J7-8273: Prepoznavanje potencialno nevarnih hudourniških vršajev z metodami geomorfometrije in simulacijami nastanka vršajev

Osnovni podatki:

Naslov v izvirniku: Prepoznavanje potencialno nevarnih hudourniških vršajev z metodami geomorfometrije in simulacijami vršajev
Sodelavci: Matjaž MikošNejc Bezak, Marko KomacKlemen Kozmus TrajkovskiMatej MačekDušan PetrovičTomaž Podobnikar, Jošt Sodnik
Geološki zavod Slovenije:
Mateja Jemec AufličBogomir CelarcPetra Jamšek RupnikJernej JežTina Peternel
Trajanje: 36 mesecev

  1. 5. 2017 – 30. 4. 2020
Šifra: ARRS J7-8273
Vodilni partner: UL FGG
Vodja projekta: Prof. dr. Matjaž Mikoš (UL FGG)
Partnerji: Geodetski zavod Slovenije, Ljubljana
Finančni vir:
Ključne besede: geomorfologija, digitalni model površja, naplavinski vršaji, drobirski tokovi, simulacije, laboratorijski poskusi, mehanika tal, reološke lastnosti

 

Povzetek:

Projekt se bo osredotočil na prepoznavanje oblik naplavinskih (hudourniških) vršajev, še posebej odkrivanju tistih, ki jih oblikujejo v prostoru drobirski tokovi. Pri tem bomo uporabljali predvsem geomorfometrične metode in s tem digitalni model reliefa (DMR) ter digitalni model površja (DMP). Predpostavljamo, da lahko na osnovi dobrega poznavanja oblik, teksture in drugih lastnosti površja naplavinskih vršajev, ki jih predstavimo z značilnimi prostorskimi spremenljivkami, prepoznamo značilne razlike med vršaji nastalimi z drobirskimi tokovi v njihovem zaledju in drugimi hudourniškimi vršaji, na katerih je manjša nevarnost za nastanek sedimentacijskega dogodka, ki bi ogrozil grajeno okolje in človeška življenja. Prepoznane naplavinske vršaje, ki bodo ocenjeni kot nevarni in s potencialom za delovanje drobirskih tokov v njihovem zaledju, bomo preverili z uporabo matematičnega modela za simulacijo proženja in gibanja drobirskih tokov od mesta nastanka do mest odlaganja (to je vršaja) in jih primerjali z obstoječimi oblikami vršajev.
Padavine, potresi in nepremišljen odkop/nasipanje materiala ter neprimerna raba prostora odločilno vplivajo na procese pobočnih masnih premikov. Med različnimi oblikami se bomo osredotočili na naplavinske vršaje in drobirske tokove v njihovem zaledju. Drobirski tokovi so zaradi težko napovedanega trenutka in mesta nastopa ter silovitosti svojega delovanja (magnituda), velikih hitrosti gibanja in možnosti potovanja na velike razdalje, ob skalnih podorih najbolj uničujoča oblika pobočnih procesov.

Ključni cilji

Osnovni cilj raziskovalnega projekta je samodejno prepoznavanje in klasifikacija vršajev, s poudarkom na potencialu za razvoj drobirskih tokov v njihovem zaledju. Osnovna hipoteza je, da lahko ob uporabi visoko ločljivostnega DMR-ja in DMP-ja ter značilnih prostorskih spremenljivk razlikujemo vršaje, nastale zaradi delovanja drobirskih tokov in aluvialne vršaje, kjer drobirskih tokov ni pričakovati in so prisotni samo običajni hudourniški procesi. Še več, predpostavljamo, da lahko s takim pristopom ločimo potencialno nevarne vršaje od bolj stabilnih. V povezavi s slednjim predpostavljamo tudi, da lahko identificiramo potencialna območja pojavljanja zemeljskih plazov.

Izvirnost predlaganega projekta je v primerjavi dveh popolnoma različnih metodoloških pristopov, in sicer geomorfometričnih analiz in simulacij nastanka vršajev na podlagi matematičnega modeliranja za simulacijo proženja in gibanja drobirskih tokov. Izvirnost rezultatov se posebej kaže v naslednjem:

  1. visoka kakovost pri določitvi vrste vršajev, celo delov posameznih vršajev;
  2. natančnost – ločljivost rezultatov raziskave do 1 m (popolnoma druge ‘dimenzije’ pri modeliranju, saj so sicer aplikacije v ločljivosti največ 5–10 m);
  3. geomorfometrični pristop pri kombinaciji metod geografskih informacijskih sistemov, daljinskega zaznavanja in obdelave posnetkov;
  4. inovativni kazalniki na podlagi določanja značilnih območij in izločanja neznačilnih območij na podlagi natančne definicije različnih vrst vršajev v povezavi z drobirskimi in hudourniškimi tokovi;
  5. upoštevanje značilnosti okolice vršajev;
  6. upoštevanje različnih parametrov kakovosti vhodnih podatkov – v našem primeru predvsem DMR-ja in DMP-ja pri odločitvi za izbiro parametrov modela;
  7.  analiza občutljivosti.

Do karte nevarnosti delovanja drobirskih tokov bomo lahko prišli s povezovanjem novih elementov, kot je avtomatsko prepoznavanje hudourniških vršajev, laboratorijske analize reoloških lastnosti zemljin in testiranje različnih 2D modelov proženja in gibanja drobirskih tokov kot tipične vrste masnih gibanj na pobočjih. Predlagani projekt je odločilni korak na tej poti. Metodološki pristop, metode in kakovost pričakovanih rezultatov bodo za zgled drugod po svetu.

Delovni slopi projekta

WP I Upravljanje projekta (II, 2017 do I, 2020):
Naloga (1) Vmesni poročili, končno poročilo;
Naloga (2) Reševanje praktičnih vprašanj, ki izhajajo iz poteka projekta.
WP II (A) Pridobivanje in predobdelava prostorskih podatkov (II, 2017 do III, 2017):
Naloga (1) Pridobivanje DMR-jev in DMP-jev, kontrola kakovosti, odstranitev morebitnih grobih in sistematičnih napak;
Naloga (2) Pridobivanje drugih podatkov o vršajih (na podlagi terenskega dela, geološke karte ipd.);
Naloga (3) Homogenizacija podatkov.
WP III (B) Geomorfometrična analiza za prepoznavanje vršajev (IV, 2017 do IV, 2019):
Naloga (1) Klasično geomorfološko kartiranje vršajev na izbranih območjih ter s terenskim sedimentološkim popisom za definiranje geneze vršajev; izbor ključnih geomorfoloških značilnosti posameznih vrst vršajev;
Naloga (2) Izdelava spremenljivk za geomorfometrično analizo;
Naloga (3) Analiza/modeliranje pri uporabi prost. podatkov, reoloških informacij ter drugih pomembnih opisnih informacij;
Naloga (4) Primerjava rezultatov klasične in razvite metodologije.
WP IV (C) Uporaba matematičnega modela za simulacijo proženja in gibanja drobirskih tokov (I, 2018 do I, 2020):
(1) Aplikacija v 2D modele drobirskih tokov (Flo2D, LS RAPID);
(2) Analiza z novo raziskovalno metodo (večji viskozimeter ConTec Viscometer) na vzorcih zemljin;
(3) Primerjava obeh skupin analiz in analiza občutljivosti;
(4) Primerjava geomorfometričnih analiz in simulacija nastajanja vršajev.
WP V Diseminacija:
(1) Metode raziskovalnega dela;
(2) Rezultati raziskovalnega dela.

Realizacija projekta:

WPII (A) Pridobivanje in predobdelava prostorskih podatkov (100 %)

Naloga (1) Pridobivanje DMR in DMP, kontrola kakovosti, odstranitev morebitnih grobih in sistematičnih napak (100 %)

Naloga (2) Pridobivanje drugih podatkov o vršajih (na podlagi terenskega dela, geološke karte ipd.) (100 %)

Naloga (3) Homogenizacija podatkov (100 %)

WP III (B) Geomorfometrična analiza za prepoznavanje vršajev (90 %)

Naloga (1) Klasično geomorfološko kartiranje vršajev na izbranih območjih ter s terenskim sedimentološkim popisom za definiranje geneze vršajev; izbor ključnih geomorfoloških značilnosti posameznih vrst vršajev (90 %)

Naloga (2) Izdelava spremenljivk za geomorfometrično analizo (90 %)

Naloga (3) Analiza/modeliranje pri uporabi prostorskih podatkov, reoloških informacij ter drugih pomembnih opisnih informacij (90 %)

Naloga (4) Primerjava rezultatov klasične in razvite metodologije (90 %)

WP IV (C) Uporaba matematičnega modela za simulacijo proženja in gibanja drobirskih tokov (95 %)

Naloga (1) Aplikacija v 2D modele drobirskih tokov (Flo2D, LS RAPID) (95 %)

Naloga (2) Analiza z novo raziskovalno metodo (večji viskozimeter ConTec Viscometer) na vzorcih zemljin (95 %)

Naloga (3) Primerjava obeh skupin analiz in analiza občutljivosti (95 %)

Naloga (4) Primerjava geomorfometričnih analiz in simulacija nastajanja vršajev (95 %)

WP V (D) Diseminacija (100 %)

Naloga (1) Metode raziskovalnega dela (100 %)

Naloga (2) Rezultati raziskovalnega dela (100 %)

Ocenjujemo, da smo v okviru raziskovalnega projekta uspešno izvedli vse zastavljene naloge in izpolnili cilje, ki so bili omenjeni v projektu.

 

Bibliografske reference projekta (po abecednem vrstnem redu prvega avtorja):

BABIČ, Matej, PETROVIČ, Dušan, SODNIK, Jošt, SOLDO, Božidar, KOMAC, Marko, CHERNIEVA, Olena, KOVAČIČ, Miha, MIKOŠ, Matjaž, CALÌ, Michele. Modeling and classification of alluvial fans with DEMs and machine learning methods : a case study of Slovenian torrential fans. Remote sensing, doi: 10.3390/rs13091711. [COBISS.SI-ID 1449731].

BABIČ, Matej, MILIARESIS, George, MIKOŠ, Matjaž, AMBU, Rita, CALÌ, Michele. New method for estimating fractal dimension in 3D space and its application to complex surfaces. International journal of advanced science, engineering and information technology. doi: 10.18517/ijaseit.9.6.9480. [COBISS.SI-ID 9010785].

BABIČ, Matej, HUBER, Miłosz Andrzej, BIELECKA, Elzbieta, SOYCAN, Metin, PRZEGON, Wojciech, GIGOVIĆ, Ljubomir, DROBNJAK, Siniša, SEKULOVIĆ, Dragoljub, POGARČIĆ, Ivan, MILIARESIS, George, MIKOŠ, Matjaž, KOMAC, Marko. New method of visibility network and statistical pattern network recognition usage in terrain surfaces. RMZ – materials and geoenvironment : Materiali in geookolje. doi: 10.2478/rmzmag-2019-0006. [COBISS.SI-ID 8834401].

BABIČ, Matej, PETROVIČ, Dušan, SODNIK, Jošt, SOLDO, Božidar, KOMAC, Marko, CHERNIEVA, Olena, KOVAČIČ, Miha, MIKOŠ, Matjaž, CALÌ, Michele. Modeling and classification of alluvial fans with DEMs and machine learning methods : a case study of Slovenian torrential fans. Remote sensing, doi: 10.3390/rs13091711. [COBISS.SI-ID 61449731].

BEZAK, Nejc, SODNIK, Jošt, MIKOŠ, Matjaž. Impact of a random sequence of debris flows on torrential fan formation. Geosciences. doi: 10.3390/geosciences9020064. [COBISS.SI-ID 8679265].

BEZAK, Nejc, JEŽ, Jernej, SODNIK, Jošt, JEMEC AUFLIČ, Mateja, MIKOŠ, Matjaž. An extreme may 2018 debris flood case study in northern Slovenia: analysis, modelling, and mitigation. Landslides: Journal of the international consortium on landslides. doi: 10.1007/s10346-019-01325-1. [COBISS.SI-ID 9010529].JEŽ, Jernej, MARKELJ, Anže,

JURČEK, Timotej. Laboratorijske meritve reologije naravnega drobirskega materiala: magistrsko delo št.: 156/II. GR. https://repozitorij.uni-lj.si/IzpisGradiva.php?id=119485. [COBISS.SI-ID 37028867].

KOMEL, Neža Ema, PETROVIČ, Dušan, KOZMUS TRAJKOVSKI, Klemen. Upgrade of existing algorithms for creating contour lines on topographic maps of the karst surface. Central European Cartographic Conference and 68th German Cartography Congress – EuroCarto 2020. doi: 10.5194/ica-abs-2-19-2020. [COBISS.SI-ID 55175427].

MAČEK, Matej, SMOLAR, Jasna, PETKOVŠEK, Ana. Influences of rheometer size and the grain size on rheological parameters of debris flow. Advancing culture of living with landslides. Vol. 2, Advances in landslide science. doi: 10.1007/978-3-319-53498-5. [COBISS.SI-ID 8111201].

MIKOŠ, Matjaž, PODOBNIKAR, Tomaž, SODNIK, Jošt, MAČEK, Matej, JEMEC AUFLIČ, Mateja. Recognition of potentially hazardous torrential fans using geomorphometric methods and simulating fan formation (IPL-225). Proceedings of 2017 IPL Symposium, 29 November 2017. [COBISS.SI-ID 8235873].

MIKOŠ, Matjaž, BEZAK, Nejc, MAČEK, Matej, PODOBNIKAR, Tomaž, SODNIK, Jošt, KALTAK, Sandi. Recognition of potentially hazardous torrential fans using geomorphometric methods and simulating fan formation (IPL-225 Project). IPL Symposium, 2018. [COBISS.SI-ID 8637537].

MIKOŠ, Matjaž (2017). O plazovih zelo veliko vemo, ne moremo pa jih točno napovedati. Finance, 30. maj 2017. [COBISS.SI-ID 8080225]

MIKOŠ, Matjaž, BEZAK, Nejc, JEMEC AUFLIČ, Mateja. Četrti Svetovni forum o zemeljskih plazovih – WLF4, Ljubljana, 2017. Gradbeni vestnik. [COBISS.SI-ID 8119393].

MIKOŠ, Matjaž (intervjuvanec), ŠTRAVS, Smilja (oseba, ki intervjuva). Pripraviti se moramo na vsako naravno nevarnost : intervju. Gea. [COBISS.SI-ID 53655043].

MILANIČ, Blaž, MENCIN GALE, Eva, ATANACKOV, Jure, MECHERNICH, Silke, PETERNEL, Tina, JEMEC AUFLIČ, Mateja. Preliminarni rezultati o starosti vršaja Bele v Koroški Beli. 24. posvetovanje slovenskih geologov. [COBISS.SI-ID 2985045].

PETERNEL, Tina, SODNIK, Jošt. Potoška planina landslide. Living with slope mass movements in Slovenia and its surroundings: post forum study tour guide book. [COBISS.SIID 1342302].

PETERNEL, Tina, KOMAC, Marko. Observing the surface movement pattern of Potoška planina landslide using geodetic techniques. Symposium programme. ReSyLAB 2017. [COBISS.SI-ID 2661973].

PETROVIČ, Dušan, PETKOVŠEK, Ana, GRIGILLO, Dejan. Analiziranje stanja opuščenega odlagališča odpadkov Ležen z uporabo arhivskih in sedanjih fotogrametričnih podatkov. GIS v Sloveniji. [COBISS.SI-ID 43527469].

PETROVIČ, Dušan, KOZMUS TRAJKOVSKI, Klemen, KOKALJ, Žiga. Different visualizations and used data sources of the mountain battle of the field on the Soča/Isonzo frontline. International journal of cartography, doi: 10.1080/23729333.2018.1512185. [COBISS.SI-ID 8534625].

PODOBNIKAR, Tomaž. A probabililty model for long term forest fire occurrence in the Karst forest management area of Slovenia. “Spatial statistics 2017 – One world, one health”. 2017. [COBISS.SI-ID 8225377].

SMOLAR, Jasna, MAČEK, Matej, PETKOVŠEK, Ana. Rheological properties of marine sediments determined by using two coaxial cylinder rheometers. Proceedings, International Conference on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering. [COBISS.SI-ID 8167521].

SODNIK, Jošt, MAČEK, Matej, MIKOŠ, Matjaž. Stože landslide triggering simulation using LS-RAPID. Symposium programme. ReSyLAB 2017. [COBISS.SI-ID 8171873]

SODNIK, Jošt, KUMELJ, Špela, PETERNEL, Tina, JEŽ, Jernej, MAČEK, Matej. Identification of landslides as debris flow sources using a multi-model approach based on a field survey – Koroška Bela, Slovenia. Advancing culture of living with landslides. [COBISS.SI-ID 2631765]

 ZUPAN, Matija, et al., PETROVIČ, Dušan, GRIGILLO, Dejan, URBANČIČ, Tilen, KOZMUS TRAJKOVSKI, Klemen. Podrobna geološka-geotehnična in hidrogeološka karakterizacija velikih plazov v zaledju naselja Koroška Bela za potrebe izdelave stabilnostnih analiz in študijo izvedljivosti sanacijskih rešitev: plaz Urbas. Ljubljana: Geološki zavod Slovenije, 2020. [COBISS.SI-ID 53528323].