Εντοπισμός Περιοχών με Υψηλή Πιθανότητα Ρευστοποίησης με χρήση Δεδομένων Τηλεπισκόπησης στη Δυτική Ελλάδα

Από RemoteSensing Wiki

Αναθεώρηση της 20:32, 4 Μαρτίου 2012

Αγγλικός τίτλος: Remote Sensing-Aided Localization of Liquefaction-Prone Sites. Existing Data and Application of the Method in Western Greece

Συγγραφείς: ΛΕΚΚΑΣ, Ε. Λ. Γεωλόγος, Αν. Καθηγητής, Πανεπιστήμιο Αθηνών, ΒΑΣΙΛΑΚΗΣ Ε. Μ. Γεωλόγος, Υπ. Διδάκτωρ Τηλεπισκόπησης, Πανεπιστήμιο Αθηνών

Πηγή: 4ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής και Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής

Ι. Αντικείμενο εφαρμογής

Ο εντοπισμός περιοχών στις οποίες υφίσταται η πιθανότητα να προκληθούν φαινόμενα ρευστοποιήσεων αποτελεί ένα σημαντικό βήμα για τη μείωση του σεισμικού κινδύνου και γενικότερα τον χωροταξικό Αντισεισμικό Σχεδιασμό. Συνήθεις εκδηλώσεις ρευστοποιήσεων στην επιφάνεια του εδάφους είναι η έκχυση των ρευστοποιημένων υλικών, η παρουσία κρατήρων έκχυσης, οι εδαφικές διαρρήξεις, οι καθιζήσεις, οι κατολισθήσεις και η δημιουργία ανώμαλων κυματισμών στην ελεύθερη επιφάνεια (LΕΚΚΑS et al., 1996b). Κατά τη ρευστοποίηση, τα εδαφικά υλικά και κυρίως άμμοι, ιλύες και χάλικες με παρουσία νερού, υποβάλλονται σε διατμητικές ανακυκλιζόμενες φορτίσεις, χάνουν τη διατμητική τους αντοχή και αποκτούν συμπεριφορά βαρέως υγρού (SEED, 1979). Ο εντοπισμός των περιοχών ρευστοποιήσεων αποτελεί μια εξαιρετικά σύνθετη έρευνα με μεγάλη χρονική διάρκεια, η οποία περιλαμβάνει αξιολόγηση γεωμορφολογικών, γεωλογικών, γεωτεχνικών και υδρογεωλογικών δεδομένων, ενώ παράλληλα απαιτεί μεγάλη δαπάνη εξαιτίας των πολυάριθμων εργασιών υπαίθρου, επιτόπου δοκιμών και εξειδικευμένων εργαστηριακών δοκιμών και αναλύσεων που πρέπει να εκτελεσθούν. Στην επίλυση του προβλήματος αυτού μπορεί να συμβάλλει αποφασιστικά η ανάλυση δορυφορικών εικόνων, δεδομένου ότι υπάρχει η δυνατότητα διερεύνησης της φύσης των επιφανειακών γεωλογικών σχηματισμών σε ορισμένες φασματικές περιοχές του μέσου υπέρυθρου του LANDSAT5-ΤΜ δορυφορικού συστήματος.

ΙΙ. Σκοπός της εφαρμογής

Στη συνέχεια γίνεται μια νέα εφαρμογή της μεθόδου εντοπισμού πιθανών μελλοντικών φαινομένων σε περιοχές στη Δυτική Ελλάδα, οι οποίες χαρακτηρίζονται από το ίδιο σεισμοτεκτονικό - γεωλογικό πλαίσιο, παρόμοιες γεωτεχνικές συνθήκες, ενώ βρίσκονται κάτω από "πιεστική διαδικασία" αστικοποίησης και καθορισμού χρήσεων γης. Συγκεκριμένα γίνεται εφαρμογή της μεθόδου στην ευρύτερη περιοχή του Μύτικα και στην περιοχή εκβολών του Αχελώου ποταμού - Μεσολογγίου στο νομό Αιτωλίας-Ακαρνανίας.

ΙΙΙ. Μεθοδολογία-Επεξεργασία

Με τη χρήση της τηλεπισκόπησης (Θεματικός Χαρτογράφος ΤΜ του LANDSAT 5 δορυφορικού συστήματος) προσφέρεται η δυνατότητα να απεικονισθούν τα επιφανειακά δεδομένα και μάλιστα σε σχετικά μεγάλη έκταση. Το συγκεκριμένο δορυφορικό σύστημα προσφέρει σημαντικά πλεονεκτήματα σε σχέση με τα άλλα υφιστάμενα δορυφορικά συστήματα λόγω της ευρύτητας των φασματικών δεδομένων σε συνδυασμό με την σχετικά υψηλή ανάλυση. Η όλη διαδικασία της έρευνας περιλαμβάνει αρχικά την επιλογή των εικόνων που αντιστοιχούν στην περιοχή και οι οποίες θα πρέπει να έχουν όσο το δυνατό μικρότερη νέφωση και στην επιφάνεια να μην υπάρχει πολύ πυκνή βλάστηση με μεγάλου ύψους φυτά και πολύ νερό από βροχοπτώσεις. Η ανάλυση των εικόνων γίνεται σε πρώτο στάδιο από πλήρως ανεπεξέργαστες εικόνες του καναλιού 7, που απεικονίζουν ανακλώμενη ενέργεια στο μέσο υπέρυθρο, με μήκος κύματος 2.08-2.35μm (LILLESAND & KIEFER, 1994). Καθορίζεται η αρχική τιμή threshold για την δημιουργία μιας δυαδικής εικόνας (άσπρο-μαύρο) η οποία αποτελεί και την πρώτη επεξεργασμένη εικόνα, στην οποία στη συνέχεια μπορεί να γίνει αύξηση της αντίθεσης για να γίνει πιο ευδιάκριτη. Η εικόνα που παράγεται είναι δυνατό να ταυτίζεται πολύ με τον χάρτη κατανομής των ρευστοποιήσεων που μπορούν να παρατηρηθούν κατά την διάρκεια ενός σεισμού σε μια συγκεκριμένη περιοχή. Η χρήση των δεδομένων τηλεπισκόπησης για επιφανειακή πληροφόρηση στις αστικές περιοχές περιορίζεται και κυρίως αφορά στις επί μέρους θέσεις όπου δεν υπάρχουν κτίρια. Με το δεδομένο όμως ότι και οι κατοικημένες περιοχές έχουν αρκετούς ανοιχτούς χώρους η επιφανειακή πληροφόρηση μπορεί να ληφθεί σε ικανοποιητικό βαθμό. Επίσης, η κατάσταση του εδάφους μπορεί να αναγνωριστεί έμμεσα ακόμα και όταν ένα μικρού πάχους πεζοδρόμιο καλύπτει το έδαφος, αφού το κανάλι 7 απεικονίζει μεγάλου μήκους κύματος ανακλώμενη ακτινοβολία που έχει διεισδύσει στο έδαφος για μερικά εκατοστά (VINCENT, 1997). Επισημαίνεται ότι η εδαφική πληροφόρηση που λαμβάνεται δεν υποδεικνύει το βάθος της ρευστοποίησης ή ρευστοποιήσεις, οι οποίες λαμβάνουν χώρα σε τυχόν γεωλογικούς σχηματισμούς, πού βρίσκονται σε ικανό βάθος.

ΙV. Παλαιότερες εφαρμογές της μεθόδου και δεδομένα

Ενδεικτικά αναφέρεται ότι στην Ιαπωνία κατά τους σεισμούς του Nihonkai-Cyubu Μ=7.7 (26 Μαΐου 1983), Kushiro-Oki Μ=7.8 (15 Ιανουαρίου 1993), Hokkaido- Nansei-Oki Μ=7.8 (12 Ιουλίου 1993) εφαρμόστηκαν με κυμαινόμενο βαθμό επιτυχίας δεδομένα τηλεπισκόπησης ,προκειμένου να διαπιστωθεί ποιες φασματικές περιοχές του δορυφορικού συστήματος LANDSAT5-ΤΜ αναδεικνύουν και προσεγγίζουν - επικαλύπτουν περιοχές στις οποίες εμφανίστηκαν φαινόμενα ρευστοποιήσεων (ΤΟΜΑΤSU et al., 1992, ΤΟΜΑΤSU et al., 1993, ΚUΒΟ, 1994, ΤΟΜΑΤSU & SΑΤΟ, 1994, ΤΟΜΑΤSU et al., 1995). Μια ιδιαίτερη τεχνική εφαρμόστηκε και επιβεβαιώθηκε ήδη σε δύο περιοχές οι οποίες επλήγησαν από σεισμούς, κατά τους οποίους προκλήθηκαν φαινόμενα ρευστοποιήσεων (LΕΚΚΑS, et al., 1996a LΕΚΚΑS, et al.,1996b). Συγκεκριμένα εφαρμόστηκε στην περιοχή Κοbe-Νankai (Κεντρική Ιαπωνία), η οποία επλήγη από σεισμό Μ=7.2R στις 17 Ιανουαρίου 1995 και στην περιοχή του Πύργου Ηλείας (Δυτική Ελλάδα), η οποία επλήγη από σεισμό Μ=5.5R στις 26 Μαρτίου 1993. Η ίδια τεχνική εφαρμόζεται για περαιτέρω επιβεβαίωση στο σεισμό του Αιγίου (Ελλάδα) Μ=6.1R που έλαβε χώρα στις 15 Ιουνίου 1995, κατά τον οποίο εκδηλώθηκαν εκτεταμένες ρευστοποιήσεις.

Kobe (Ιαπωνία)

Η ανάλυση της εικόνας LANDSAT5-ΤΜ, που πάρθηκε πριν το σεισμό, έγινε επιλέγοντας την περιοχή του μέσου υπέρυθρου φάσματος στην περιοχή του καναλιού 7. Στη συνέχεια η εικόνα αυτή μετατράπηκε σε δυαδική και με τιμή threshold 27 (Σχ. 1), με αποτέλεσμα τα τμήματα με υψηλή τιμή ανάκλασης που είναι οι λευκές περιοχές να αντιστοιχούν ως επί το πλείστον στις περιοχές στις οποίες εμφανίστηκαν φαινόμενα ρευστοποιήσεων και τα οποία χαρτογραφήθηκαν μετά το σεισμό (LΕΚΚΑS et al., 1996a, LΕΚΚΑS et al., 1996b, ΛΕΚΚΑΣ & ΒΑΣΙΛΑΚΗΣ, 1999).

Οι περιοχές αυτές είναι κυρίως οι νησίδες Port Island και Rokko Island καθώς και τμήματα της παράκτιας ζώνης, τα οποία καλύπτονται σε μεγάλο ποσοστό από έργα εξωραϊσμού - διαμόρφωσης ελεύθερων χώρων. Στα ίδια περίπου αποτελέσματα κατέληξαν και παράλληλες έρευνες με δορυφορικά δεδομένα που υφίσταντο πριν και μετά το σεισμό (ΤΟΜΑΤSU & SΑΤΟ, 1996).

Πύργος Ηλείας

Ρευστοποιήσεις εδαφών παρατηρήθηκαν στις παραλιακές περιοχές του Πύργου της Ηλείας μετά τον σεισμό μεγέθους 5.5R της 26ης Μαρτίου του 1993. Εφαρμόζοντας την προηγούμενη μέθοδο, δηλαδή μετατρέποντας το κανάλι 7 της δορυφορικής εικόνας LANDSAT 5-ΤΜ σε δυαδική μορφή και δίνοντας τιμή threshold 35, παρήχθη μια εικόνα η οποία με αύξηση της αντίθεσης έγινε πιο ευδιάκριτη. Οι περιοχές που έχουν υψηλό βαθμό κινδύνου για ρευστοποίηση κατά τη διάρκεια κάποιου σεισμού παρουσιάζονται με άσπρο σε αντίθεση με την υπόλοιπη περιοχή που φαίνεται μαύρη (Σχ. 2).

Η ανωτέρω κάλυψη συμπίπτει ως επί το πλείστον με τις περιοχές στις οποίες εκδηλώθηκαν φαινόμενα ρευστοποιήσεων κατά τον προηγούμενο σεισμό ή τις περιοχές που αποδεδειγμένα με βάση δεδομένα ερευνών μπορούν να ρευστοποιηθούν (LΕΚΚΑS, 1994). Αντιστοιχούν δε σε περιοχές οι οποίες είναι χέρσες ή καλλιεργούνται και στις οποίες εμφανίζονται παράκτιες αποθέσεις, ποτάμιοι σχηματισμοί και αλλούβια. Οι διαφορές οι οποίες εντοπίζονται στις δύο περιπτώσεις σε ότι αφορά στις τιμές threshold, αποδίδονται κυρίως στο γεγονός ότι στη μεν περίπτωση του σεισμού του Κόμπε η περιοχή ήταν αστικοποιημένη και καλυπτόταν κατά θέσεις από κτίρια, χώρους αναψυχής, ασφαλτοστρώσεις και εν γένει εξωραϊστικά έργα, στη δε περίπτωση του σεισμού του Πύργου επρόκειτο για περιοχή επί το πλείστον χέρσο με μικρή κάλυψη από γεωργικές καλλιέργειες και οικιστική ανάπτυξη. Η μη πλήρης ταύτιση των λευκών περιοχών στις επεξεργασμένες εικόνες με τις υπαίθριες διαπιστώσεις μπορεί να αποδοθεί στο διαφορετικό μέγεθος και τις λοιπές ιδιότητες της σεισμικής κίνησης στις δύο περιπτώσεις.

Αίγιο Ο σεισμός του Αιγίου (Βόρεια Πελοπόννησος, Ελλάδα) έλαβε χώρα στις 15 Ιουνίου 1995 και είχε μέγεθος 6.1R. Από το σεισμό προκλήθηκαν αρκετοί θάνατοι και καταρρεύσεις κτιρίων, ενώ στην επικεντρική περιοχή παρατηρήθηκε μια ποικιλία γεωδυναμικών φαινομένων όπως εδαφικές και σεισμικές διαρρήξεις, ρευστοποιήσεις εδαφών, μεταβολές ακτογραμμών, κατολισθήσεις που ενδεικτικά παρουσιάζονται στο σχήμα 3 (LΕΚΚΑS et al, 1996c).

Ειδικότερα, οι ρευστοποιήσεις εδαφών καταλάμβαναν ένα μεγάλο τμήμα στην παράκτια έκταση δυτικά και ανατολικά του Αιγίου, στη δομή της οποίας λαμβάνουν μέρος σχηματισμοί του Ολοκαίνου και ειδικότερα αλλούβια, παράκτιες και ποτάμιες αποθέσεις. Η μορφολογία της περιοχής εκδήλωσης των ρευστοποιήσεων είναι σχεδόν επίπεδη και σχετικά ομαλή με μικρή κλίση προς τη θάλασσα (βόρεια), ενώ ο υδροφόρος ορίζοντας ήταν σε μικρό βάθος από την επιφάνεια. Από την επεξεργασία των δορυφορικών εικόνων που λήφθηκαν πριν το σεισμό και σύμφωνα με τα δεδομένα των δύο προηγούμενων περιπτώσεων προέκυψε ότι αν γίνει επεξεργασία του καναλιού 7 με τιμή threshold 35, τότε υπάρχει μια πολύ καλή συσχέτιση μεταξύ ρευστοποιήσεων και περιοχών ανοικτών χρωματισμών της δορυφορικής εικόνας. Αν η συγκεκριμένη εικόνα μετατραπεί σε δυαδική, τα τμήματα υψηλής ανάκλασης (λευκές περιοχές) φανερώνουν ενδεικτικά τις περιοχές ρευστοποιήσεων (Σχ. 4).

Η μη απόλυτη ταύτιση των δεδομένων των δορυφορικών εικόνων αλλά και των περιοχών εκδήλωσης ρευστοποιήσεων αποδίδονται κυρίως στην επιφανειακή κάλυψη του εδάφους από έργα εξωραϊσμού ενώ η περαιτέρω απόλυτη ταύτιση είναι απόλυτα συνδεδεμένη και ανάλογη με το μέγεθος του σεισμού και τα υπόλοιπα χαρακτηριστικά της σεισμικής κίνησης.