devoli et al 6 feb2015_esri

Varsling av jordskredfare, hvordan brukes aktsomhetskartene?

Graziella Devoli (1), Rainer Bell (2,5), Luzia Fischer (3), Lena Rubensdotter (4), Knut Stalsberg (4) José Cepeda (5),

Ivar Peereboom (1), Håvard Juliussen(1) (1) Norges vassdrags- og energidirektorat (NVE); (2) Department of Geography and Regional Research, University of Vienna, Vienna, Austria;

(3) Geotest, AS, Sveits; (4) Norges geologiske undersøkelse (NGU); 5) Norges geotekniske institutt (NGI)

ESRI Konferanse, Oslo, 4-6 February 2015

Norwegian Water Resources and Energy Directorate

Innhold

■ Jordskred og flomskred i Norge■ Jordskredvarslingstjeneste i NVE ■ Identifisering av skredfare (aktsomhetskart)■ Aktsomhetskart for jordskred og flomskred i Norge■ Hvorfor og hvordan kartene skal integreres i

varslingstjeneste


Jordskred og flomskredDebris slideDebris slide + Debris avalanche

Jordskred er raske utglidninger og bevegelse av vannmettede løsmasseri bratte skråninger, utenfordefinerte vannveier.

Flomskred er hurtige, flomlignende skred som opptrer langs elve- og bekkeløp, også der det vanligvis ikke er permanent vannføring. Vannmassene kan rive løs og transportere store mengder løsmasser, større steinblokker, trær og annen vegetasjon i og langs løpet.

Debris flows, Debris floods, watery stream flows

Source area(Utløsningsområde)

Landslide track(Skredbane)

Runout zone(Utløpsområde)

Source area(Utløsningsområde)

Landslide track(Skredbane)

Runout zone(Utløpsområde)


Debris avalanche and debris flow, Oppstryn, 16th November 2013 Photo J.H Aalbu (NRK)

■ Jordskred og flomskred fører hvert år til store ma-terielle skader på veg og jernbane, og truer tidvis bebygd område på grunn av høy hastighet og stor rekkevidde.

■ Mange jordskred ogflomskred i de siste årene(e.g. 2000, 2005, 2008, 2011, 2012, 2013, 2014)

■ Utløst av regn, snømelt ogkombinasjon

Debris avalanche, Roe, 20th March 2014, Photo Ø.S. Lohne

Jordskredvarsling i NVE■ Norge vassdrags- og energidirektorat (NVE) har ansvaret for den

landsdekkende jordskredvarslingen som finnes på www.varsom.no/jordskred.

Jordskred (Debris flows/debris slides): October 2013

http://www.varsom.no/jordskred

Foto: T. Bargel, NVE

Jordskred – en samlebetegnelseUtglidning (shallow soil slides) Jordskred (debris slides, debris avalanches)

Flomskred (debris flows)

Dovrefjell, Snøhetta Photo:Adressa.no

Sørpeskred (slushflows)

Foto: K. Reistad, NVE

http://www.google.no/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&docid=pw4yn9meL3VieM&tbnid=4wAQiTcv1YYQIM:&ved=0CAYQjRw&url=http://www.h-avis.no/nyheter/steinras-pa-riksvei-13-1.5655119&ei=324gU8uqMezY4QTjtoCwBA&bvm=bv.62788935,d.bGE&psig=AFQjCNF5cuqmYMKvCtsMqTHZS0W7XUKrZw&ust=1394720760166243

http://www.google.no/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&docid=pw4yn9meL3VieM&tbnid=4wAQiTcv1YYQIM:&ved=0CAYQjRw&url=http://www.h-avis.no/nyheter/steinras-pa-riksvei-13-1.5655119&ei=324gU8uqMezY4QTjtoCwBA&bvm=bv.62788935,d.bGE&psig=AFQjCNF5cuqmYMKvCtsMqTHZS0W7XUKrZw&ust=1394720760166243


Identifisere jordskredfare

■ Hvor? (Analyse av historiske skred, utvikling av hendelsesdatabase, aktsomhetsanalyser)■ Vi analysere statiske årsaker og identifisere topografiske og

geologiske årsaker til skred, samt analysere og kartlegge romlig fordeling for jordskred og flomskred;

■ Vi registrerer og analysere relevante skred/flomhendelser etterpå for å forbedre skreddatabase og kalibrere aktsomhetsmodeller bl.a.


LANDSLIDE (DANGER)CHARACTERISATIONMechanics, Location

Volume,Travel Distanceand Velocity

PoliticalAspirations

Otherconstraints

Budget

Socialdemands

Regulation

Risk acceptance

criteria

Elements at risk

Vulnerability

Temporal Spatial

probability

Frequencyanalysis

Consequences

ValuesJudgement

R I S K M A N A G E M E N T

R I S K A S S E S S M E N T

H A Z A R D A N A L Y S I S

Monitor and Review

Risk mitigationControl options & Control plan

R I S K A N A L Y S I S

LANDSLIDE (DANGER)CHARACTERISATIONMechanics, Location

Volume,Travel Distanceand Velocity

PoliticalAspirations

Otherconstraints

Budget

Socialdemands

Regulation

Risk acceptance

criteria

Elements at risk

Vulnerability

Temporal Spatial

probability

Frequencyanalysis

Consequences

ValuesJudgement

R I S K M A N A G E M E N T

R I S K A S S E S S M E N T

H A Z A R D A N A L Y S I S

Monitor and Review

Risk mitigationControl options & Control plan

R I S K A N A L Y S I S

Fell et al., 2005

Hazard analysisconsists in theprediction of whatwill happen in thefuture (Hvor? Hvor ofte kan det skje og hvor stor kan det være?)

Susceptibility analysis consist in theassessment of whathas happened in thepast. (Hva kan skje? Og hvor?) (Spatial probability of failure)

Farekart

Aktsomhetskart

Aktsomhetskart (Landslide susceptibility map)

Et kart som viser områder hvor et skred potensielt kan forekomme (NVE, 2011, Guzzetti, 2006).


Metode som velges… avhenger:

Formål

Omfanget av studieområdet

Type skred

Målestokk (Nasjonal: (< 1:1 million); Regional/Liten:(1:100.000-1:500.000); Middel (1:25.000-1:50.000)

Tilgjengelige ressurser

Tilgjengelige data

Geomophologicalapproaches

Statistical methods

Empirical methods

Physically based models


Aktsomhetsanalyse for jordskred og flomskred i Norge

■ Aktsomhetskart (Regine enhet) (Universityof Wien-NGI-NVE)

■ Aktsomhetskart (målestokk 1:50.000) (NGU-Geotest-NVE)


Aktsomhetskart på vassdragsnivå Nord Norge, Vestlandet og

Østlandet Period: 2012-2014 University of Wien-NGI-NVE Generalized Additive Models

(GAM) (Hastie 1992) REGINE enhet, 1st order nedbørfelt■ Skredtype: Alle løsmasseskred■ Formål: forbedre terskelkart

(varsling)■ Publisert: xgeo.no (nve.no)■ Referanser: Bell et al., 2014; NGI,

2014

11


Explanatory variables: Quaternary map (1:250.000, NGU) gives information of various types and

subtypes of sediments, but also shows bare rock outcrops. Land cover (CORINE 2006, Norwegian Forest and Landscape Institute).

Details are limited to a minimum mapping unit of 25 ha. Average yearly rainfall (1961-1990, 1km x 1km, MET, www.senorge.no) Various water runoff variables (e.g. catchment runoff, total upstream area,

total upstream runoff, average runoff) (National catchment database, REGINE, NVE)

Various derivatives from the 15m x 15m digital elevation model (DEM) (e.g. slope and aspect) (NGI)

Categorical data: Proportion of each class calculated Continuous data: Mean, median, standard deviation or range

calculated Landslide inventory

Data

12


MethodStatistical approach of Generalized Additive Models (GAM) (Hastie 1992), a further development of logistic regression. ■ Considers non-linearities in the relationship between explanatory

and response variables■ Variables can be omitted, used linearly or with a smooth function■ 1:1 relationship of landslide and non-landslide points■ 50% of catchments = train sample, 50% of catchments = test

sample■ Combined backward and forward stepwise variable selection in R

based on AIC (Akaike’s Information Criterion, Akaike 1974) was applied to fit the susceptibility models.

■ Validation of the models using the AUROC criterion (between 0 and 1) (> 0.5 meaning no discrimination, the closer the value is to 1 the better thediscrimination of the model between areas with landslides and areas without landslides)

13


Results Method

Landslide susceptibility maps were classified into 4 classes (according to warning levels)

Classification thresholds based on proportion of landslides in each class Version 1: 70% (very high), 15% (high),

12% (moderate), 3% (low)

■ Good results proofed by high AUROC values ■ Nord Norge: 0.87 (train sample) and 0.84

(test sample)■ Østlandet: 0.88 (train sample) and 0.86

(test sample)■ Vestlandet: 0.91 (train sample) and 0.89

(test sample)

14


■ Hele Fastlands-Norge ■ Period: 2009-2014■ NGU-Geotest AG-NVE■ Basert på en empirisk og GIS-basert

modell FlowR (Horton et al., 2008; 2013) som ble utviklet av University ofLausanne. Metoden, ble tilpasset og videreutviklet for Norge. To trinn: utvelgelse av startsoner og utløpsmodellering.

■ Skretyper: Jordskred og små flomskred■ Formål: farekarlegging, arealplanning,

varsling■ Publisert: skrednett.no, NVE

atlas/skredatlas og xgeo.no (nve.no)■ Referanser: Fischer et al., 2012;

Fischer et al., 2014 (NGU rapport 2014.019)

Aktsomhetskart 1:50000


Data

■ Topografiske parameter beregnet fra digital høydemodell (DHM): 10x10m (N50/FKB)

■ Landsdekkende løsmassekart(N50/N250 NGU)

■ Geomorfologiske tegn på historisk skredaktivitet

Fisher et al., 2014 (NGU rapport 2014.019)


Metod■ Kontroll av kvaliteten på DHM■ Beregning av topografiske egenskaper:

■ Helningsvinkel og planarkurvatur i ArcGIS■ Vanntilførende området i River tools v3.0

■ Klassifisering av løsmassetyper■ Klasse 1: skredmateriale/skredavsetninger (mest sensitive)■ Klasse 2: øvrige løsmasser (morene, innsjø/marine

avsetninger/torv/myr/humus) (middels sensitive)■ Klasse 3: bart fjell (minst sensitiv)

■ Kartlegging av geomorfologiske tegn på historiske skredaktiviteter (flybilder analyser basert på Norge i 3D) og klassifisering ■ Klasse 1: mange synlige spor; Klasse 2: noen synlige

spor; Klasse 3= få eller ingen klare spor■ Modellering av potensielle kildeområder■ Utløpsmodellering

■ Retning og spredning (flow direction algoritme), persistens av utløpsretning, resulterende flytandel per retning, utløpslengde, modelleringsprosess

■ Feltarbeid og validering av modeller i testområder Fisher et al., 2014 (NGU rapport 2014.019)


Modellering av potensielle kildeområder■ Indeksbasert metode der grunnlaget er empirisk

definerte terskelverdier for tre topografiske egenskaper (hellingsvinkel, planarkurvatur og størrelse på det vanntilførende dreneringsområdet) beregnet fra digital høydemodell (DHM).

■ For hver topografisk egenskap (helning, planarkurvatur og størrelse på dreneringsområdet) blir det bestemt en terskelverdi for å skille ut de gridcellene som oppfyller alle kriteriene.

■ Gjennom GIS-analyse blir alle gridcellene som oppfyller terskelverdikravet for de tre egenskapene identifisert som startsoner. Selve terskelverdiene er tilpasset for forskjellige regioner i Norge, basert på topografiske, morfologiske og geologiske soneringsdata.



Terskel



Utløpsmodellering

■ Skredutløpet ble beregnet fra hver startsone ved hjelp av en ’multiple flowdirection’ modell (Flow-R; Horton et al., 2008), som tar hensyn til topografien langs utløpet.

■ Med en probabilistisk metode beregner modellen i hvilken retning skredet beveger seg. Siktevinkelen og en angitt kinetisk energibegrensning bestemmer skredets utløpsrekkevidde.

■ Modellparametrene er tilpasset ulike regioner i Norge basert på en et forenklet kart av best mulig tilgjengelige løsmassedata (Løsmasser N50/N250, NGU), og en sonering av landet mht tegn på tidligere skredaktivitet samt DHM-kvalitet.



Identifisere jordskredfare

■ Når? (Analyse av historiske skred og utløsende årsaker og etablering av teskelverdier)■ Vi analysere utløsende årsaker (regn, snøsmelting,

grunnvann), forutsi og følge hydrometeorologiske forhold som kan utløse skred;

■ Vi evaluerer jordskredfare for de nærmeste 3 dagene og varsler 66 til 6t på forhånd om potensielt farlige hydrologiske situasjoner som kan gi økt skredfare;

■ Vi angir farenivå (grønt, gult, oransje eller rødt) og ev. skredproblemer (utglidninger, jordskred, flomskred og sørpeskred) med råd og forholdsregler;

■ Vi gir løpende informasjon om situasjonen og forventet utvikling slik at situasjonen kan håndteres best mulig lokalt;

■ Vi publisere varsel i varsom.no


22

05.02.2015

Nedbør

Temperatur

Weather forecast

Weather forecast

Nedbør

interpolated 1x1 km2

grid in xgeo.no


Terskel: Based on hydro-meteorological thresholds (combination of relative water supply and the relative soil saturation degree), presented as index map “hydmet index”, temporal resolution 24h, spatial 1km x 1km resolution.


1. Generelt trygge forhold

2. Det ventes noen små jordskred og/eller sørpeskred. Enkelte store hendelser kan forekomme

3. Det ventes flere store og små jordskred og/eller sørpeskred.

4. Det ventes mange store og/eller sørpeskred.


Behov

Før sendes varsling: Hydrometeorologisk indeks: overestimert i noen området og

underestimert i andre■ Etter varslet ble sendt

■ Behov for et kart som viser hvilke strekning kan være mest utsatte innenfor den varslingsregionen


Hydrometeorologicalindex in use in the EWS(water supply and soilsaturation)22nd of May 2013 (from 7:00 am to 23rd ofMay at 7:00 am) Data from www.xgeo.no

Eksempel

Sendte varslene


Bruk av aktsomhetskart (vassdragsnivå) for å forbedre hydmet-indeks kart

Bell et al., 2014

27


Example of a new index combined with the susceptibility

Hydrometeorological index in use in the EWS(water supply and soilsaturation)22nd of May 2013 (from 7:00 am to 23rd of May at 7:00 am) Data from www.xgeo.no

New proposedhydrometeorological index(water supply and soil saturation+ landslide susceptibility map)(Example: Susceptibility 1 and matrix 1)22nd of May 2013(from 7:00 am to 23rd of May at 7:00 am)

28


Bruk av aktsomhetskart (1:50.000)

?

Bruk av aktsomhetskart (1:50.000)

22. Mai 2013: 3 skred

22. Mai 2013: 8 skred


Takk

• Bell R., Cepeda J., Devoli G. (2014). Landslide susceptibility modeling at catchment level for improvement of the landslide early warning system in Norway. Proceedings 3rd World Landslide Forum 3, 2-6 June 2014, Beijing.

• Fischer, L., Rubensdotter, L. og Stalsberg, K. (2014). Aktsomhetskart jord- og flomskred: Metodeutvikling og landsdekkende modellering. NGU rapport nr 2014.019

• Fischer, L., Rubensdotter, L., Stalsberg, K., Melchiorre, C., Horton, P., og Jaboyedoff, M. (2012). Debris flow modeling for susceptibility at regional to national scale in Norway. In Eberhardt et al. Landslides and Engineered Slopes: Protecting Society through Improved Understanding, p. 723-729.

• NGI (2014). Susceptibility map for debris flows, debris slides and soil slides in Western Norway. Technical note 20130802-01. Norges Geotekniske Institutt, Oslo, Norway

devoli et al 6 feb2015_esri

Technology

terielle skader p veg

knut stalsberg 4 jos

h aalbu nrk jordskred

16th november 2013 photo

flomskred frer hvert

finnes p www