Projekti / Programi
Prepoznavanje potencialno nevarnih hudourniških vršajev z metodami geomorfometrije in simulacijami nastanka vršajev.
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 2.20.00 |
Tehnika |
Vodarstvo |
|
| Koda |
Veda |
Področje |
| P510 |
Naravoslovno-matematične vede |
Fizična geografija, geomorfologija, pedologija, kartografija, klimatologija |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 2.07 |
Tehniške in tehnološke vede |
Okoljsko inženirstvo |
geomorfologija, digitalni model površja, naplavinski vršaji, drobirski tokovi, simulacije, laboratorijski poskusi, mehanika tal, reološke lastnosti
Raziskovalci (13)
Organizacije (2)
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.
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.
Pomen za razvoj znanosti
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 visokoločljivostnega DMR-ja in DMP-ja ter značilnih prostorskih spremenljivk (kazalnikov) 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.
Vršaji so pogoste značilnosti hribovitega in gorskega prostora. Z vršaji so pogosto pokrita nestabilna pobočja dolin. Geomorfološka oblikovanost vršajev je odvisna od največkrat slabo porazdeljenega materiala, ki ga sestavlja. Ta skupaj z drugimi podrejenimi dejavniki določa kot oz. naklon odloženega materiala. Območja vršajev (drobir, grušč) so pogosto poraščena, zato se lahko naklon vršajev poveča, in s tem njihova nestabilnost. Manj aktivni in pogosto poseljeni vršaji v nižje ležečih dolinah, imajo nekoliko drugačne lastnosti, kot tisti visoko v gorah. Menimo, da je možno z orodji daljinskega zaznavanja in posebej z orodji za analizo posnetkov ter geomorfometričnimi orodji pri uporabi modelov reliefa in površja klasificirati različne tipe vršajev, pri čemer imamo dobre izkušnje z določanjem vršajev na Marsu (Podobnikar & Székely, 2015), kjer je poznavanje terenskih razmer očitno zelo omejeno.
Pri samodejni identifikaciji vršajev ter klasifikaciji njihovih oblik z geomorfometrično analizo gre za korak naprej od klasičnih postopkov kot je klasifikacija vršajev na podlagi Meltonovega števila, ki se ga izračunana na podlagi značilnosti prispevnega območja. Pri tem gre za razvoj več inovativnih metod uporabe podatkov modela reliefa kot tudi daljinskega zaznavanja. Kljub temu, da bo klasično (ročno) odkrivanje značilnosti površja pomembno tudi v prihodnje, omogočajo primerno izbrane in pripravljene zbirke visokokakovostnih prostorskih podatkov hitre in do največje mere avtomatizirane tehnike numeričnih prostorskih analiz. Izvedena bo primerjava klasično (ročno) kartiranih vršajev s samodejno prepoznanimi, s čimer bo ovrednotena kakovost in uporabnost metodologije. Takšna primerjava je v svetu redkost, vendar nujna za zagotavljanje verodostojnosti razvijajočega se področja avtomatizirane geomorfometrije.
Predlagani projekt bo prispeval k razvoju mlade geomorfometrične vede kot tudi geoinformatike za potrebe vodarstva, geologije, gradbeništva, pa tudi splošno geomorfologije kot metode v različnih panogah, ki se ukvarjajo s prostorom.
Pomen za razvoj Slovenije
V Sloveniji je bil sprejet Zakon o vodah ZV1 (2002), ki določa, da mora vlada določiti ogrožena območja zaradi poplav, erozije, zemeljskih in hribinskih plazov in snežnih plazov. Leta 2007 je bil sprejet Pravilnik o metodologiji za določanje območij, ogroženih zaradi poplav in z njimi povezane erozije celinskih voda in morja, ter o načinu razvrščanja zemljišč v razrede ogroženosti, v katerem je predpisana metodologija za določevanje razredov poplavne in erozijske nevarnosti, kjer je erozijska nevarnost določena pri pretokih stoletnih voda in je omejena na delovanje rečne erozije (odplavljanje rečnih brežin, naplavljanje sedimentov s poplavno vodo na naplavinskih ravnicah), Ta metodologija ni primerna za delovanje hudournikov na naplavinskih (hudourniških vršajih) in še manj za delovanje drobirskih tokov. Določanje ogroženosti prostora zaradi delovanja drobirskih tokov je v Sloveniji obstalo na pol poti. Predlagani raziskovalni projekt nadgrajuje raziskovalne dosežke projektne skupine v preteklosti in jih usmerja v uporabo modernih orodij daljinskega zaznavanja pri modeliranju drobirskih tokov za potrebe določanja nevarnih območij njihovega delovanja, predvsem na najbolj ogroženem delu prostora, to je na naplavinskih vršajih. Pri tem sledimo naslednjim vprašanjem: kje se lahko sprožijo drobirski tokovi (mesto nastanka), kako obsežni so lahko (magnituda), kakšne so njihove materialne lastnosti (reologija) in kje delujejo (mesto delovanja). Pri iskanju odgovorov na zastavljena vprašanja moramo razlikovati med hudourniškimi in pobočnimi drobirskimi tokovi in jih obravnavati ločeno. Posebno pomembni pri tem so kakovostni podatki o površju. Predlagani raziskovalni projekt bo neposredno uporaben pri razvoju metodologije za določanje ogroženih območij zaradi delovanja drobirskih tokov, ki je Slovenija kljub zakonski obvezi iz Zakona o vodah še vedno nima.
Za območje Slovenije je bil sicer izdelan model dovzetnosti za pojavljanje drobirskih tokov v merilu 1 : 250.000. Model je namenjen prostorskemu napovedovanju območij nastanka/sprožitve, ne pa tudi območij delovanja (transporta in odlaganja) drobirskih tokov in predstavlja splošni pregled izpostavljenih nevarnih območij v Sloveniji ter osnovo za nadaljnje podrobnejše raziskave in analize. Model je pokazal, da je zelo velika dovzetnost za pojavljanje drobirskih tokov na okoli 4 % površine ozemlja Slovenije in velika na okoli 11 % (večinoma alpski in gorat svet SZ in S Slovenije). Predlagani projekt bo odločilni korak k izdelavi modela napovedi nevarnosti drobirskih tokov za območje Slovenije. 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.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Vmesno poročilo,
zaključno poročilo
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Vmesno poročilo,
zaključno poročilo
