Kebencanaan

Penilaian bahaya Potensi Puing periglacial Arus berdasarkanBerbasis GIS Spasial Pemodelan dan Geofisika Bidang Survei:

Studi Kasus di Pegunungan Alpen Swiss

ABSTRAK

Gabungan pendekatan geomorfologi dan geofisika yang digunakan untuk melakukan penilaian bahaya Potensi aliran debris periglacial. Kemungkinan zona inisiasi aliran debris diidentifikasi dalam -GIS berbasis model dan terletak didasarkan pada atribut geomorfik yang berkontribusi paling untuk jenis ini ketidakstabilan. Dalam lingkungan alpine-permafrost yang terkena dampak, ini termasuk luas dan lokasi tanah es dan permafrost. Dalam zona aliran-awal debris potensial di Atas Engadine (moraine / puing-puing batu gletser kompleks Boval) dua dimensi survei tahanan listrik yang digunakan untuk mendeteksi ada / tidaknya lapisan es dan untuk memperkirakan aktif-lapisan mendalam. Hasil menunjukkan bahwa moraine kompleks merupakan reservoir puing-puing periglacial yang terdiri dari puing-puing beku dan dicairkan. Es-terikat bagian dari moraine sebagian besar dilindungi dari destabilisasi mendadak dan mundurerosi dapat diasumsikan terbatas. Namun, degradasi atau hilangnya lapisan es di bawah masa depan bagian dari gletser puing-puing batu akan meningkatkan jumlah puing-puing mudah tererosi dan umumnya mengurangi stabilitas mekanik. Hak Cipta # 2007 John Wiley & Sons, Ltd.

INTRODUCTION

Gletser setelah berakhirnya Zaman Es Kecil telah menemukan forefields di banyak daerah pegunungan dunia (Evans dan Clague, 1994; Haeberli dan Beniston, 1998; Watson dan Haeberli,2004), beberapa yang terletak di dalam sabuk gunung permafrost. Menemukan massa puing-puing asal glasial yang terkena proses erosi, terutama aliran debris, dan oleh karena itu merupakan potensi bahaya. Kegiatan aliran debris sangat signifikan dalam sabuk periglacial mana permafrost mungkin memiliki pengaruh pada besarnya peristiwa. lanjutan atau pemanasan dipercepat dapat menyebabkan degradasi permafrost. Oleh karena itu, penilaian potensi bahaya terkait dengan permafrost gunung di pemanasan iklim adalah kepentingan khusus (lih Harris et al., 2001). Pencairan permafrost lereng dapat meningkatkan besarnya dan frekuensi bencana alam seperti rockfalls atau puing-puing mengalir. Dalam konteks ini, pengetahuan tentang luas dan lokasi tanah es dan memainkan permafrost peranan penting untuk sekarang dan masa depan bahaya penilaian. Mengidentifikasi dan menemukan zona inisiasi alami bahaya (terutama rockfalls, arus puing-puing, ledakan danau periglacial) dan pengembangan potensi mereka dalam kondisi perubahan iklim berbasis lingkungan kondisi adalah salah satu tujuan dari proyek penelitian multidisiplin (GISALP) difokuskan evolusi lansekap di sensitif iklim-sangat lingkungan dari Pegunungan Alpen Swiss. Sebagai bagian dari proyek ini, Potensi aliran debris zona inisiasi di Atas Engadine diselidiki sebagai studi kasus menggunakan gabungangeomorfologi dan geofisika pendekatan. Dalam pendekatan geomorfologi, berdasarkan GIS-pemodelan distribusi permafrost potensial dan kerentanan keseluruhan untuk arus puing-puing

dilakukan.Pembentukan aliran debris periglacial tergantung pada langsung faktor (peristiwa meteorologi seperti thundershowers dalam hubungannya dengan pencairan salju atau longlasting luas curah hujan) dan yang tidak langsung. Yang terakhir terdiri atribut medan termasuk lereng talus, moraines dengan lereng lebih besar dari 258 (yaitu puing-puing unconsolidated dari ukuran butir yang berbeda rentan terhadap ketidakstabilan) dan permafrost yang dapat ikatan puing-puing longgar. Karena distribusi permafrost gunung terputus-putus adalah sering sangat heterogen, terutama pada yang lebih rendah yang batas, survei tahanan listrik dilakukan untuk mendeteksi keberadaan atau ketiadaan. elektris pencitraan resistivitas dapat memberikan yang diperlukan penentuan keadaan di lapangan untuk pemodelan berbasis GIS.

SITELokasi penelitian terletak di massif Bernina, Upper Engadin, Pegunungan Alpen Swiss timur. Dua arena kecil gletser, Vadret Boval Dadour dan Vadret Boval d'Mez, di sisi utara dan timur laut Piz Boval pameran lateral dan moraines terminal yang menandai batas mereka pada tahun 1850. Bedrock terdiri granit dan diorit. Gletser forefield memiliki bahan matriks didominasi kasar dan padat batu tertutup di tempat-tempat. Moraine pameran kompleks lokal struktur creep, memiliki depan curam dan dapat digambarkan sebagai batu puing-puing gletser (lih Barsch,1996). Hanya es kecil sisa-sisa tetap berada di bagian atas dari cirques atas 2900m a.s.l. Jarak dari moraine terminal ke kini gletser sisa adalah 800-1000 m. Itu terminal moraine / rock gletser kompleks yang 300m lebar, merupakan aliran debris potensial Zona inisiasi (Gambar 1 dan 2). Jika ini terjadi, aliran akan hanya mempengaruhi jalur hiking ke terdekat Boval pondok gunung.

METODE

Berbasis GIS Modelling Dalam proyek GISALP, terpadu spatio-temporal Sistem geoinformation sedang dirancang untuk mengantisipasi Potensi perubahan masa depan dalam iklim sensitif tinggi lingkungan gunung Upper Engadin. Satu Unsur adalah model bernama MURDISP berbasis GIS yang menghasilkan indeks yang digunakan untuk mengidentifikasi dan menemukan inisiasi aliran debris sekarang dan masa depan yang potensial zona. Sebagai masukan, MURDISP menggunakan elevasi digital Model (DEM), peta geomorfologi (Koch, 2003), peta tutupan vegetasi dan dihitung distribusi permafrost (Keller, 1992). Kerentanan dasar dihitung dengan memilih sel dalam DEM yang memiliki kemiringan antara 258 dan 388, di mana tidak ada hutan, dan di mana permukaan terdiri dari sejumlah besar material lepas (misalnya kerucut puing-puing dan penggemar, gletser batu aktif dan tidak aktif atau material lepas di forefields gletser) (lih Zimmermann et al., 1997). Selain itu, faktor yang berbeda, yang meningkatkan potensi keseluruhan untuk arus puing-puing seperti tidak adanya vegetasi dan permafrost distribusi, diperhitungkan. Untuk simulasi permafrost, yang PERMAKART Program digunakan (Keller, 1992). Program ini memperkirakan distribusi permafrost sebagai fungsi faktor topoclimatic dan membagi potensi distribusi permafrost menjadi 'permafrost kemungkinan' dan 'Lapisan es mungkin' kelas. Daerah terakhir ini memiliki faktor dampak yang lebih besar dalam model MURDISP karena sel-sel ini merupakan batas bawah distribusi permafrost mana permafrost adalah diasumsikan pencairan dan memiliki lapisan aktif tebal dari sel dihitung sebagai 'lapisan es kemungkinan'. Dengan demikian, 'permafrost mungkin' daerah diasumsikan memiliki jumlah yang lebih besar dari puing-puing mudah tererosi yang tersedia (lih

Zimmermann et al., 1997; Zimmermann dan Haeberli, 1992; Haeberli et al., 1997). Output dari MURDISP dihasilkan dengan menggabungkan semua berbeda raster grid untuk menghitung indeks yang tertinggi Nilai mewakili aliran debris tertinggi dihitung kerentanan.

Tahanan Listrik Pencitraan

Berbagai metode geofisika telah diterapkan sukses di daerah pegunungan untuk mendeteksi gunung lapisan es dan ciri sedimen unconsolidated (misalnya Abu Zeid-et al, 2003;. Hauck dan Vonder Mu¨hll, 2003; Kneisel dan Hauck, 2003; Kneisel 2004, 2005; Lapenna et al., 2005; Marescot et al., 2003). Metode geolistrik, terutama DC resitivity

Gambar 1 View potensi zona inisiasi aliran debris dengan sisa es kecil di bagian atas dari cirque dan moraine terminal /puing-puing batu kompleks gletser.

soundings, adalah yang paling cocok untuk menyelidiki bawah permukaan di mana kontras berbeda dalam konduktivitas dan resistivitas ada. Nilai resistivitas permafrost atau tanah beku bervariasi atas berbagai, tergantung pada isi es, suhu dan kadar garam. Ketergantungan resistivitas pada suhu erat terkait dengan jumlah air beku. Menerus lumpur beku, pasir, kerikil atau puing-puing beku dengan berbagai isi es berkisar antara 5 KVM dan beberapa ratus KVM

(mis Haeberli dan Vonder MU HLL, 1996). Pengukuran resistivitas dilakukan dengan menyuntikkan arus searah ke dalam tanah melalui dua saat elektroda. Perbedaan tegangan yang dihasilkan adalah diukur pada dua elektroda potensial. Tahanan survei memberikan gambaran resistivitas bawah permukaan distribusi. Dengan mengetahui resistivitas yang berbeda jenis material, adalah mungkin untuk mengubah resistivitas gambar ke gambar dari bawah permukaan yang terdiri dari bahan yang berbeda. Metode konvensional memplot hasil untuk interpretasi adalah pseudosection tersebut, yang memberikan gambar perkiraan distribusi resistivitas bawah permukaan. Survei geolistrik di lingkungan gunung sering bertemu satu masalah besar yang merupakan coupling antara elektroda dan heterogen dan permukaan tanah berbatu. Karena resistensi kontak tinggi permukaan kuning kasar material, spons direndam dalam air yang digunakan di masing-masing 40 cm elektroda stainless steel panjang untuk membangun kontak listrik yang cukup untuk tanah. Untuk dua dimensi (2D) survei, sebuah SYSCAL SMP Beralih sistem diterapkan. Rincian lebih lanjut dari data yang akuisisi, geometri array yang berbeda dan data pengolahan dijelaskan dalam Kneisel (2003). A lebih wawasan penerapan tahanan listrik tomografi pada bentang alam periglacial berbeda adalah disediakan di Kneisel (2006).

Gambar 2 Foto udara gletser cirque moraine / puing-puing batu gletser kompleks dan tertutup salju. Garis menandai lokasi dari Survei geolistrik (a-d).

HASIL

Berbasis GIS Modelling Hasil distribusi lapisan es model dan hasil akhir dari model MURDISP menunjukkan kerentanan aliran debris potensial untuk penelitian situs akan ditampilkan pada Gambar 3 dan 4, masing-masing. Hanya bagian terendah dari gletser batu jatuh ke dalam 'lapisan

es mungkin' zona sedangkan bagian yang lebih tinggi ditugaskan untuk 'permafrost kemungkinan' kelas. Lereng di bagian atas cirque dan bagian depan curam gletser batu keduanya mencapai aliran debris tinggi Indeks kerentanan (Gambar 4). Untuk bagian tengah kompleks gletser rock / moraine, bagaimanapun, tidak ada kerentanan aliran debris khusus disimulasikan oleh MURDISP karena sudut kemiringan - seperti yang berasal dari DEM - kurang dari 258. Gletser batu dan forefield gletser terdiri dari sejumlah besar puing-puing mudah tererosi yang bisa dipengaruhi oleh erosi mundur. Namun, meskipun distribusi permafrost, ketebalan lapisan aktif dan distribusi ukuran partikel dari puing-puing adalah faktor kunci mempengaruhi variabilitas kerentanan aliran debris, dua terakhir faktor tidak dapat diintegrasikan ke dalam model prediksi karena kurangnya diperlukan Data spasial. Survei geolistrik Empat survei geolistrik, dilakukan untuk mendeteksi ada atau tidak adanya lapisan es di tengah dan bagian bawah kompleks moraine (lihat Gambar 2), yang dibahas. Gambar 5 menunjukkan hasil cross- profile A dari bagian tengah moraine terminal / puing-puing batu gletser. The pseudosection dari resistivitas terhadap mendalam menunjukkan anomali tinggi resistif besar di sebelah kiri dan bagian tengah tomogram tersebut. Dari berbagai resistivitas, dapat disimpulkan bahwa ini adalah es yang kaya permafrost tubuh. Untuk daerah antara horisontal 120m jarak dan 160 m, nilai resistivitas rendah bisa menunjukkan lapisan es dengan konten es yang lebih rendah. Itu ketebalan lapisan aktif - yang diwakili oleh zona

Gambar 3 Permafrost mungkin (abu-abu terang) dan kemungkinan (abu-abu gelap) yang dihitung dengan PERMAKART. Garis putus-putus menandai depangletser batu.

konduktivitas lebih tinggi di bagian paling atastomogram - adalah variabel sepanjang garis survei. Longitudinal profil B di batu puing-tertutup gletser (Gambar 6) menampilkan dua berbeda tinggi resistivitas anomali menunjukkan dua badan permafrost. Itu konduktivitas yang tinggi dari bahan bawah permukaan antara dua lensa permafrost dapat diartikan sebagai zona permafrost bebas (antara jarak horisontal 85m dan 105 m). Anomali tinggi resistif kecil dekat dengan permukaan antara 95m jarak horizontal dan 105mis karena kopling buruk dari elektroda dengan permukaan kuning di situs ini. Gambar 7 adalah tomogram 2D resistivitas potongan melintang C, yang dilakukan dekat dengan bagian depan puing-puing gletser batu (lihat Gambar 2). Dalam survei ini, permafrost diidentifikasi di sisi kiri tomogram antara 30m dan 65 m. Hasilnya ambigu dari 65 juta jarak horizontal 80m: the resistivitas rendah di daerah ini bisa disebabkan oleh tidak adanya permafrost atau rendah resistivitas permafrost. Dari 90m jarak

horizontal 165 m, glasial sampai jelas tidak mengandung permafrost. Gambar 8 menunjukkan survei dari batu puing-puing gletser di bagian depan curam dan ke alpine yang

Gambar 4 Potensi zona aliran-puing mulai dihitung dengan MURDISP. Abu-abu shading merupakan indeks yang dihitung: semakin gelapnada, semakin tinggi kerentanan aliran debris. Garis putus-putus menandai depan gletser batu.

padang rumput. Hasil menunjukkan permafrost randa antara 30m jarak horizontal dan 80m dengan resistivitas yang relatif rendah di bawah tebal Lapisan dicairkan. Karena yang terakhir tampaknya lebih tebal dari 5m, diasumsikan bahwa permafrost ini merendahkan dan ditindih oleh taklik a. The lenticular kecil daerah resistivitas tinggi pada ujung bawah puing-puing batu gletser depan sekitar 120m adalah baik kecil lensa permafrost dangkal atau artefak inversi sedangkan resistivitas tinggi pada akhir profil dan di depan gletser batu terjal diyakini disebabkan oleh udara dalam marmut den.

DISKUSI DAN KESIMPULAN

Teknologi GIS tidak diragukan lagi berguna untuk spasial pemodelan dan analisis untuk berbagai lingkungan

Gambar 5 Tahanan tomogram dari survei Wenner di terminal kompleks moraine: cross-profile A pada Gambar 2.

studi, tetapi batas-batas set data input dan mereka berdampak pada interpretasi keluaran harus hati-hati dipertimbangkan. Kami telah menunjukkan bahwa potensi aliran debris periglacial zona inisiasi dapat diidentifikasi di daerah yang cukup besar menggunakan pendekatan pemodelan berbasis GIS. Kualitas hasil ini tergantung pada kualitas dan raster Resolusi berbagai input data. Sebagai contoh, DEM memiliki resolusi sel 25m dan sudut kemiringan dari bagian utara gletser batu – sebagai digambarkan dari model medan digital – kurang dari 258 dan tidak diidentifikasi sebagai potensi Zona inisiasi. Namun, dalam kenyataannya, lereng adalah curam daripada ini dan seharusnya disertakan.

Gambar 6 Tahanan tomogram dari survei Wenner di terminal kompleks moraine: membujur profil B pada Gambar 2.

Gambar 7 Tahanan tomogram dari survei Wenner di terminal kompleks moraine: cross-profile C pada Gambar 2.

Selanjutnya, karena hubungan saling kompleks antara berbagai faktor mengendalikan kehadiran atau tidak adanya tanah beku, tidak permafrost distribusi maupun kedalaman lapisan aktif dapat model sangat akurat ketika bekerja di sebuah lokal skala. Namun, distribusi permafrost, sudut kemiringan, dan ketersediaan dan karakteristik longgar puing-puing adalah atribut utama yang

mempengaruhi geomorfik periglacial kerentanan aliran debris. Oleh karena itu, rinci pengetahuan tentang distribusi permafrost lokal

Gambar 8 Tahanan tomogram dari survei Wenner melintasi puing-puing batu gletser depan: profil memanjang D pada Gambar 2.

penting dan seperti yang ditunjukkan dalam studi kasus, hal ini dapat diperoleh melalui survei lapangan menggunakan resistivitas 2D pencitraan dengan peringatan bahwa kontak listrik yang baik dengan tanah yang diperlukan untuk menghasilkan berkualitas tinggi Data. Peristiwa aliran puing-puing di Saastal pada tahun 1987 terkikis sebuah moraine curam oleh erosi mundur sampai ke permafrost tubuh (Haeberli et al., 1990). Tentang peran permafrost atau permafrost merendahkan pada pembentukan aliran debris, sejumlah proses harus diperhitungkan (Zimmermann dan Haeberli, 1992). Permafrost dapat bertindak sebagai stabilisator puing longgar dengan ikatan bahan beku. Akibatnya, mundur erosi terbatas di lereng curam scree mengandung permafrost. Di sisi lain, tabel permafrost dapat mewakili akiklud dan slide cakrawala jika partikel sedimen bawah adalah es berikat (misalnya Lewkowicz dan Hartshorn, 1998). Aktif-lapisan ketidakstabilan dapat terjadi melalui kejenuhan aktif lapisan dengan air dari pencairan salju dan / atau curah hujan. Oleh karena itu, jumlah maksimum puing-puing mudah tererosi adalah dibatasi oleh ketebalan lapisan aktif, parameter yang dapat dinilai dengan menggunakan tahanan 2D survei. Dalam studi kasus, kompleks moraine / puing-puing batu Gletser merupakan puing-puing waduk periglacial yang termasuk beberapa puing beku terus- menerus. icebonded ini bagian dari moraine sebagian besar dilindungi dari destabilisasi tiba-tiba dan berpotensi mundur erosi dapat diasumsikan terbatas. Namun, bagian depan curam terdiri dari permafrost bebas unconsolidated glasial sampai dan karena itu bisa terkikis. Selain itu, situasi

topografi dari cirques relevan karena mereka bisa bertindak sebagai corong berbentuk daerah resapan untuk berkonsentrasi limpasan. Permafrost, dalam mencegah air permukaan dari meresap dalam, bisa mempromosikan saturasi air puing dicairkan. Di masa depan, degradasi permafrost lanjut mungkin mengizinkan perkolasi lebih dalam air sehingga mengurangi probabilitas inisiasi aliran debris. Sebaliknya, yang mencair dapat mengakibatkan peningkatan jumlah erodible puing-puing dan umumnya mengurangi stabilitas mekanik di bagian bawah gletser puing-puing batu. Studi kasus menunjukkan kegunaan GIS berbasis pemodelan untuk identifikasi dan zonasi potensi bencana alam. Model berbasis GIS dapat dengan cepat mengidentifikasi potensi zona inisiasi aliran debris menggunakan input data yang terbatas. Namun, penilaian bahaya geomorfik yang berhubungan dengan permafrost jelas membutuhkan survei lapangan geofisika tambahan untuk mengevaluasi distribusi permafrost saat ini dan aktif- lapisan kedalaman. Pemetaan ini rinci permafrost dapat dilakukan di daerah yang kecil tapi mirip investigasi untuk mengukur jumlah puing-puing mudah tererosi di daerah yang luas akan memerlukan luas dan memakan waktu survei lapangan, sebaiknya terdiri dari dua teknik geofisika yang berbeda untuk menghindari ambigu Hasil (misalnya tomografi resistivitas listrik dan refraksi tomografi seismik, Kneisel dan Hauck, 2003). Mengingat tren pemanasan yang signifikan atas abad terakhir dan terutama dekade terakhir, degradasi permafrost dan es tanah besar-besaran harus tepat dipantau. Setidaknya di lokal skala, resistivitas pencitraan 2D dapat digunakan untuk memantau perubahan masa depan dalam permafrost luas dan kedalamanlapisan aktif melalui pengukuran ulang (lih Kneisel, 2006).

UCAPAN TERIMA KASIH

Penelitian ini didukung oleh dana dari Nasional Penelitian Program 48 'Lanskap dan Habitat Alpen '(Yayasan Nasional Swiss), Proyek nomor 4048-064352. Terima kasih khusus adalah karena J. Aylsworth dan resensi anonim untuk mereka komentar yang berharga pada naskah dan Antoni Lewkowicz untuk memperlancar bahasa Inggris.