Instrumente GIS pentru monitorizarea alunecărilor de teren

Proiect: GeoSES


Riscul la alunecările de teren

Obiectivul studiului este analiza riscului la alunecările de teren în municipiul Sighetu Marmației.

Localizarea ariei de studiu în cadrul regiunii de program


Conștientizarea importanței studierii alunecărilor de teren

Într-un clasament al dezastrelor cauzate de alunecările de teren se poate enumera cea de la Vajont, Italia din data de 9 octombrie 1963. Acolo o alunecare de teren a avut loc în lacul de acumulare cu același nume, provocând un val care s-a revărsat provocând 1917 decese, majoritatea din satele situate în aval de baraj.

În anul 1962 în Chile au decedat peste 4 mii de persoane datorită alunecărilor de teren. De asemenea tot în America Latină două orașe au fost acoperite de alunecările de teren în 1970.

În Peru în data de 31 mai 1970 s-a produs un cutremur în Ocenul Pacific, aproape de coastă, fapt care a declanșat o alunecare de teren în orașul Ancash, soldată cu aproximativ 70 de mii de victime omenești, fiind considerată cea mai catastrofală alunecare de teren din istoria acestei țări.

În anul 2005, în localitatea La Conchita din California, a avut loc o alunecare de teren majoră,  produsă în urma unui seism după ce un eveniment similar a avut loc și în anul 1995.

În Norvegia în data de 3 iunie 2020 s-a produs o alunecre de teren spectaculoasă, dar fără victime omenești din fericire. Puteți vizualiza o înregistrare video  aici .

În România alunecările de teren au afectat obiective economice și sociale în mai multe orașe dintre care enumerăm: Iași, Suceava, Zalău, Orșova. Un exemplu cunoscut de alunecare de teren soldată cu distrugerea unui obiectiv de patrimoniu este cea de la Mănăstirea Rătești, din Buzău, evemiment care a avut loc în anul 2014.

Cel mai recent eveniment de acest tip este cel de la Azuga, unde în data de 10 aprilie 2020 un versant a alunecat, obturând albia râului pe o lungime de 70-80 de metri. Ca urmare a acestei alunecări masive de teren aproximativ 150 de persoane au fost evacuate. Puteți găsi  aici  un articol și o înregistrare video pe această temă.

Alunecări de teren: a. Azuga, România; b. Alta, Norvegia 


Istoricul cercetării alunecărilor de teren:

Începând cu anii 1960 au apărut primele cercetări geografice asupra vulnerabilității comunităților umane. Ulterior abordările interdisciplinare au avut ca scop studiul hazardurilor naturale și sociale care pot afecta comunitățle umane. După deceniul al 8-lea al secolului XX studiul riscurilor și catastrofelor a cunoscut o amplă fundamentare teoretică și metodologică. Sunt analizate repartiția spațială cât și dinamica proceselor care declanșează fenomenele periculoase. Începând cu anii 1990 studiile de risc au fost fundamentate pe principiile sistemelor cu evoluții neliniare.

În România studiul vulnerabilități teritoriului a cunoscut mai mare amploare mai ales după 1990 când colectivele de cercetători au avut acces la avansul metodologic european și mondial. Cei mai importanți geografi români care au avut contribuții în această direcție au fost: Bălteanu, Grecu, Mac, Surdeanu, Sorocovschi, Armaș, Irimuș etc.

Numeroase programe guvernamentale au ca scop realizarea studiilor predictive privind apariția evenimentelor catastrofice pentru comunitățile umane. 

În contextul proiectului Extinderea „SISTEMULUI SPAȚIAL DE URGENȚĂ” pentru monitorizarea operațională a geo-proceselor periculoase naturale și create de om în regiunea transfrontalieră HU-SK-RO-UA, Universitatea Tehnică din Cluj-Napoca efectuează împreună cu partenerii de proiect o cercetare și o inventariere a alunecărilor de teren din regiunea transfrontalieră de proiect. Acest studiu este consecința acumulării rezultatelor privind monitorizarea alunecărilor de teren din municipiul Sighetu Marmației și din comunele vecine. 

Microrelieful unei alunecări de teren

Reprezentarea unei alunecări de teren


Studiul alunecărilor de teren în cadrul proiectului GeoSES

  1. Monitorizarea a 6 alunecări de teren din regiunea de proiect, din care 5 sunt situate pe teritoriul Municipiului Sighetu Marmației, iar una în comuna Sarasău.
  2. Realizarea unei hărți privind susceptibilitatea la alunecările de teren.

Alunecări de teren monitorizate

Monitorizarea alunecărilor de teren în cadrul proiectului GeoSES

Alunecare de teren datorată defrișării terenului


Realizarea hărții privind riscul la alunecările de teren în municipiul Sighetu Marmației

Sursa datelor:

  • Hărți topografice la scara 1:25000;
  • Harta geologică 1:200000;
  • Ortofotoplanuri;
  • Geoportalul INSPIRE al României;
  • Imagini satelitare (Landsat 8);
  • Living Atlas of the World;
  • Imagini satelitare preluate de pe Google Earth;
  • Măsurători GPS;
  • Date colectate cu drona.

Software și aplicații utilizate:

  • ArcGIS Pro 2.7.0 - ESRI
  • QGIS 3.4.5 - free and open source software
  • GeoDa 1.14.0 - free and open source software
  • ArcGIS Online - ESRI
  • Google Earth - Google
  • Maxent - free and open source software
  • GloVis (Global Visualization Viewer) - USGS

Etapa preliminară: consultarea bibliografiei

  • Descărcarea și consultarea unui set de articole din revistele de specialitate;
  • Descărcarea și consultarea normativelor privind elaborarea hărților de risc;

Etapa I-a: identificarea alunecărilor de teren pentru eșantion

Scopul acestei activități de teren a fost realizarea unui eșantion care să fie utilizat pentru modelarea statistică și realizarea fotografiilor

Imagine satelitară Google Earth peste care s-au suprapus punctele GPS înregistrate în teren și perimetrele cu alunecări de teren digitizate

Alunecări de teren care fac parte din eșantion

Alunecări de teren din eșantion - construcții, infrastructură și terenuri afectate

Etapa a II-a: achiziționarea datelor vectoriale prin digitizare

S-au utilizat hărțile topografice, ortofotoplanurile și imaginile satelitare

Preluarea curbelor de nivel și a hidrografiei de pe harta topografică 1.25 000 alături de digitizarea hărții geologice

Etapa a III-a: generarea datelor prin geoprocesare

1. Analiza suprafețelor în ArcGIS Pro

Harta pantelor și expoziția versantilor

Curbura și energia de relief

Distanța față de rețeaua hidrografică și indicele de vegetație NDVI (calculat în ArcGIS Pro pe baza unei imagini Landsat 8)

2. Realizarea modelului în Maxent

Fluxul de lucru - variabile și software utilizat


Etapa a IV-a: rezultate obținute

Municipiul Sighetu Marmației - harta susceptibilității la alunecările de teren

Contribuția variabilelor la model

Etapa a V-a: verificarea performanței modelului statistic

Testul AUC este un test de diagnosticare care poate fi interpretat din punct de vedere științific după cum urmează:

  • 0,90 – 1 = excelent;
  • 0,80 – 0,90 = bun;
  • 0,70 – 0,80 = echitabil;
  • 0,60 – 0,70 = slab;
  • 0,50 – 0,60 = eșec.

Testul AUC în cazul modelului selectat are valori peste pragul de 0,90 ceea ce indică rezultate excelente ale capacității predictive privind riscul la alunecările de teren din municipiul Sighetu Marmației.

Performanța modelului


Concluzii

- A fost dezvoltată o metodologie de lucru care a permis elaborarea hărții riscurilor geomorfologice din Municipiul Sighetu Marmației.

- Modelul obținut poate fi ajustat prin utilizarea unor surse de date mai precise (harta geologică la scara 1:100000 în locul celei 1:200000) și prin creșterea numărului de alunecări de teren înregistrate în eșantion.

- Eșantionul trebuie să fie analizat cu ajutorul instrumentelor de statistică spațială, pentru a se calcula indicatorii de autocorelare spațială globali și locali. S-ar putea elimina anumite puncte din eșantion în cazul identificării unor grupări spațiale semnificative statistic.

- Rezultatele obținute vor fi utile în cadrul proiectului și pentru planificarea dezvoltării urbane și transfrontaliere.

- Ar fi indicată realizarea unui model alternativ prin utilizarea altei metode statistice.

Localizarea ariei de studiu în cadrul regiunii de program

Alunecări de teren: a. Azuga, România; b. Alta, Norvegia 

Reprezentarea unei alunecări de teren

Alunecări de teren monitorizate

Monitorizarea alunecărilor de teren în cadrul proiectului GeoSES

Alunecare de teren datorată defrișării terenului

Imagine satelitară Google Earth peste care s-au suprapus punctele GPS înregistrate în teren și perimetrele cu alunecări de teren digitizate

Alunecări de teren care fac parte din eșantion

Alunecări de teren din eșantion - construcții, infrastructură și terenuri afectate

Preluarea curbelor de nivel și a hidrografiei de pe harta topografică 1.25 000 alături de digitizarea hărții geologice

Harta pantelor și expoziția versantilor

Curbura și energia de relief

Distanța față de rețeaua hidrografică și indicele de vegetație NDVI (calculat în ArcGIS Pro pe baza unei imagini Landsat 8)

Fluxul de lucru - variabile și software utilizat

Municipiul Sighetu Marmației - harta susceptibilității la alunecările de teren

Contribuția variabilelor la model

Performanța modelului