تعیین آستانه شدت-مدت بارندگی به‌منظور پیش‌بینی زمین‌لغزش‌های کم‌عمق در حوضه آبریز رودخانه‌های تجن و نکارود (شرق مازندران)

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد زمین­شناسی مهندسی دانشگاه تربیت مدرس

2 استادیار گروه زمین شناسی دانشگاه تربیت مدرس

3 دانشجوی کارشناسی ارشد زمین­شناسی مهندسی، دانشگاه تربیت مدرس

چکیده

زمین‌لغزش‌های تحریک‌شده توسط بارندگی همه‌ساله موجب تحمیل خسارات جانی و مالی فراوان در سراسر دنیا می‌گردد. عامل اصلی تحریک زمین‌لغزش‌های کم‌عمق و جریان‌های واریزه‌ای در شرق مازندران نیز رخداد‌های بارندگی است. این پژوهش به بررسی زمین‌لغزش‌های تحریک‌شده توسط رخداد‌های بارندگی که در حوزه آبریز رودخانه‌های تجن و نکارود روی ‌داده‌اند می‌پردازد. 23 رخداد ثبت‌شده بارندگی در دوره 6 ماهه دوم سال 1391 در شرق مازندران رخ داده‌اند. 15 رخداد از 23 رخداد بارندگی مورد پژوهش که از نوع کوتاه یا میان‌‌مدت است، موجب بروز ده‌ها زمین‌لغزش شده‌اند. شدت و مدت رخدادهای بارندگی محرک زمین‌لغزش‌های کم‌عمق و جریان‌های واریزه‌ای در نموداری تمام‌لگاریتمی رسم گردیدند. سپس آستانه شدت-مدت بارندگی برای لغزش‌هایی که در اثر بارندگی تحریک شده‌اند به دست آمد. این آستانه با استفاده از روش آماری رگرسیون چندک، به‌وسیله خط رگرسیون صدک پنجم به مرز پایینی داده بارندگی‌های محرک لغزش برازش شده و به‌صورت I=0.51×D-0.60بیان می‌شود که I شدت بارندگی برحسب میلی‌متر بر ساعت و D مدت بارندگی برحسب ساعت است. همچنین آستانه به‌دست‌آمده با آستانه‌های جهانی موجود مقایسه گردید و مشاهده شد که این آستانه، رویداد لغزش‌های با شدت میانگین بارندگی کمتری را پیش‌بینی می‌کند. از بین رخدادهای بارندگی مورد پژوهش، رخدادهای بارندگی کوتاه‌مدت با شدت بیشتر نسبت به رخداد‌های بارندگی طولانی‌تر که شدت کمی دارند سبب تحریک زمین‌لغزش‌های بیشتری شده‌اند. این پدیده احتمالاً به دلیل زهکشی بالا در توده خاک کم‌عمق و نیز خردشدگی سنگ‌بستر مارنی و مارن آهکی است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Defining the rainfall intensity–duration threshold to determine the initiation of shallow landslides in Tajan and Nekaroud rivers catchments (eastern Mazandaran province)

نویسندگان [English]

  • Mostafa Mohamadi Vavsari 1
  • Gholamreza Shoaei 2
  • Farhad Shajhidi 3
1 M.Sc. Student of Engineering Geology, Faculty of Basic Sciences, Tarbiat Modares University
2 Assistant Prof. of enginnering geology, Geology group, Tarbiat Modaress University
3 MSc. Student of Engineering Geology, Faculty of Basic Sciences, Tarbiat Modares University
چکیده [English]

Rainfall induced landslides result in economical losses and casualties all over the world anualy. The main triggering factor of shallow landslides and debris flows in the rainy Province of Mazandaran (northern Iran) is the rainfall events. This study investigates the landslides triggered by rainfall throughout the watersheds of Tajan and Nekarud rivers. Twenty three recorded rain events occurred during the October 2012 to March 2013 in the eastern Mazandaran. Out of the 23 rainfall events during this 6-month period, 15 short to middle rainfall resulted in slope failures. Intensity-duration (I-D) of the rainfall events which induced landslides and debris flows were plotted in logarithmic scale. The threshold of I-D was determined for those rainfall events that induced landslides. This threshold is acquired by statistical analysis of quantile regression via plotting fifth percentile regression line to the lower bound of data of rainfall events that inducing landslides. The 5th percentile equation of the regression line is defined as I=0.51×D-0.60, where I is the intensity (mm/h) and D is the duration (h). Comparing this threshold with the global thresholds obtained through other researches indicates a lower local threshold in this area. The results shows that the rainfall events with shorter duration and higher intensity caused more landslides compare to those with longer duration and thus lower intensity. This might be due to the high drainage potential of the soil mass, and the highly fractured bedrock of marl and marly limestone.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Landslide prediction
  • Rainfall threshold
  • Mazandaran Province

احمدیان، س.ح.، صفایی، م.، سلامی، ا.، نوروزی، ش.، مهدیان، ح.، 1388. بررسی نقش لیتولوژی در بروز زمین‌لغزش‌های مهم جاده کیاسر (مطالعه موردی لغزش‌های مهم جاده کیاسر در جنوب شهرستان ساری). پنجمین همایش ملی علوم و مهندسی آبخیزداری ایران.

اداره کل هواشناسی استان مازندران، 1392. اداره پیش‌بینی.

اداره کل هواشناسی استان مازندران، 1392. دفاتر گزارش ماهیانه ایستگاه‌های سینوپتیک ساری، دشت‌ناز، گلوگاه، کیاسر و پل‌سفید.

پژوهشگاه بین­المللی زلزله‌شناسی و مهندسی زلزله، 1393. جستجوی زمین‌لرزه‌های ایران.

http://www.iiees.ac.ir/iiees/EQsearch/(S(ozuvmtvcpm1jc1oiumzr05ma))/EventQuery.aspx

سازمان زمین‌شناسی و اکتشافات معدنی کشور. نقشه زمین‌شناسی 100000/1، چهارگوش‌های ساری، بهشهر، کیاسر و پل‌سفید.

شرکت مدیریت منابع آب ایران، 1392. آمار بارندگی ایستگاه‌های باران‌سنجی مبنای وزارت نیرو.

http://wrs.wrm.ir/m3/istgah_baranlist.asp?RecPerPage=ALL

شریعت‌جعفری،م.، 1390. برنامه راهبردی رانش زمین درکشور. مجموعه مقالات هفتمین همایش انجمن زمین‌شناسی مهندسی و محیط‌زیست ایران.

محمدی واوسری، م.، شعاعی، غ.، شهیدی، ف.، 1392. نگرشی بر ارتباط بین شروع زمین‌لغزش‌های کم‌عمق و الگوی بارندگی در حوضه آبریز رودخانه‌های تجن و نکارود (شرق مازندران). هشتمین همایش انجمن زمین‌شناسی مهندسی و محیط‌زیست ایران، ص 2016-2022.

مروی‌ مهاجر، م.، 1384. جنگل‌شناسی و پرورش جنگل. انتشارات دانشگاه تهران.

ناجی، س.، حافظی‌مقدس، ن.، 1384. لغزش‌های تحریک جاده‌ای در محور ساری- کیاسر. چهارمین همایش انجمن زمین‌شناسی مهندسی و محیط‌زیست ایران.

Aleotti, P., 2004. A warning system for rainfall-induced shallow failures. Engineering Geology,73(3-4):247-265.

Alfieri, L., Salamon, P., Pappenberger, F., Wetterhall, F., Thielen, J., 2012. Operational early warning systems for water-related hazards in Europe. Environmental Science & Policy, 21: 35-49.

Baum, R.L., Godt, J.W., 2010. Early warning of rainfall-induced shallow landslides and debris flows in the USA. Landslides, 7(3): 259-272.

Bonnard, Ch., Noverraz, F., 2001. Influence of climate change on large landslides: assessment of long term movements and trends. Proc. of the Int. Con. on Landslides: causes impact and countermeasures, Gluckauf, Essen, Davos, pp. 121-138.

Caine, N., 1980. The Rainfall Intensity-Duration Control of Shallow Landslides and Debris Flows. Physical Geography, 62(1-2): 23-27.

Campbell, R.H., 1975. Soil slip, debris flows, and rainstorms in the Santa Monica Mountains and vicinity, southern California, U.S. Geological Survey Professional Paper 851, 51 p.

Cancelli, A., Nova, R., 1985. Landslides in soil debris cover triggered by rainstorm in Valtellina (Central Alps, Italy). Proceeding of the IV International Conference on Landslides, Tokyo, 1: 267-272.

Cannon, S.H., Ellen, S.D., 1985. Rainfall conditions for abundant debris avalanches, San Francisco Bay region, California. California Geology, 38(12): 267-272.

Cannon, S.H., Gartner, J.E., 2005. Wildfire-related debris flow from a hazards perspective. In: Jakob, M., Hungr, O., (Eds), Debris flow hazards and related phenomena, Berlin Heidelberg, Springer, pp. 363-385.

Cannon, S.G., Gartner, J.E., Wilson, R.C., Bowers, J.C., Laber, J.L., 2008. Storm rainfall conditions for floods and debris flows from recently burned areas in southwestern Colorado and southern California. Geomorphology, 96(3-4): 250-269.

Chen, H., Lee, C.F., 2004. Geohazards of slope mass movement and its prevention in Hong Kong. Engineering Geology, 76(1-2): 3-25.

Clarizia, M., Gulla, G., Sorbino, G. 1996. Sui meccanismi di innesco dei soil slip. Proceeding of the International Conference on Prevention of Hydrogeological Hazards: The Role of Scientific Research (Luino F, ed), 1: 585-597.

Crosta, G.B., 1998. Regionalization of rainfall thresholds: an aid to landslide hazard evaluation. Environmental Geology, 35(2-3): 131-145.

Crosta, G.B., Frattini, P., 2001. Rainfall thresholds for triggering soil slips and debris flow. Proceeding of 2nd EGS Plinius Conference on Mediterranean Storms (Mugnai A, Guzzetti F, Roth G, eds). Siena, 463-487.

Crosta, G.B., Frattini, P., 2008. Rainfall-induced landslides and debris flows. Hydrological Processes, 22(4): 473-477.

Crozier, M.J., 1999. Prediction of rainfall-triggered landslides: a test of the Antecedent Water Status Model. Earth Surface Processes and Landforms, 24(9): 825-833.

Dahal, R.K., Hasegawa, S., 2008. Representative rainfall thresholds for landslides in the Nepal Himalaya. Geomorphology, 100(3-4): 429-443.

Duc, D.M., 2013. Rainfall-triggered large landslides on 15 December 2005 in Van Canh District, Binh Dinh Province, Vietnam. Landslides, 10(2): 219-230.

Engel, Z., Česák, J., Escobar, V.R., 2011. Rainfall-related debris flows in Carhuacocha Valley, Cordillera Huayhuash, Peru. Landslides, 8(3): 269-278.

Godt, J.W., Baum, R.L., Chleborad, A.F. 2006. Rainfall characteristics for shallow landsliding in Seattle, Washington, USA. Earth Surface Processes and Landforms, 31(1): 97-110.

Guzzetti, F., Crosta, G.B., Marchetti, M., Reichenbach, P., 1992. Debris flows triggered by the July, 17-19, 1987 storm in the Valtellina Area (Northern Italy). Proceeding of the VII International Congress Interpraevent, Bern, 2: 193-204.

Guzzetti, F., Peruccacci, S., Rossi, M., Stark, C.P., 2007. Rainfall thresholds for the initiation of landslides in central and southern europe. Meteorology and Atmospheric Physics, 98(3-4): 239-267.

Guzzetti, F., Peruccacci, S., Rossi, M., Stark, C.P., 2008. The rainfall intensity–duration control of shallow landslides and debris flows: an update. Landslides 5(1): 3-17.

Hong, Y., Hiura, H., Shino, K., Sassa, K., Suemine, A., Fukuoka, H., Wang, G., 2005. The influence of intense rainfall on the activity of large-scale crystalline schist landslides in Shikoku Island, Japan. Landslides, 2(2): 97-105.

Hosseini, S., Hosseini, S.A., 2011. Evaluation rainfall factor in the occurrence of landslide margin of the forest Road (Case Study: Watershed of Pahne kolla). Technical Journal of Engineering and Applied Sciences, 1(3): 67-72.

Ibsen, M.L., Casagli, N., 2004. Rainfall patterns and related landslide incidence in the Porretta-Vergato region, Italy. Landslides, 1(2): 143-150.

Innes, J.L., 1983. Debris flows. Progress in Physical Geography, 7(4): 469-501.

Jakob, M., Weatherly, H., 2003. A hydroclimatic threshold for landslide initiation on the North Shore Mountains of Vancouver, British Columbia. Geomorphology, 54(3-4): 137-156.

Jibson, R.W., 1989. Debris flow in southern Porto Rico. Geological Society of America, special paper 236: 29-55.

Kay, J.N., Chen, T., 1995. Rainfall-landslide relationship for Hong Kong. Geotechnical Engineering, Proceedings of Institute of Civil Engineer, 113: 117-118.

Köppen, J.M., 1931. Grundriss der Klimakunde. Walter de Grayter, Berlin, pp. 388

Kottek, M., Grieser, J., Beck, C., Rudolf, B., Rubel, F., 2006. World Map of the Köppen-Geiger climate classification updated. Meteorologische Zeitschrift, 15(3): 259-263.

Larsen, M.C., Simon, A., 1993. A rainfall intensity-duration threshold for landslides in a humid-tropical envirinment, puerto rico. Geografiska Annaler. Series A, Physical Geography, 75(1-2): 13-23.

Martelloni, G., Segoni, S., Fanti, R., Catani, F., 2012. Rainfall thresholds for the forecasting of landslide occurrence at regional scale. Landslides, 9(4): 485-495.

Montgomery, D.R., Schmidt, K.M., Greenberg, H.M., 2000. Forest clearing and regional landsliding. Geology, 28(4): 311-314.

Osanai, N., Shimizu, T., Kuramoto, K., Kojima, S., Noro, T., 2010. Japanese early-warning for debris flows and slope failures using rainfall indices with Radial Basis Function Network. Landslides, 7(3): 325-338

Petley, David., 2011. Geomorphological Hazards and Disaster Prevention, Mexico City: Cambridge University Press. Chapter 6. 63-74 p.

Pun. W.K., Wong, A.C.W., Pang, P.L.R., 1999. Review of landslip warning criteria. Special Project Report, SPR 4/99, Geotechnical Engineering Office, the Government of the Hong Kong Special Administrative Region.

Saito, H., Daichi, N., Matsuyama, H., 2010. Relationship between the initiation of a shallow landslide and rainfall intensity-duration thresholds in Japan. Geomorphology, 118(1-2): 167-175.

Sidle, R.C., Ochiai, H., 2006. Landslides processes, prediction and land use. Washington. DC: American Geophysical Union. 312 p.

Staley, D.M., Kean, J.W., Cannon, S.H., Schmidt, K.M., Laber, J.L., 2013. Objective definition of rainfall intensity-duration thresholds for the initiation of post-fire debris flows in southern California. Landslides, 10(5): 547-562.

Tiranti, D., Rabuffetti, D., 2010. Estimation of rainfall thresholds triggering shallow landslides for an operational warning system implementation. Landslides, 7(4): 471-481.

UNISDR (United Nations International Strategy for Disaster Reduction), 2009. Terminology, Available at: http://www.unisdr.org/files/7817_UNISDRTerminologyEnglish.pdf

White, I.D., Mottershead, D.N., Harrison, J.J., 1996. Environmental Systems. London: 2nd Edition, 616 p.

Wieczorek, G.F., 1987. Effect of rainfall intensity and duration on debris flows in central Santa Cruz Mountains, California. In: Costa, Wieczorek, (Eds.), Debris Flows/Avalanches: Processes, Recognition and Mitigation. Reviews in Engineering Geology, vol. 7. Geological Society of America, pp. 23-104.