Τεκτονική εξέλιξη πρανών με βάση φωτογεωλογική και χαρτογραφική ανάλυση σε περιβάλλον GIS

Abstract

Landslides rank first among natural disasters in terms of human loss, affecting the natural and built environment worldwide. In our country, the majority of landslides derived from inactive or gradually evolving landslides over time. Thus, the occurrence of landslides plays a significant role in both economic and social terms. Especially, Northwestern Peloponnese is located in the most tectonically and seismically active region of Greece. The purpose of the dissertation is: i) to study and understand the various factors that affect landslides by estimating the importance of seismicity, ii) to assess the landslide hazard in Skolis Mountain, Northwestern Peloponnese and iii) to create a length-predictable recurrence model for preventing potential failures and casualties in residential areas.Inventory of pre-earthquake and earthquake-triggered landslides used to provide insight into the interplay between climatic and tectonic forcing in the development of the rock slopes of Skolis Mountain, in the NW Peloponnese. Aerial photograph analysis and surface mapping indicate that Skolis Mountain is characterized by long-term climatically and tectonically controlled landslides forming taluses. Temporally these taluses show slow progressive inflation. However, the post-earthquake surface area of the landslides has significantly increased. Similarly, 75 landslides before the earthquake, increased to 89 after the Movri Mountain earthquake (Mw=6.4). In addition, during the earthquake, a series of isolated rock falls descended Skolis slopes causing threat in Santomeri village and blocking a significant part of the dirt roads around it. These boulders are clustered in three areas beyond the base of taluses. The rock slope failures are controlled by a complex array of discontinuities that are conveniently related to rock mass classification following the geological strength index. These discontinuities are associated with joints and faults caused during the formation of the Hellenides fold-and-thrust-belt and/or related tectonic damage. Therefore, it inferred that a dense pattern of fractures in limestone plays a crucial role in the reactivation of movement within the landslides during the 2008 Movri Mountain earthquake. All these data are used to define two borders, the taluses base and the landslide hazard border beyond the base of taluses. For defining these borders the angle β was used, drawn as a line that connects the most distant point of a fallen boulder to the apex of the talus slope. The results indicate that the border defined by the β=33° corresponds to the climatically driven landslides while the β’=24° border defined as the boulders' maximum runout during earthquakes.Pre-and post-earthquake landslide mapping envisages that landslides show significant size changes during earthquake activity. One of the objectives of earthquake-induced landslide investigation is to determine the landslide state and geometry and draw conclusions on their mobility. This study was based on remote sensing data that covered 72 years, and focused on the west slopes of Skolis Mountain. Historical seismicity and remote sensing data indicate that the Skolis Mountain west slope is repeatedly affected by landslides. The impact of the earthquakes was based on the estimation of Arias intensity (Ia) in the study area. The studied landslides increased their width (W), called herein as inflation or their length (L), termed as enlargement, which is considered as the factor that contributes more than the inflation to the local vulnerability. Length and width changes were used to describe their aspect ratio (L/W). Based on the aspect ratio, the 89 landslides were classified into three types: I, J, and Δ. Taluses, developed at the base of the slope and belonging to the J- and D-landslide types, are supplied by narrow or irregular channels. During the earthquakes, the landslide channels migrated upward and downward, outlining the mobility of the earthquake-induced landslides. Landslide mobility defined by the reach angle α. The reach angle is 33.6° and is the arctangent of the landslide’s height to length ratio (H/L) that determines the landslide hazard assessment. Furthermore, the present slope stability has been analyzed across the Skolis Mountain by using the landslide density (LD), landslide area percentage (LAP), and landslide frequency (LF). All these parameters were used to evaluate the spatial and temporal landslide distribution and evolution with the earthquake activity. Moreover, the investigation of correlations between spatial distribution and statistical parameters has been done using regression analysis. High positive correlations observed between the latter indicating that Skolis slopes are controlled by reactivated landslides, which occur within pre-existing landslide masses, triggered by critical seismic events that determine the beginning and end of seismic periods. Finally, the evaluation of the multi-temporal inventory indicates a periodic recurrence of earthquake-induced landslides after critical events, thus suggesting a length-predictable recurrence model. According to this model, it considered that there is no significant increase in periods of seismic quiescence. These results considered a powerful tool for earthquake-induced landslide disaster mitigation.

Σε πολλές χώρες του κόσμου, οι κατολισθήσεις κατέχουν την πρώτη θέση μεταξύ των φυσικών καταστροφικών φαινομένων, όσο αφορά τα αποτελέσματά τους στον άνθρωπο και το περιβάλλον. Για αυτόν το λόγο, το πρόβλημα των κατολισθήσεων θα μπορούσε να χαρακτηριστεί ιδιαίτερα σημαντικό, τόσο οικονομικά όσο και κοινωνικά. Η πλειονότητα των νέων κατολισθήσεων στην χώρα μας προέρχονται από ανενεργές κατολισθήσεις ή σταδιακά εξελισσόμενες κατολισθήσεις. Ειδικά η περιοχή της Βορειοδυτικής Πελοποννήσου βρίσκεται σε μια τεκτονικά και σεισμικά ενεργή περιοχή της Ελλάδας, όπου η δημιουργία και εξέλιξη κατολισθήσεων είναι ιδιαίτερα σημαντική.Αντικείμενο της διατριβής αποτελεί: (i) η μελέτη και κατανόηση του τρόπου με τον οποίο διάφοροι παράγοντες, με κύρια τη σεισμικότητα, επιδρούν στις κατολισθήσεις, (ii) η εκτίμηση της κατολισθητικής επικινδυνότητας στο Όρος Σκόλις, στη Βορειοδυτική Πελοπόννησο και iii) η δημιουργία ενός μοντέλου πρόβλεψης μήκους κατολίσθησης, με σκοπό να αποφευχθούν πιθανές αστοχίες και επιπτώσεις στις κατοικημένες περιοχές. Το αρχείο καταγραφής των κατολισθήσεων που προκαλούνται από σεισμούς χρησιμοποιείται με στόχο να παρέχει πληροφορίες για την αλληλεπίδραση μεταξύ κλιματικών και τεκτονικών δυνάμεων στην εξέλιξη των βραχωδών πρανών του όρους Σκόλις, στη Βορειοδυτική Πελοπόννησο. Η ανάλυση των αεροφωτογραφιών και η χαρτογράφηση πεδίου δείχνουν μια μακροχρόνια εξέλιξη των πρανών του όρους Σκόλις, τα οποία χαρακτηρίζεται από κλιματολογικά και τεκτονικά ελεγχόμενες κατολισθήσεις που σχηματίζουν κώνους κορημάτων. Χρονικά αυτοί οι κώνοι κορημάτων δείχνουν μια αργή προοδευτική διεύρυνση (inflation). Ωστόσο, η έκταση των κατολισθήσεων μετά από σεισμικά γεγονότα αυξήθηκε σημαντικά. Συνεπώς, 75 κατολισθήσεις πριν από τον σεισμό του όρους Μόβρη (Mw=6.4), αυξήθηκαν σε 89 μετά τον σεισμό, στις 8 Ιουνίου του 2008. Επιπλέον, κατά τη διάρκεια του σεισμού καταγράφηκε μια σειρά από πτώσεις βράχων στις πλαγιές του Σκόλις, απειλώντας το χωριό του Σαντομερίου και μπλοκάροντας σημαντικό μέρος των χωμάτινων οδών που οδηγούν σε αυτό. Αυτοί οι ογκόλιθοι συσσωρεύτηκαν σε τρεις περιοχές πέρα από τα όρια της βάσης των κώνων κορημάτων. Οι αστοχίες των βραχωδών πρανών του όρους Σκόλις ελέγχονται από ένα σύνθετο σύνολο ασυνεχειών που σχετίζονται πρακτικά με την ταξινόμηση της βραχομάζας, σύμφωνα με το δείκτη γεωλογικής αντοχής (GSI). Αυτές οι ασυνέχειες σχετίζονται με διακλάσεις και ρήγματα που προκλήθηκαν κατά τον σχηματισμό της ζώνης πτυχών και επωθήσεων των Ελληνίδων Οροσειρών (Hellenides fold-and thrust-belt), και/ή κατά τη διάρκεια σχετικής τεκτονικής δράσης. Έτσι, συμπεραίνεται ότι ένα πυκνό μοτίβο διαρρήξεων στους ασβεστόλιθους παίζει καθοριστικό ρόλο στην επαναδραστηριοποίηση της κίνησης μέσα στη μάζα των κατολισθήσεων κατά τη διάρκεια του σεισμού του όρους Μόβρη το 2008. Όλα αυτά τα δεδομένα χρησιμοποιήθηκαν για τον καθορισμό δύο ορίων, αυτών της βάσης των κώνων κορημάτων και της κατολισθητικής επικινδυνότητας πέραν της βάσης των κώνων κορημάτων. Για τον καθορισμό αυτών των ορίων χρησιμοποιήθηκε η γωνία απομακρυσμένου σημείου β που ορίζεται από την κορυφή του κώνου κορημάτων προς τα κατάντη, στα σημεία μέγιστης απόστασης του πιο απομακρυσμένου ογκολίθου. Τα αποτελέσματα υποδεικνύουν ότι το όριο που καθορίζεται από τη γωνία β=33° αντιστοιχεί στις κλιματικά-προκαλούμενες κατολισθήσεις, ενώ το όριο β’=24° ορίζεται ως η μέγιστη απόσταση που διήνυσαν οι ογκόλιθοι και τα τεμάχη κατά τη διάρκεια των σεισμών.Η χαρτογράφηση κατολισθήσεων πριν και μετά τον σεισμό προβλέπει ότι οι κατολισθήσεις δείχνουν σημαντικές αλλαγές στο μέγεθός τους κατά τη διάρκεια της σεισμικής δραστηριότητας. Ένας από τους στόχους της διερεύνησης των κατολισθήσεων που προκλήθηκαν από τους σεισμούς, είναι ο προσδιορισμός της υφιστάμενης κατάστασης και της γεωμετρίας των κατολισθήσεων, αλλά και η εξαγωγή συμπερασμάτων σχετικά με την κινητικότητά τους. Αυτή η μελέτη βασίστηκε σε δεδομένα τηλεπισκόπησης που καλύπτουν 72 χρόνια και επικεντρώθηκε στις δυτικές πλαγιές του όρους. Η ιστορική σεισμικότητα και τα δεδομένα τηλεπισκόπησης υποδεικνύουν ότι η δυτική πλαγιά του όρους Σκόλις έχει επηρεαστεί επανειλημμένα από κατολισθήσεις. Η επίδραση των σεισμών βασίστηκε στην εκτίμηση της έντασης Arias (Ia) στην περιοχή μελέτης. Στην παρούσα διατριβή, οι υπό μελέτη κατολισθήσεις αυξήθηκαν κατά πλάτος (W), διαδικασία που ονομάστηκε διεύρυνση (inflation), αλλά και κατά μήκος (L), διαδικασία που ορίστηκε ως επιμήκυνση (enlargement), η οποία θεωρείται ως ο παράγοντας που συμβάλλει σε μεγαλύτερο βαθμό σε σχέση με τη επίδραση στην τοπική τρωτότητα. Οι αλλαγές στο μήκος και το πλάτος χρησιμοποιήθηκαν για να περιγράψουν το λόγο διαστάσεων (L/W). Με βάση το λόγο διαστάσεων, οι 89 κατολισθήσεις ταξινομήθηκαν σε τρεις τύπους: I, J και Δ. Οι κώνοι κορημάτων, που αναπτύχθηκαν στη βάση της πλαγιάς και ανήκουν στους J- και Δ-τύπους κατολίσθησης, τροφοδοτούνται από στενά ή ακανόνιστα κανάλια. Κατά τη διάρκεια των σεισμών, τα κανάλια των κατολισθήσεων μετανάστευσαν προς τα πάνω αλλά και προς τα κάτω, περιγράφοντας έτσι την κινητικότητα των κατολισθήσεων που προκλήθηκαν από τους σεισμούς. Η κινητικότητα των κατολισθήσεων καθορίστηκε από τον υπολογισμό της γωνίας ορίου ταξιδίου α. Η γωνία ορίου ταξιδίου α υπολογίστηκε στις 33.6° και είναι το τόξο εφαπτομένης του λόγου ύψους προς μήκος (H/L) της κάθε κατολίσθησης, που καθορίζει την εκτίμηση της κατολισθητικής επικινδυνότητας. Επιπλέον, η υφιστάμενη σταθερότητα των πρανών αναλύθηκε σε ολόκληρο το όρος Σκόλις χρησιμοποιώντας την πυκνότητα των κατολισθήσεων (LD), το ποσοστό της έκτασης των κατολισθήσεων (LAP) και τη συχνότητα των κατολισθήσεων (LF). Όλες αυτές οι παράμετροι χρησιμοποιήθηκαν για την αξιολόγηση της χωρικής και χρονικής κατανομής των κατολισθήσεων, καθώς και της εξέλιξής τους λόγω της σεισμικής δραστηριότητας. Ακόμη, η διερεύνηση των συσχετίσεων μεταξύ των παραμέτρων χωρικής κατανομής, αλλά και των στατιστικών παραμέτρων πραγματοποιήθηκε με τη χρήση ανάλυσης παλινδρόμησης. Ισχυρή θετική συσχέτιση παρατηρήθηκε μεταξύ των ανωτέρω, γεγονός που υποδεικνύει ότι τα πρανή του Σκόλις ελέγχονται από επαναδραστηριοποιημένες κατολισθήσεις που σημειώνονται σε προϋπάρχουσες μάζες, με έναυσμα κρίσιμα σεισμικά γεγονότα που ορίζουν την έναρξη και τη λήξη των σεισμικών περιόδων. Τέλος, η αξιολόγηση της πολυετούς καταγραφής υποδεικνύει μια περιοδική επανεμφάνιση κατολισθήσεων που προκλήθηκαν από σεισμούς μετά από κρίσιμα σεισμικά γεγονότα, προτείνοντας έτσι ένα μοντέλο πρόβλεψης εξέλιξης του μήκους τους. Σύμφωνα με αυτό το μοντέλο, θεωρείται πως δεν υπάρχει σημαντική αύξηση σε περιόδους σεισμικής ησυχίας. Αυτά τα αποτελέσματα μπορούν να θεωρηθούν ως ένα ισχυρό εργαλείο για τον περιορισμό των καταστροφών από σεισμικά-προκαλούμενες κατολισθήσεις.