Application of the SlideforMap model for the hydrological risk assessment in sustainably managed forests

Uporaba modela SlideforMAP za oceno tveganja v trajnostno gospodarjenih gozdovih. BIO.S.E.I.FOR.TE. (BIOdiversity and Ecosystem Services In FOREST and TErritory – Biotska raznovrstnost in ekosistemske storitve v gozdnati krajini) je projekt, financiran iz programa za razvoj podeželja Marche 2014/2020 – razpisni podukrep 16.1 Operacija A: Podpora pri ustanavljanju in delovanju operativnih skupin EIP,« - ukrep 2: »Financiranje operativnih skupin. Cilj operativne skupine BIOSEIFORTE je bil opredeliti in izboljšati glavne ekosistemske storitve na območju gore Monte Nerone (v pokrajini Pesaro e Urbino, regija Marche), ki se nahaja na severnem delu Umbria-Marches na Apeninskem polotoku kjer lokalne skupnosti in obiskovalci aktivno sodelujejo. Ekosistemske storitve, nanašajoče se na koristi, ki jih zagotavlja trajnostno gospodarjenje z obnovljivimi gozdnimi viri in gozdnim prostorom, na katere se osredotoča projekt, vključujejo zaščito biotske raznovrstnosti in hidrogeološka tveganja ter ohranjanje tradicionalnih proizvodov kot so les, mleko in meso. Projekt je vodil gozdarski konzorcij Monte Nerone, za znanstveno odličnost pa je bila zadolžena Katedra gozdnih sistemov na Oddelku za kmetijske, živilske in okoljske vede Politehnične univerze Marche (UNIVPM). Partnerstvo operativne skupine so sestavljali še Medit Silva Fundation, ki je delovala kot urednik in Impresa Verde Marche SLR s Federforste (italijansko združenje gozdnih skupnosti), ki sta skrbela za razširjanje rezultatov operativne skupine in zagotavljaja strokovno podporo lokalnim gozdnim skupnostim. Zemeljski plazovi ogrožajo naseljena območja po vsem svetu. V obdobju med leti 1994 in 2023 so med smrtnimi žrtvami vseh naravnih nesreč predstavljali vzrok za 17 % le teh. V obdobju med leti 2010 in 2019 je letna denarna škoda zaradi zemeljskih plazov v povprečju znašala približno 25 milijard ameriških dolarjev. Inštitut Swiss Re je v zadnjih petih letih zaznal znatno povečanje škode, povzročene s hidrološko pogojenimi naravnimi nesrečami, vključno z usadi. [1] [2] [3] Statistični podatki Avtorji: Žiga Lukančič, Matevž Triplat,Irene Fattoretto, Francesca Giannetti, Ilenia Murgia Splošne informacije o operativni skupini BIOSEIFORTE [1] Kjekstad O., Highland L. 2009. Economic and social impacts of landslides. V: Landslides – Disaster Risk Reduction, Sassa K., Canuti P. (ur.). Springer, Berlin, Heidelberg: 573–587. https://doi.org/10.1007/978-3-540-69970-5_30. [2] Munich RE: Relevant hydrological events worldwide 1980–2018. Münchener RückversicherungsGesellschaft, NatCatService. https://www.munichre.com/en/solutions/for-industry-clients/natcatservice.html (2. 7. 2020). [3] Swiss Re Institute. 2019. Natural catastrophes and man-made disasters in 2018: “secondary” perils on the frontline. Sigma, 2019, 2: 1–36. [4] Badoux A., Andres N., Techel F., Hegg C. 2016. Natural hazard fatalities in Switzerland from 1946 to 2015. Natural Hazards and Earth System Sciences, 16: 2747–2768. https://doi.org/10.5194/nhess-16-2747-2016. [5] Varnes D.J. 1978. Slope movement types and processes. Special Report, 176: 11–33. https://onlinepubs.trb.org/Onlinepubs/sr/sr176/176-002.pdf (28. 2. 2025) V alpskih predelih Švice je med leti 1946 in 2015 zaradi zemeljskih plazov umrlo 74 ljudi. V gorskih območjih so usadi, ki jih sprožijo krajše, izjemno močne padavine, med najnevarnejšimi in najpomembnejšimi pobočnimi premiki. [4] [5] Usadi, ki jih povzroči večja količina dežja, predstavljajo nevarnost za naravno okolje, poseljena območja in infrastrukturo. Ena izmed pričakovanih posledic podnebnih sprememb so vse pogostejše in intenzivnejše padavine, ki prispevajo k proženju usadov. To je razlog za opredelitev strategij za omilitev posledic da bi zaščitili naravno okolje, poseljena območja in infrastrukturo. Z razvojem zanesljivih modelov stabilnosti pobočij želimo prepoznati območja, ki so najdovzetnejša za zemljinske plazove in optimizirati varovalno in zaščitno funkcijo gozdov z opredelitvijo njihovega primernega upravljanja. Eden izmed modelov stabilnosti pobočij je verjetnostni model SlideforMAP, ki v svojih izračunih upošteva okrepitev korenin in se na regionalni ravni uporablja za modeliranje proženja usadov. [6] [7] Povzetek Uvod Usadi ogrožajo življenja ljudi in infrastrukturo; zato so modeli stabilnosti pobočij pomembni. So dragocena orodja za proučevanje ukrepov za blaženje katastrofalnih posledic usadov. Primer takega orodja je verjetnostni model SlideforMAP. [8] SlideforMAP pripomore k prepoznavanju gozdnogojitvenih ukrepov, ki poudarjajo varovalno in zaščitno funkcijo gozda. To pomaga pri določanju natančnejših gozdnogospodarskih ukrepov za zmanjšanje verjetnosti proženja usadov.[9] Ker usadi predstavljajo nevarnost za infrastrukturo in poseljena območja ter življenja ljudi, so bili razviti verjetnostni modeli stabilnosti pobočij. Eden izmed njih je SlideforMAP, ki omogoča regionalno oceno verjetnosti usadov ob upoštevanju različnih scenarijev pokritosti z gozdom, gospodarjenja z gozdom in intenzivnosti padavin. SlideforMAP z uporabo verjetnostnega pristopa ustvarja hipotetične zemljinske plazove in za vsakega z izračunom preveri stabilnost na podlagi hidro mehanskih parametrov. Za vsak hipotetični zemljinski plaz potrebuje model podatke o vhodnih parametrih, kot so relief, značilnosti tal, struktura in sestava gozda ter podatki o padavinskem dogodku, ki se ga simulira. Na podlagi teh podatkov model Izračuna faktor varnosti in nato indeks verjetnosti zemljinskega plazu. Umerjanje modela SlideforMAP je bilo opravljeno na treh različnih območjih v Švici. Študija je pokazala, da je mogoče s pristopom, uporabljenim v SlideforMAP, reproducirati opaženo pojavljanje usadov na ravni porečja. [10] Potreba po uporabi modelov stabilnosti pobočij se je izkazala v različnih okoliščinah, na primer pri izdelavi zemljevidov nevarnosti usadov ter njihovi količinski opredelitvi in pogostosti pojavljanja. [[6] Murgia I., Giadrossich F., Mao Z., Cohen D., Capra G.F., Schwarz M. 2022. Modeling shallow landslides and root reinforcement: A review. Ecological Engineering, 2022, 181: 106671. https://doi.org/10.1016/j.ecoleng.2022.106671. [7] Murgia I. 2022. The role of forests in soil protection: root reinforcement and slope stability evaluation at different analysis scales. PhD Thesis. University of Sassari, Department of Architecture, Design and Urban Planning: IX. https://hdl.handle.net/20.500.14242/87876 (28. 2.2025). [8] Murgia I., Giadrossich F., Mao Z., Cohen D., Capra G.F., Schwarz M. 2022. Modeling shallow landslides and root reinforcement: A review. Ecological Engineering, 2022, 181: 106671. https://doi.org/10.1016/j.ecoleng.2022.106671. [9] Murgia I., Giadrossich F., Mao Z., Cohen D., Capra G.F., Schwarz M. 2022. Modeling shallow landslides and root reinforcement: A review. Ecological Engineering, 2022, 181: 106671. https://doi.org/10.1016/j.ecoleng.2022.106671. [10] van Zadelhoff F.B., Albaba A., Cohen D., Phillips C., Schaefli B., Dorren L., Schwarz M. 2022. Introducing SlideforMAP: a probabilistic finite slope approach for modelling shallow-landslide probability in forested situations. Natural Hazards and Earth System Sciences, 22: 2611–2635. https://doi.org/10.5194/nhess-22-2611-2022. Verjetnostni model SlideforMAP ustvari 2D rastrski podatkovni model verjetnosti proženja usadov z generiranjem velikega števila hipotetičnih zemljinskih plazov na vnaprej določenem območju zanimanja. Hipotetični zemljinski plazovi, ki jih generira model SlideforMAP, so eliptične oblike in jih označuje 21 verjetnostnih in determinističnih parametrov. Na podlagi teh 21 parametrov model izračuna stabilnost hipotetičnega zemljinskega plazu. Verjetnostni parametri, ki označujejo hipotetični zemljinski plaz, so: hipotetična lokacija plazu, hipotetična površina zemljinskega plazu, kohezija tal hipotetičnega zemljinskega plazu, kot notranjega trenja, parametri globine tal. Deterministični parametri vključujejo: več parametrov vegetacije, hidrološke parametre tal. Ti zemljevidi zahtevajo stalno posodabljanje, zlasti v primeru krajinskih sprememb, ki jih povzroča človek s svojo dejavnostjo (gradnja infrastrukture, rudarjenje itd.).[11] Verjetnostni model proženja usadov SlideforMAP je zasnovan za regionalno raven – za zagotovitev široke uporabnosti ga je potrebno uporabljati na območjih velikosti od 1 do 1000 km2.[12] Verjetnostni model SlideforMAP [11] Silva-Protect Project. 2016.Silva-Protect Project in Switzerland https://www.bafu.admin.ch/bafu/de/home/themen/naturgefahren/fachinformationen/naturgefahrensituation-undraumnutzung/gefahrengrundlagen/silvaprotect-ch.html (22. 2. 2022) [12] van Zadelhoff F.B., Albaba A., Cohen D., Phillips C., Schaefli B., Dorren L., Schwarz M. 2022. Introducing SlideforMAP: a probabilistic finite slope approach for modelling shallow-landslide probability in forested situations. Natural Hazards and Earth System Sciences, 22: 2611–2635. https://doi.org/10.5194/nhess-22-2611-2022. [13] van Zadelhoff F.B., Albaba A., Cohen D., Phillips C., Schaefli B., Dorren L., Schwarz M. 2022. Introducing SlideforMAP: a probabilistic finite slope approach for modelling shallow-landslide probability in forested situations. Natural Hazards and Earth System Sciences, 22: 2611–2635. https://doi.org/10.5194/nhess-22-2611-2022. [14] van Zadelhoff F.B., Albaba A., Cohen D., Phillips C., Schaefli B., Dorren L., Schwarz M. 2022. Introducing SlideforMAP: a probabilistic finite slope approach for modelling shallow-landslide probability in forested situations. Natural Hazards and Earth System Sciences, 22: 2611–2635. https://doi.org/10.5194/nhess-22-2611-2022. [15] Day R.W. 1997. State of the art: Limit equilibrium and finite-element analysis of slopes. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, 123: 894. https://doi.org/10.1061/(ASCE)1090-0241(1997)123:9(894). Slika 1: Računski koraki modela SlideforMAP.[13] Graf na sliki 1 predstavlja računske korake, ki jih uporablja model SlideforMAP. Rezultat modela SlideforMAP je verjetnost pojava usada za vsako rastrsko celico. Za vsak hipotetični zemljinski plaz se izračuna varnostni faktor (ocena stabilnosti hipotetičnega plazu). Pri tej metodi velja, da če je varnostni faktor večji od 1,0 se domneva, da je hipotetični zemljinski plaz stabilen. Varnostni faktor je razmerje med silami, ki stabilizirajo in silami, ki stabilizirajo pobočje. [14] [15] [16] van Zadelhoff F.B., Albaba A., Cohen D., Phillips C., Schaefli B., Dorren L., Schwarz M. 2022. Introducing SlideforMAP: a probabilistic finite slope approach for modelling shallow-landslide probability in forested situations. Natural Hazards and Earth System Sciences, 22: 2611–2635. https://doi.org/10.5194/nhess-22-2611-2022. [17] Murgia I., Giadrossich F., Mao Z., Cohen D., Capra G.F., Schwarz M. 2022. Modeling shallow landslides and root reinforcement: A review. Ecological Engineering, 2022, 181: 106671. https://doi.org/10.1016/j.ecoleng.2022.106671. Preglednica 1: Parametri modela SlideforMAP Masa, stranska okrepitev korenin in osnovna okrepitev korenin so lastnosti vegetacije, vključene v model SlideforMAP. Kot vegetacijo model upošteva le drevesa, ne pa tudi grmovja, trave in druge vegetacije. [16] SlideforMAP izdela podatke o okrepitvi bazalnih in stranskih korenin na raziskovanem območju, kar nam omogoča da se osredotočimo na blažilni učinek gozda.[17] V preglednici 1 so predstavljeni vsi parametri, ki jih zahteva model SlideforMAP. Prvi stolpec vsebuje oznako, drugi opis, tretji privzeto vrednost, četrti enoto, peti vir in šesti območje parametra (globalno ali pa specifično za to raziskavo v Švici (CH)). [18] van Zadelhoff F.B., Albaba A., Cohen D., Phillips C., Schaefli B., Dorren L., Schwarz M. 2022. Introducing SlideforMAP: a probabilistic finite slope approach for modelling shallow-landslide probability in forested situations. Natural Hazards and Earth System Sciences, 22: 2611–2635. https://doi.org/10.5194/nhess-22-2611-2022. [19] van Zadelhoff F.B., Albaba A., Cohen D., Phillips C., Schaefli B., Dorren L., Schwarz M. 2022. Introducing SlideforMAP: a probabilistic finite slope approach for modelling shallow-landslide probability in forested situations. Natural Hazards and Earth System Sciences, 22: 2611–2635. https://doi.org/10.5194/nhess-22-2611-2022. [20] Swisstopo: Switzerland forest cover map. https://www.swisstopo.admin.ch/de/geodata/landscape/tlm3d.html (29. 9. 2015). [21] Swisstopo: SwissALTI3D Das hoch auf-gelöste Terrainmodell der Schweiz, LIDAR based Digital Terrain Model, Bundesamt für Landestopografie swisstopo, Wabern, 2018. Model SlideforMAP izračuna verjetnost proženja usada v vsaki rastrski celici. Verjetnost proženja usada se izračuna kot razmerje med številom nestabilnih hipotetičnih zemljinskih plazov na rastrsko celico in vsemi hipotetičnimi zemljinskimi plazovi na rastrsko celico. [18] Raziskovalna območja SlideforMAP je bil preizkušen na treh študijskih območjih v Švici. Območja so bila izbrana na podlagi razpoložljivih podatkov o nadmorski višini in dokumentaciji preteklih usadov. Slika 2: Območja študije z zabeleženimi usadi in pokritostjo z gozdom. [20] [21] Študija primera je bila opravljena tudi v Italiji. Območje študije se je nahajalo v osrednjih Apeninih, v severnem delu pokrajine Marche. Tam je gora Nerone s 1525 metri nadmorske višine ena najvišjih. Študijsko območje je obsegalo približno 5600 hektarjev in spada v povodje reke Metauro. Območja študije so bila različno velika in so se nahajala na različnih lokacijah za preizkus robustnosti in splošne uporabnosti modela SlideforMAP. Na sliki 2 so lokacije vseh treh študijskih območij v Švici. Modre pike predstavljajo zabeležene usade med leti 1997 in 2012. Študije primerov so dobile imena po bližnjih vaseh: Trub, St. Antönien in Eriz. Zelena barva oznčuje območje, prekrito z gozdom.[19] Učinek vegetacije se je jasno pokazal v treh simulacijskih scenarijih z 200 letno povratno dobo. Izračunani so bili trije scenariji. Prvi je brez vegetacije (200RP ), drugi z vegetacijo, kot je bila leta 1954 (200RP ) in tretji, z vegetacijo kot je bila leta 2021 (200RP ). 0 54 21 [22] Murgia I., Vitali A., Giadrossich F., Tonelli E., Baglioni L., Cohen D., Schwarz M., Urbinati C. 2024. Effects of land cover changes on shallow landslide susceptibility using SlideforMAP software (Mt. Nerone, Italy). Land, 2024, 13 (10): 1575 https://doi.org/10.3390/land13101575. [23] van Zadelhoff F.B., Albaba A., Cohen D., Phillips C., Schaefli B., Dorren L., Schwarz M. 2022. Introducing SlideforMAP: a probabilistic finite slope approach for modelling shallow-landslide probability in forested situations. Natural Hazards and Earth System Sciences, 22: 2611–2635. https://doi.org/10.5194/nhess-22-2611-2022. Primerjava scenarijev 200RP , 200RP in 200RP je pokazala učinek vegetacije. Stabilnost tal je bila manjša pri 200RP (29,1 % površine) v primerjavi z 200RP (68,2 % površine). 0 54 21 0 54 Slika 3: Študijsko območje v Italiji. [22] Model SlideforMAP za izračun pojavljanja zemljinskih plazov potrebuje nekaj podatkov. To so digitalni model površja, digitalni model višin, povprečna globina tal, standardni odklon debeline tal, povprečna kohezija tal, standardni odklon kohezije tal, povprečni kot notranjega trenja, standardni odklon kota notranjega trenja in popis plazov. Ni nujno, da za preučevano območje obstaja popis plazov (če obstaja, je bolje), vendar mora biti popis plazov reprezentativen za območje študije in mora vsebovati vsaj podatke o globini tal in površini plazov.[23] Vhodni podatki za model SlideforMAP Stabilnost tal je bila pri modelu 200RP (89,7 % površine) večja kot pri 200RP . 21 54 [22] FOREST4EU Project FOREST4EU Project [email protected] Contacts Further information forest4eu.eu Funded by the European Union (Grant n. 101086216). Views and opinions expressed are however those of the authors only and do not necessarily reflect those of the European Union or REA. Neither the European Union nor the granting authority can be held responsible for them. partners: Information from Operational Group’s database [email protected] [email protected] Eden izmed možnih prihodnjih ciljev je izboljšanje modula vegetacije z vključitvijo različnih drevesnih vrst v parametrizacijo ojačitve stranskih korenin. Validacija analize modela SlideforMAP bi se lahko izvedla na študijskih območjih z večjim popisom usadov. Predstavljen je SlideforMAP, verjetnostni model za oceno verjetnosti proženja usadov. Razlog za razvoj modela je podrobna vključitev vpliva okrepitve korenin. Uporaba je prikazana na treh študijah primerov iz Švice na srednji nadmorski višini, kjer so dokumentirani pretekli zemljinski plazovi. Analiza parametrov je pokazala, da so v preučevanih gorskih regijah ključni parametri pri napovedovanju stabilnosti pobočij globina, kohezija in transmisivnost tal ter intenzivnost padavin. Osredotočeni smo bili na oceno sposobnosti modela proučiti različne scenarije razporeditve vegetacije. Primerjava različnih scenarijev glede na vrsto vegetacije je pokazala, da so izhodni podatki modela občutljivi na prostorsko razporeditev vegetacije.[24] Zaključki [24] van Zadelhoff F.B., Albaba A., Cohen D., Phillips C., Schaefli B., Dorren L., Schwarz M. 2022. Introducing SlideforMAP: a probabilistic finite slope approach for modelling shallow-landslide probability in forested situations. Natural Hazards and Earth System Sciences, 22: 2611–2635. https://doi.org/10.5194/nhess-22-2611-2022.