Χρησιμοποίηση τεχνικών Τηλεπισκόπισης για την αναγνώριση του κινδύνου κατολίσθησης του νότιουσιδηροδρομικού δικτύου στη Ταϊβάν
Από RemoteSensing Wiki
Chih-Hao Hsu, Ting-Chi Tsao, Chuen-Ming Huang, Ching-Fang Lee and Yi-The Lee
Link: [1]
Λέξεις - Κλειδιά: Τηλεπισκόπηση, Νότια Σύνδεση Σιδηροδρόμων, Ταϊβάν, Κατολίσθηση, Βράχο πτώση, Συντρίμμια Ροής
Σκοπός
Σε αυτή την εργασία, μελετήθηκε η ικανότητα του συνδυασμού της απομακρυσμένης τεχνικής τηλεπισκόπησης και GIS για τον εντοπισμό και χαρτογράφηση των κινδύνων πιθανών κατολισθήσεων κατά μήκος του δίκτυο σιδηροδρόμων στη νότια Ταϊβάν. Χρησιμοποιήθηκαν υψηλής ανάλυσης αεροφωτογραφίες, μοντέλα εδάφους καθώς και δεδομένα κατολισθήσεων. Εντοπίστηκαν τρεις περιοχές επιρρεπείς σε μετατοπίσεις μάζας με αυξημένη επικινδυνότητα. Έτσι συνολικά σε αυτές τις 3 περιοχές βρέθηκαν 48 πλαγιές με υψηλή ευπάθεια σε κατολίσθηση, 35 χείμαρροι που έχουν υψηλή πιθανότητα παράσυρσης φερτών υλικών και από 11 σημεία η κατολίσθηση θα μπορούσε να φθάσει στη σιδηροδρομική γραμμή. Τα αποτελέσματα αυτά δείχνουν να συμφωνούν με αρχεία καταστροφών του δικτύου από τέτοιες αιτίες. Η αξιοποίηση των αποτελεσμάτων είναι ζωτικής σημασίας για την βελτίωση της σιδηροδρομικής γραμμής και για την πρόληψη κινδύνων.
Εισαγωγή
Η Ταιβάν βρίσκεται σε μία περιοχή τόσο με έντονη σεισμική δραστηριότητα όσο και με έντονα καιρικά φαινόμενα όπως τυφώνες. Από στατιστικά στοιχεία τα τελευταία 50 χρόνια την Ταιβάν την χτυπούν 4.9 τυφώνες ετησίως. Επιπλέον αυξημένος είναι και ο κίνδυνος κατολισθήσεων στις πλαγιές βουνών ή λόφων εξαιτίας των συνθηκών που επικρατούν, όπως η υψηλή βροχόπτωση . Ένα μεγάλο μέρος του προϋπολογισμού της Ταιβάν δαπανάται ετησίως στην αποκατάσταση των καταστροφών που προκαλούν τα παραπάνω φυσικά φαινόμενα. Αρκετές υποδομές όπως το σιδηροδρομικό δίκτυο είναι εκτεθειμένο σε σοβαρό κίνδυνο κατολισθήσεων. Έτσι είναι σαφές πως ο κίνδυνος των κατολισθήσεων ως συνέπεια ακραίων φυσικών φαινομένων είναι για την Ταϊβάν ένας από σημαντικότερους κινδύνους που επιβαρύνει οικονομικά και προκαλεί σημαντικές υλικές απώλειες.
Περιοχή Μελέτης
Το μήκος του νότιου δικτύου της σιδηροδρόμικής γραμμής είναι περίπου 98 χιλιόμετρα από το Fangliao Township στα δυτικά μέχρι το Ταϊτούνγκ στα ανατολικά (Εικόνα 1). Κατά τη διάρκεια της δεκαετίας του 1980, στο στάδιο της επιλογής της διαδρομής επιλέχθηκε μια διαδρομή με σχετικά υψηλό κίνδυνο κατολισθήσεων λόγω του περιορισμένου προϋπολογισμού, έτσι η σιδηροδρομική γραμμή ήταν εκτεθειμένη σε κινδύνους κατολισθήσεων και φερτών υλικών από ροές χειμάρρων. Η σιδηροδρομική γραμμή περνά μέσα από τους πρόποδες της νότιας οροσειράς της Ταϊβάν και διέρχεται ακολούθως μέσα από τα όρη σε διάφορες γεωμορφές και γεωλογικές. Το νότιο δίκτυο της σιδηροδρομικής γραμμής θα μπορούσε να διαιρεθεί σε διάφορα τμήματα ανάλογα με τον τύπο κατασκευής: αναχώματα και γέφυρες (8.8 km), σήραγγες (38,9km), και τμήματα σε πλαγιές. Σύμφωνα με στοιχεία καταστροφών (TRA 2015), κατολισθήσεις, πτώσεις βράχων και φερτά ροής χειμάρρων επηρέασαν τη σιδηροδρομική γραμμή κατά την τελευταία δεκαετία (Εικόνα 2). Σημαντικό γεγονός στη σειρά αυτών των γεγονότων αποτέλεσε ο εκτροχιασμός αμαξοστοιχείας στις 31 Αυγούστου 2013 (Εικόνα 3), λόγω χτυπήματος εξαιτίας φερτών υλικών ροής.
Μεθοδολογία
Η σιδηροδρομική λειτουργία έπρεπε να διακόπτεται κάθε φορά που συνέβαινε πλημμύρα ή φερτά υλικά κάλυπταν τη σιδηροδρομική γραμμή. Για να αποφευχθεί η διακοπή των σιδηροδρομικών υπηρεσιών, λόγω φυσικών καταστροφών, επιστήμονες, μηχανικοί, και οι σιδηροδρομικές εταιρείες εργάστηκαν για την πρόληψη και τον περιορισμό των κινδύνων από κατολισθήσεις κατά μήκος της σιδηροδρομικής γραμμής. Τα πιο κοινά εργαλεία σε αυτή τη προσπάθεια ήταν η τηλεπισκόπηση, η εναέρια ερμηνεία φωτογραφίας, η ανάλυση εδάφους, και αριθμητικές προσομοιώσεις. Σε αυτή την εργασία μελετήθηκαν τρεις τύποι μετακίνησης μάζας: κατολισθήσεις, πτώση βράχων, φερτά υλικά χειμάρρων.
Κατολισθήσεις
Ευαισθησία κατολίσθησης (LS) ορίζεται ως η πιθανότητα μιας κατολίσθησης που συμβαίνει σε μια περιοχή με βάση τα τοπικά χαρακτηριστικά του εδάφους και τις υδρολογικές συνθήκες. Η ευαισθησία κατολίσθησης ζωνώσεων αναφέρεται στη διαίρεση της γης σε ομοιογενείς περιοχές ή τομείς ανάλογα με το βαθμό της πραγματικής ή δυνητικής επικινδυνότητας (Varnes, 1984). Η παρούσα μελέτη υιοθετεί τη μέθοδο της λογιστικής παλινδρόμησης και της πολυμεταβλητής ανάλυσης για τη διεξαγωγή ανάλυσης ευαισθησίας κατολίσθησης. Στην εικόνα 4 φαίνεται η ροή εργασιών της μεθόδου ανάλυσης ευαισθησίας κατολίσθησης. Η χωρική κατανομή της κατολίσθησης καθορίζεται από τη σύγκριση δορυφορικών εικόνων πριν και μετά από γεγονότα τυφώνων / βροχοπτώσεων. Στην περιφερειακή κλίμακα χρησιμοποιήθηκαν η ανάλυση ευαισθησίας κατολίσθησης, η καταγραφή κατολίσθησης, τα δεδομένα βροχοπτώσεων και γεωλογικά δεδομένα για την κατασκευή του μοντέλου ανάλυσης και τον υπολογισμό του δείκτη ευαισθησίας δικτύου διαστάσεων 5mx 5m. Τα διαγράμματα που προκύπτουν από την ανάλυση (Εικόνα 5) είναι χρήσιμα για την διαχείριση κινδύνου ειδικότερα σε αυτή τη μελέτη, 146 τέτοιες μονάδες χαρτογραφήθηκαν κατά μήκος της Νότιας Σύνδεσμος Σιδηροδρόμων (με εξαίρεση το τμήμα της σήραγγας).
Πτώση Βράχων
Οι περιοχές πτώσεις βράχων μπορούν να προσδιοριστούν με απλές γεωμετρικές μεθόδους όπως η μέθοδος της γραμμής ενέργειας. Χρησιμοποίηθηκαν γεωλογικά δεδομένα από αντίστοιχες υπηρεσίες για να προσδιορισθούν οι περιοχές υψηλής επικινδυνότητας σε πτώση βράχων. Έτσι προσδιορίστηκαν 11 περιοχές υψηλής επικινδυνότητας και 21 μέσης επικινδυνότητας στο τμήμα της σιδηροδρομικής γραμμής εξαιρουμένης της σήραγγας. Μετά τον εντοπισμό των περιοχών υψηλής και μέσης επικινδυνότητας εφαρμόστηκε το μοντέλο RAMMS(RApid Mass MovementSystem)για το προσδιορισμό και την προσομοίωση της τροχιάς κατολίσθησης. Το μοντέλο αυτό είναι ικανό να προβλέπει τον εντοπισμό επιρρεπών περιοχών πτώσης βράχων. Στην εργασία αυτή θεωρήθηκε προσομοίωση πτώσης βράχου διαστάσεων 8 m3 (2 x 2 x 2) και προσδιορίστηκε η πιθανή πληγείσα περιοχή με βάση τη τροχιά και στη συνέχεια χαρτογραφήκαν ώστε να προκύψει η εικόνα 6.
Αποτελέσματα
Από την ανάλυση των αποτελέσματων με βάση το διάγραμμα ροή της εικόνας 4 προέκυψαν 49 μονάδες (τμήματα) υψηλής ευαισθησίας σε κατολίσθηση, 49 μονάδες με μέση ευαισθησία κατολίσθησης και 48 με μικρή ευαισθησία κατολίσθησης. Τα αποτελέσματα αυτά παρουσιάζονται με διαφορετικούς χρωματισμού επί του χάρτη της περιοχής στην εικόνα 7. Με τα μοντέλα προσομοίωσης πτώσης βράχων και φερτών υλικών χειμάρρων προσδιορίστηκαν οι πιθανές περιοχές υψηλής επικινδυνότητας . Έτσι εντοπίστηκαν κατά μήκος της σιδηροδρομικής γραμμής σημεία που μπορούν να καταλήξουν φερτά υλικά από χειμάρρους με υψηλή πιθανότητα καθώς και σημεία όπου θα κατέληγαν αντίστοιχα βράχοι μετά την πτώση τους. Τα αποτελέσματα αυτά εμφανίζονται στο χάρτη στις εικόνες 8 και 9.
Συμπεράσματα
Σε αυτή την εργασία εξετάστηκαν τρεις τύποι μαζικών κινήσεων που μπορούν να προκαλέσουν βλάβες και καταστροφές στο νότιο σιδηροδρομικό δίκτυο της Ταϊβάν. Συνοπτικά εντοπίστηκαν 48 επιρρεπείς περιοχές σε κατολισθήσεις , 11 υψηλής επικινδυνότητας περιοχές σε πτώση βράχων και 7 περιοχές επιρρεπείς στη ροή φερτών υλικών χειμμάρων. Οι κατολισθήσεις διανέμονται κυριώς στη κεντρική οροσειρά από όπου διέρχεται η σιδηροδρομική γραμμή ενώ οι πτώσεις βράχων στην παράλια οροσειρά. Τα αποτελέσματα είναι εξαιρετικά συνεπή με την κατανομή που αντιστοιχεί από τα έγγραφα του αρχείου φυσικών καταστροφών. Τα αποτελέσματα θα μπορούσαν να βοηθήσουν στην βελτίωση των κατασκευών και τη πρόληψη καταστροφών στο σιδηδρομικό τμήμα που μελετήθηκε.
