ ΥΠΟΒΑΘΡΟ Επιφανειακή (<1,5m) Αβαθής (1.5-5m) Βαθιά (5-20m) Πολύ βαθιά (>20m) 10

11 Αριθμός Κατολισθήσεων Μεθοδολογία Έρευνας Στατιστική Επεξεργασία Αποτελεσμάτων Καταγραφής Παράγοντες εκδήλωσης Αποσαθρωμένο υλικό ή εδαφικός μανδύας Εκτεταμένη διάβρωση μετώπου του πρανούς Προκαταρκτικοί Παράγοντες Απομάκρυνση φυτοκάλυψης λόγω πυρκαγιάς Κακή πλημμελής κατασκευή έργων οδοποιίας αποστράγγισης - αντιστήριξης ,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 2,1 2,2 2,3 2,4 3,1 3,2 3,3 3,4 3,5 4,1 4,2 4,3 4,4 4,5 4,6 4,7 Προκαταρκτικοί Παράγοντες Εδαφικές Συνθήκες Γεωμορφολογικές Διεργασίες Φυσικές Διεργασίες Ανθρωπογενείς Διεργασίες 11

12 Αριθμός Κατολισθήσεων Μεθοδολογία Έρευνας Στατιστική Επεξεργασία Αποτελεσμάτων Καταγραφής Παράγοντες εναύσματος μετακίνησης Έντονη Μικρής διάρκειας Βροχόπτωση Παρατεταμένη Βροχόπτωση ,1 3,2 3,3 3,4 4,1 Παράγοντες Εναύσματος Έντονη, μικρής διάρκειας, βροχόπτωση : Παρατεταμένη υψηλή βροχόπτωση: Γεγονός βροχής με διάρκεια έως 3 ημέρες και ημερήσια βροχόπτωση 20mm σε μία τουλάχιστον ημέρα. Γεγονός διάρκειας >3ημερών και συνολική βροχόπτωση >5% της ΜΕΒ. 12

13 Μεθοδολογία Έρευνας Στατιστική Επεξεργασία Αποτελεσμάτων Καταγραφής Κύριες επιπτώσεις σε έργα υποδομής και περιβάλλον Κίνδυνος σε οικισμό ή κατοικημένη περιοχή Αλλαγή φυσικού τοπίου/γεωμορφολογίας Αποκοπή/αλλαγή πορείας υδρορεύματος Σημαντικές ζημιές σε δημόσια κτίριο/κτίρια Καταστροφή μέτρων αντιστήριξης Καταστροφή τεχνικών έργων/έργων αποστράγγισης Μερική αστοχία οδού ή επιχώματος Αποκοπή οδικού δικτύου ή σιδηροδρομικής γραμμής Κύριες επιπτώσεις Αρ. κατολισθήσεων Δευτερεύουσες επιπτώσεις σε έργα υποδομής και περιβάλλον Απόκλιση δέντρων/στοιχείων από την κατακόρυφο Εδαφικές ρωγμές Συσσώρευση υλικών Ρωγμές-μικρές παραμορφώσεις σε έργα αντιστήριξης Μικρές βλάβες σε τεχνικά έργα/έργα αποστράγγισης Ρωγμές στο οδόστρωμα Αρ. κατολισθήσεων Δευτερεύουσες επιπτώσεις α) Σημαντικές βλάβες στην ευστάθεια και τη λειτουργικότητα των υπαρχόντων β) Αποκατάσταση απαιτεί αρκετά έργα σταθεροποίησης ή και αντιστήριξης μετά από μελέτες, έρευνες και έργα υψηλού κόστους. α) Όχι σημαντικές βλάβες στην ευστάθεια και λειτουργικότητα έργων και κατασκευών β) Για την αντιμετώπιση είναι επαρκείς συνήθεις εργασίες (κυρίως χωματουργικές) που διαρκούν από μία έως μερικές μέρες χαμηλότερου συγκριτικά κόστος. 13

14 Μεθοδολογία Έρευνας Στατιστική Επεξεργασία Αποτελεσμάτων Καταγραφής ΚΑΤΗΓΟΡΙΕΣ ΠΡΟΤΕΙΝΟΜΕΝΩΝ ΜΕΤΡΩΝ ΕΙΔΟΣ ΠΡΟΤΕΙΝΟΜΕΝΩΝ ΜΕΤΡΩΝ Πρόληψη-Προστασία Αντιστήριξη-Ενίσχυση Αποστράγγιση Χωματουργικά-εκσκαφές Αποφυγή προβλήματος Αρ. κατολισθήσεων Φυτοκάλυψη Τοίχοι αναχαίτισης Μεταλλικά πλέγματα (επένδυσης, Φράκτες ανάσχεσης Φράκτες συγκράτησης Πλατύσματα/τάφροι αναχαίτισης Εκτοξευόμενο σκυρόδεμα Τοίχοι επένδυσης Πάσσαλοι / πασσαλότοιχοι Τοίχοι/διατάξεις από συρματοκιβώτια Τοίχοι από οπλισμένο σκυρόδεμα Στραγγιστικές τάφροι Εγκάρσια στραγγιστήρια μικρού βάθους Επιφανειακές τάφροι παροχέτευσης Καθαρισμός πρανούς Επίχωση/ανακατασκευή οδού Ξεσκάρωμα βράχων Γενική Μείωση/αλλαγή κλίσης ή Αφαίρεση υλικών από την κεφαλή και το Παραλλαγή χάραξης Αρ. κατολισθήσεων 14

15 Βροχοπτώσεις Ημερήσια δεδομένα από δεκαέξι (16) σταθμούς του ΥΠΕΚΑ-ΕΜΥ- ΕΑΑ (1977 έως 2011) Μέση Ετήσια Βροχόπτωση Νομού (ΜΑP) = 1070,5mm 70% των πυρόπληκτων περιοχών σε περιοχές με ΜAP<1100mm Max τιμές mm 15

16 Βροχοπτώσεις Βροχομετρικές Συνθήκες περιόδου

17 Σύνδεση Κατολισθήσεων - Βροχοπτώσεων Α) Κατολισθήσεις (Πυρόπληκτες περιοχές συνθήκες) Σύνδεση περιόδου εκδήλωσης με συγκεκριμένο γεγονός βροχής Διάκριση 17 Γεγονότων Βροχής (Rainfall Events) Β) Κατολισθήσεις προ 2007 (Μη πυρόπληκτες συνθήκες στην ίδια περιοχή) Επιλογή 38 ιστορικών κατολισθήσεων όπου οι «έντονες βροχοπτώσεις» αναφέρονταν ως κύριο αίτιο Σύνδεση περιόδου εκδήλωσης με συγκεκριμένο γεγονός βροχής (βιβλιογραφία, τοπικές πηγές, μαρτυρίες) Διάκριση 18 Γεγονότων Βροχής (Rainfall Events) 17

18 Σύνδεση Κατολισθήσεων - Βροχοπτώσεων Εμπειρικές σχέσεις «rainfall threshold» για την πιθανή εκδήλωση κατολισθήσεων Βροχομετρικές Παράμετροι: 1. Αθροιστικό Ύψος Γεγονότος Βροχής (E, mm) 2. Διάρκεια Γεγονότος Βροχής (D, days ή hrs) 3. Ένταση Γεγονότος Βροχής (Ι, mm/day (ως «Μέση» ημερήσια ένταση) ή mm/hr 4. Μέσο Ετήσιο Ύψος Βροχής (MAP, mm) (1070,50mm) (Ε,Ι) = α x D β και (Ε,Ι) MAP = α x D β 5. Ανηγμένο Ύψος Γεγονότος Βροχής (Ε MAP, % του ΜΑP) 6. Μέγιστη Ημερήσια Βροχόπτωση (24ωρου) (R 24hr, mm) 7. Ανηγμένη Μέγιστη Βροχόπτωση 24ώρου (R 24h(MAP) ) 18

19 Σύνδεση Κατολισθήσεων - Βροχοπτώσεων Εμπειρικές σχέσεις «rainfall thresholds» «Καταρχήν» συμπέρασμα: Κατολισθήσεις στις πυρόπληκτες περιοχές συνθήκες 1. Αθροιστικό Ύψος Γεγονότος Βροχής (E) 64,9 232,1mm 2. Διάρκεια Γεγονότος Βροχής (D) 2 14 ημέρες Κατολισθήσεις σε μη πυρόπληκτες συνθήκες 1. Αθροιστικό Ύψος Γεγονότος Βροχής (E) 97,8 285,4mm 2. Διάρκεια Γεγονότος Βροχής (D) 4 15 ημέρες 19

20 Σύνδεση Κατολισθήσεων - Βροχοπτώσεων Αθροιστικό Ύψος Βροχής (Ε) (mm) Σχέσεις Αθροιστικού Ύψους Βροχής Διάρκειας «Event Duration», ED) Πυρόπληκτες συνθήκες Ε = 10,95 x D 0, D 312hrs Μη Πυρόπληκτες συνθήκες Ε = 11,84 x D 0, D 240hrs 1000 Αθροιστικό Ύψος Βροχής - Διάρκεια (Ε-D) Κατολισθήσεις στις πυρόπληκτες περιοχές Κατολισθήσεις σε μη πυρόπληκτες περιοχές (προ 2007) E=10.95D E=11.84D0.460 Πιο σημαντικός ο ρόλος του από του D) (β<1) Ε 100 E στις πυρόπληκτες <20-25% χαμηλότερο Διάρκεια (D) (hours)

21 Σύνδεση Κατολισθήσεων - Βροχοπτώσεων Ανηγμένο Αθροιστικό Ύψος Βροχής (Ε ΜΑΡ ) Σχέσεις Ανηγμένου Αθροιστικού Ύψους Βροχής Διάρκειας «Normalized Event Duration», E MAP D) Πυρόπληκτες συνθήκες Ε MAP = 0,01 x D 0, D 312hrs Μη Πυρόπληκτες συνθήκες Ε MAP = 0,014 x D 0, D 240hrs Ανηγμένο Αθροιστικό Ύψος Βροχής - Διάρκεια Ε MAP -D Κατολισθήσεις στις πυρόπληκτες περιοχές Κατολισθήσεις σε μη πυρόπληκτες περιοχές (προ 2007) EMAP=0.01D0.387 E EMAP=0.014D0.418 E MAP Πχ. Για D=96hrs Πυρόπληκτες συνθήκες >5,8% MAP (62mm) Μη Πυρόπληκτες συνθήκες >9,4% MAP (96mm) Διάρκεια(D) (hours) 21

22 Σύνδεση Κατολισθήσεων - Βροχοπτώσεων Ένταση (Ι) (mm/hr) Σχέσεις Έντασης Διάρκειας Βροχόπτωσης «Intensity Duration», ID) Πυρόπληκτες συνθήκες I = 14,529 x D -0, D 312hrs Μη Πυρόπληκτες συνθήκες I = 12,714 x D -0, D 240hrs Ένταση - Διάρκεια I-D Κατολισθήσεις στις πυρόπληκτες περιοχές Κατολισθήσεις σε μη πυρόπληκτες περιοχές (προ 2007) Ι=14.529D I=14.529D Ι=12.714D I=12.714D Ρόλος Ι πιο σημαντικός από του D) Με μείωση της Ι απαιτείται μεγαλύτερη D Στις πυρόπληκτες απαιτείται περίπου 20-30% μικρότερη ένταση Duration (D) (hours) 22

23 Σύνδεση Κατολισθήσεων - Βροχοπτώσεων Ένταση (Ι) (mm/hr) Ένταση - Διάρκεια I-D Κατολισθήσεις στις πυρόπληκτες περιοχές Κατολισθήσεις σε μη πυρόπληκτες περιοχές (προ 2007) I=14.529D Ι=14.529D I=12.714D Ι=12.714D Duration (D) (hours) Για D>300hrs (12-13ημέρες) τάση σταθεροποίησης της Ι περίπου 0,3mm/hr (πυρόπληκτες) και 0,5mm/hr (μη πυρόπληκτες Κατολισθήσεις που δεν επηρεάζονται μόνο από ένα γεγονός βροχής υψηλής έντασης, αλλά από το ασθενέστερες βροχοπτώσεις μεγαλύτερης διάρκειας (εποχικές) και άλλους παράγοντες 23

24 % Σύνδεση Κατολισθήσεων - Βροχοπτώσεων Μέγιστο Ημερήσιο Ύψος Βροχής (R 24h ) Κατολισθήσεις σε πυρόπληκτες περιοχές ( ) Κατολισθήσεις σε μη πυρόπληκτες περιοχές (προ του 2007) Εντός εύρους 40-50mm (πυρόπληκτες και μη πυρόπληκτες) 3,73 4,67 %MAP (R 24h(MAP) ) <10 [10-20) [20-30) [30-40) [40-50) [50-60) [60-70) 70 R24h (mm) 24

25 Σύνδεση Κατολισθήσεων - Βροχοπτώσεων Συγκριτική Θεώρηση «rainfall thresholds» Επιλογή από τη Διεθνή Βιβλιογραφία rainfall thresholds που έχουν εξαχθεί για περιπτώσεις κατολισθήσεων Α) Παρόμοιου τύπου (επιφανειακές έως αβαθείς περιστροφικές και μεταθετικές ολισθήσεις οι οποίες ενίοτε εξελίσσονται σε ροές εδαφών. Β) Παρόμοιες κλιματικές συνθήκες (Παγκόσμια (Global) ή κυρίως σε Μεσογειακές χώρες (Regional) ) Γ) Παρόμοιο Τεχνικογεωλογικό περιβάλλον (κυρίως επί του εδαφικού μανδύα Νεογενών ιζημάτων και σχηματισμών Φλύσχη) Δ) Πυρόπληκτες Περιοχές 25

26 Σύνδεση Κατολισθήσεων - Βροχοπτώσεων Συγκριτική Θεώρηση «rainfall thresholds» Guzzetti et al (2008), αβαθείς κατολισθήσεις-ροές σε Μεγογειακές χώρες) Cannon and Gartner (2005), για πυρόπληκτες) Σύγκριση με ED (Ευρείας Περιοχής (Regional thresholds) Σύγκριση με ID Παγκόσμια (Global thresholds) 26

27 Σύνδεση Κατολισθήσεων - Βροχοπτώσεων Συγκριτική Θεώρηση «rainfall thresholds» Guzzetti et.al (2007) περιοχές ήπιου κλίματος μέσου Γεωγραφικού Πλάτους Corominas et al (2005), Πυρηναία Calcaterra et al (2000), αβαθείς κατολισθήσεις Campagna Ιταλίας Σύγκριση με ΙD (Ευρείας Περιοχής (Regional thresholds) 27

28 Σύνδεση Κατολισθήσεων - Βροχοπτώσεων Αξιολόγηση Περαιτέρω έρευνα 1. Τα «rainfall thresholds» αποτελούν ένα απλό εργαλείο εκτίμησης της επικινδυνότητας εκδήλωσης κατολισθήσεων στα πλαίσια ανάλυσης επικινδυνότητας κατολισθήσεων (landslide hazard analysis) 2. Χρήση ως εργαλεία πρόγνωσης (προειδοποίησης) κατολισθήσεων Περιορισμοί 1. Ανάγκη για ακριβές και πυκνό δίκτυο βροχομετρικών σταθμών 2. Υψηλό αριθμό δεδομένων κατολισθήσεων με υψηλή αξιοπιστία καταγραφής. 3. Δεν μπορούν να χρησιμοποιηθούν με ασφάλεια σε άλλες περιοχές (μη συγκρίσιμο με άλλες κλιματικές γεωλογικές συνθήκες ) 4. Οι συνθήκες εκδήλωσης κατολισθήσεων επηρεάζονται και τροποποιούνται από άλλους παράγοντες (ανθρωπογενή παρέμβαση, σεισμοί) απαιτούνται έλεγχοι αναθεωρήσεις των «ορίων». 28

29 Σύνδεση Κατολισθήσεων - Βροχοπτώσεων Αξιολόγηση Προτάσεις για περαιτέρω έρευνα Περαιτέρω έρευνα 1. Εκτίμηση πιθανότητας εκδήλωσης κατολισθήσεων (Εξάρτηση συχνότητας εκδήλωσης της κατολίσθησης με τη συχνότητα εκδήλωσης του παράγοντα εναύσματος) 2. Εξαγωγή επιμέρους σχέσεων για κάθε λιθολογικό τύπο. 3. Εξαγωγή επιμέρους σχέσεων για κάθε τύπο μετακίνησης. Ευχαριστώ 29