Mô hình hóa các vùng nguy cơ sạt lở đá dựa trên GIS ven biển Vùng Vịnh Aqaba, Ai Cập

Springer Science and Business Media LLC - Tập 14 - Trang 691-709 - 2021
Adel Omran1,2, Kanij Fahmida3, Dietrich Schröder3, Mohamed O. Arnous4, Ahmed E. El-Rayes4, Volker Hochschild1
1Department of Geography, Tübingen University, Tübingen, Germany
2Department of Science and Mathematical Engineering, Faculty of Petroleum and Mining Engineering, Suez University, Suez, Egypt
3Department of Geomatics, Faculty of Geomatics, Computer Science and Mathematics, Hochschule für Technik Stuttgart, Stuttgart, Germany
4Department of Geology, Faculty of Science, Suez Canal University, Ismailia, Egypt

Tóm tắt

Sạt lở đá là một mối nguy tự nhiên ở các khu vực miền núi không thể bị coi nhẹ. Các hoạt động khối lượng khác nhau của đá có thể gây ra thiệt hại kinh tế đáng kể. Việc đánh giá định tính các vùng có tiềm năng cao về sạt lở đá là bước đầu tiên để thực hiện các chiến lược giảm thiểu. Ngày nay, Hệ thống Thông tin Địa lý (GIS) là công cụ hiện đại hàng đầu cho việc xác định nhanh chóng và kinh tế các vùng nguy cơ tiềm ẩn, thay vì sử dụng các bản đồ truyền thống với dữ liệu thực địa. Nghiên cứu hiện tại chủ yếu tập trung vào việc thiết kế và triển khai các công cụ thân thiện với người sử dụng để xác định các vùng nguy cơ sạt lở đá (RHZ). Mô hình được xây dựng xem xét các yếu tố kích thích như độ dốc, hướng dốc, độ cao, loại đá, đường kiến trúc, cường độ mưa và độ sâu tiêu điểm hoạt động địa chấn của một vùng ven biển miền núi (Vịnh Aqaba, Ai Cập). Các tham số hình thái địa lý được chiết xuất dựa trên Mô hình Độ cao Kỹ thuật số TanDEM-X có độ phân giải cao. Landsat ETM+ 7 nâng cao được sử dụng để tạo ra các tham số về loại đá và đường kiến trúc, trong khi dữ liệu mưa được thu thập từ công cụ dự án NASA. Mô hình phân vùng được triển khai thông qua ModelBuilder của ESRI’s ArcGIS Pro. Hình ảnh orthophoto từ Google Earth Pro so sánh với bản đồ phân vùng nguy cơ sạt lở đá được tạo ra cho thấy RHZ tiềm năng với độ tin cậy cao. Kết quả đạt được cho thấy 15% diện tích nghiên cứu đủ tiêu chuẩn là vùng nguy cơ sạt lở đá cao. Do các RHZ do mô hình tạo ra phụ thuộc vào dữ liệu đầu vào và các điểm số và trọng số được chọn, việc thu thập dữ liệu thực địa là điều thiết yếu để có được kết quả đáng tin cậy. Cuối cùng, nghiên cứu này khuyến nghị áp dụng mô hình RHZ đã xây dựng lên các địa hình tương tự trên khắp thế giới để hỗ trợ các nhà ra quyết định trong các dự án phát triển bền vững.

Từ khóa

#sạt lở đá #vùng nguy cơ #GIS #Vịnh Aqaba #Ai Cập #mô hình hóa #công nghệ thông tin địa lý

Tài liệu tham khảo

Al-Mashreki MH, Akhir JBM, Rahim SA, Desa KM, Lihan T, Haider AR (2011) GIS-based sensitivity analysis of multi-criteria weights for land suitability evalua-tion of sorghum crop in the Ibb Governorate, Republic of Yemen. J Basic Appl Sci Res 1(9):1102–1111 Archer GEB, Saltelli A, Sobol IM (1997) Sensitivity measures, ANOVA-like techniques and the use of bootstrap. J Stat Comput Simul 58(2):99–120 Arnous MO (2011) Integrated remote sensing and GIS techniques for landslide hazard zonation: a case study Wadi Watier area, South Sinai, Egypt. J Coast Conserv 15(4):477–497. https://doi.org/10.1007/s11852-010-0137-9 Arnous MO, Green DR (2011) GIS and remote sensing as tools for conducting geo-hazards risk assessment along Gulf of Aqaba coastal zone, Egypt. J Coast Conserv 15(4):457–475. https://doi.org/10.1007/s11852-010-0136-x Bauer M, Neumann P (2011) A guide to processing rock-fall hazard from field data. In: Vogt N, Schuppener B, Straub D, Bräu G (eds) 3rd international symposium on veotechnical safty and risk (ISGSR. 2011). Bundesanstalt für Wasserbau, Karlsruhe, pp 149–156 Blais-Stevens A, Behina P, Kremer M, Page A, Kung R, Bonham-Carter G (2012) Landslides susceptibility mapping of the sea to Sky transportation corridor, British Columbia, Canada: comparison of two methods. Bull Eng Geol Environ, Springer, 71(3):447–466. https://doi.org/10.1007/s10064-012-0421-z Brideau MA, Stead D, Kinakin D, Fecova K (2005) Influence of tectonic structures on the Hope Slide, British Columbia, Canada. Eng Geol 80:242–259 CALTRANS (2014) Geotechnical manual. Department of Transportation (DOT) of California, Sacramento Çelik MA, Gülersoy AE (2017) Evaluation of rock fall risk in Kilis (Turkey) City by using GIS and remote sensing. Int J Comput Exp Sci Eng (IJCESEN) 3(2):1–4 Christchurch City Council (2013) Technical guideline for rockfall protection structures. Version 2:27 p Chung CJ, Fabbri AG (2003) Validation of spatial prediction models for landslide hazard mapping. Nat Hazards 30(3):451–472 Contino A, Bova P, Esposito G, Giuffré I, Monteleone S (2017) Historical analysis of rainfall-triggered rockfalls: the case study of the disaster of the ancient hydrothermal Sclafani Spa (Madonie Mts, northern-central Sicily, Italy) in 1851. Nat Hazards Earth Syst Sci 17(12):2229–2243 Crane E (2015) The rising danger of fooding in Egypt. https://climate.earthjournalism.net/2015/12/07/extreme-rainstorms-sweep-through-egypt/. Accessed 10 Jan 2017 Crosetto M, Tarantola S, Saltelli A, Agriculture (2000) Sensitivity and uncertainty analysis in spatial modelling based on GIS. Ecosyst Environ 81(1):71–79 Dai FC, Xu C, Yao X, Xu L, Tu XB, Gong QM (2011) Spatial distribution of landslides triggered by the 2008 Ms 8.0 Wenchuan earthquake, China. J Asian Earth Sci 40(4):883–895 D’Amato J, Guerin A, Hantz D, Rossetti JP, Jaboyedoff M (2015) Investigating rock fall frequency and failure configurations using terrestrial laser scanner. In: Lollino G et al (eds) Engineering Geology for Society and Territory - vol 2. Springer, Cham, pp 1919–1924 DeGraff JV, Romesburg HC (1980) Regional landslide—susceptibility assessment for wildland management: a matrix approach, Thresholdsin Geomorphology. George Allen & Un-win, Boston, pp 401–414 Depountis N, Nikolakopoulos K, Kavoura K, Sabatakakis N (2019) Description of a GIS-based rockfall hazard assessment methodology and its application in mountainous sites. Bull Eng Geol Environ 79:645–658. https://doi.org/10.1007/s10064-019-01590-3 Dorren L, Seijmonsbergen A (2003) Comparison of three GIS-based models for predict-ing rockfall runout zones at a regional scale. Geomorphology 56:49–64 Duarte RM, Marquínez J (2002) The influence of environmental and lithologic factors on rockfall ata regional scale: an evaluation using GIS. Geomorphology 43(1–2):117–136 Duran Robert L (2016) Characterization and analysis of a large rockfall along the Rio Cha-ma, Archuleta County, Colorado, Geography EGSMA (1994) Egyptian Geological Survey and Mining Authority. Geologic map of Sinai, Arab Republic of Egypt. Sheet No.1, Scale 1:250.000 Egypt today (2019) https://www.egypttoday.com/Article/1/64254/16- Accessed 23.07.2020 El Rayes A, Omran A, Geriesh M, Hochschild V (2020) Estimation of hydraulic conductivity in fractured crystalline aquifers using remote sensing and field data analyses: An example from Wadi Nasab area, South Sinai. Egypt J Earth Syst Sci 129:203. https://doi.org/10.1007/s12040-020-01470-5 Eyal M, Eyal Y, Bartov, Steinitz G (1981) The Tectonic development of the western margin of Gulf of Elat (Aqaba) rift. Tectonophysics 80:39–66 Frayssines M, Hantz D (2006) Failure mechanisms and triggering factors in calcareous cliffs of the Supalpine ranges (French Alps). Eng Geol 86:256–270 Frey HC, Mokhtari A, Zheng J (2004) Recommended practice regarding selection, application, and interpretation of sensitivity analysis methods applied to food safety risk process models. US Department of Agriculture. http://www.ce.ncsu.edu/risk/Phase3Final.pdf. Accessed 15 Dec 2019 Garfunkel Z (1981) Internal structure of the Dead Sea leaky transform (rift) in relation to plate kinematics. Tectonophysics 80:81–108 Gelaro R, Mccarty W, Suárez MJ, Todling R, Molod A, Takacs L, Randles CA, Darmenov A, Bosilovich MG, Reichle R, Wargan K, Coy L, Cullather R, Draper C, Akella S, Buchard V, Conaty A, Silva AMD, Gu W, Kim GK, Koster R, Lucchesi R, Merkova D, Nielsen JE, Partyka G, Pawson S, Putman W, Rienecker M, Schubert SD, Sienkiewicz M, Zhao B (2017) The modern-era retrospective analysis for research and applications, version 2 (MERRA-2). J Clim 30(14):5419–5454. https://doi.org/10.1175/jcli-d-16-0758.1 Ghorab MA (1961) Abnormal Strarigraphic Features in Ras Gharib Oil Field. Proceedings of the 3rd Arabian Petroleum Congress, 2, 1–10 Goff J, de Freitas C (2016) Natural hazard in Australia. Cambridge University Press, Milbourn, p 266 Harp E, Jibson R (1996) Landslides triggered by the 1994 Northridge, California, earth-quake. Bull Seismol Soc Am 86(1B):S319– S332 Hoek E, Bray JW (1981) Rock Slope Engineering, 3rd edn. Institute of Mining and Metallurgy, London, 358p Hungr O, Leroueil S, Picarelli L (2014) The Varnes classification of landslide types, an update. Landslides 11(2):167–194. https://doi.org/10.1007/s10346-013-0436-y Hussin H, Fauzi NB, Jamaluddin TA, Arifin MH (2017) Rock mass quality effected by lineament using rock mass rating (rmr)-case study from former quarry site. Earth Sci Malays (ESMY) 1(2):13–16 Koning DJ, Mansell M (2017) Rockfall susceptibility maps for New Mexico, New Mexico Department of Homeland Security and Emergency Management, 46 p Lambert S, Nicot F (2011) Rockfall Engineering. ISTE. Wiley, London, 435 p Lin X (1999) Flash floods in arid and semi-arid zones. UNESCO, Paris, 65 pp Mair M, Sitzenfrei R, Kleidorfer M, Möderl M, Rauch W (2012) GIS-based applications of sensitivity analysis for sewer models. Water Sci Technol 65(7):1215–1222. https://doi.org/10.2166/wst.2012.954 Meisina C, Piccio A, Tocchio A (2001) Some aspects of the landslide susceptibility in the Sorba Valley (western Alps, Italy). In: Proceedings of the International Conference on Landslides—Causes, Impacts and Countermeasures, Davos, Switzerland, 17–21 June 2001; Kuhne M, Einstein HH, Krauter E, Klapperich H, Pottler R (eds). VGE: Essen, pp 547–556 Nassif MS (1997) Stratigraphy and sedimentology of the Eocene rocks at south west Sinai Egypt. Ph.D. Thesis, Suez Canal Univ., Ismailia, Egypt, 197 p Omar NS, Jeber F, Kh, Masor S (2004) GIS/RS for landslides zonation in Pos Slim-Cameron highlands district Peninsula Malaysia. Disaster Prev Manag 13(1):24–32 Omar Kh, El-Amin E, Dahy S, Ebraheem M (2020) Seismic activity and energy release of earthquakes along the Gulf of Aqaba, Egypt. Geotectonics, Springer 53:765–773 Omran A (2013) Application for GIS and Remote sensing for water resource management in Arid Area-Wadi Dahab Basin-South Eastern Sinai-Egypt (Case Study). Dissertation, University of Tübingen, Germany Polat S, Güney Y (2013) Rock Fall in Bağbaşı Village (Uşak). Uşak Univ J Soc Sci 6(1):207–222 POWER Data Access Viewer (2019) Available at: https://power.larc.nasa.gov/data-access-viewer/. Accessed 10 Oct 2019 Prama M, Omran A, Schröder D, Abouelmagd A (2020) Vulnerability assessment of flash floods in Wadi Dahab Basin, Egypt. Environ Earth Sci 79:114 Remondo J, Gonzalez A, De Teran JRD, Cendrero A, Fabbri A, Chung CJF (2003) Validation of landslide susceptibility maps; Examples and applications from a case study in northern Spain. Nat Hazards 30(3):437–449 Said R (1960) Planktonic foraminifera from the Thebes Formation, Luxor, Egypt. Micropal 6:277–286 Said R (1970) Explanatory notes to accompany the geological map of Egypt. Geol Surv Egypt No 56:123 p Zhao H, Tian WP, Li J, Ma B (2017) Hazard zoning of trunk highway slope disasters: a case study in northern Shaanxi, China. Eng Geol Environ 77(4):1–10. https://doi.org/10.1007/s10064-017-1178-1 Saltelli A, Chan K, Scott EM (2000) Sensitivity analysis. Willey, New York Saroglou C (2019) GIS-based rockfall susceptibility zoning in Greece. Geosciences 9:163. https://doi.org/10.3390/geosciences9040163 Sazid M (2019) Analysis of rockfall hazards along NH-15: a case study of Al-Hada road. Int J Geo-Eng 10(1):13. https://doi.org/10.1186/s40703-019-0097-3 Singh P, Sharma A, Sur U, Rai P (2020) Comparative landslide susceptibility assessment using statistical information value and index of entropy model in Bhanupali-Beri region, Himachal Pradesh, India. Environ Dev Sustain. https://doi.org/10.1007/s10668-020-00811-0 SSRDP-South Sinai Regional Development Programme (2006) Architectural and engineering services for the flood protection of the City of Dahab in South Sinai. The Arab Republic of Egypt (Internal technical Report) Stoffel M, Ballesteros Cánovas JA, Luckman BH, Casteller A, Villalba R (2019) Tree-ring correlations suggest links between moderate earthquakes and distant rockfalls in the Patagonian Cordillera. Sci Rep 9(1):12112. https://doi.org/10.1038/s41598-019-48530-5 Sur U, Singh P, Meena S (2020) Landslide susceptibility assessment in a lesser Himalayan Road Corridor (India) applying Fuzzy AHP technique and earth-observation data. Geomat Nat Haz Risk 11:2176–2209. https://doi.org/10.1080/19475705.2020.1836038 Tanyaş H, van Westen J, Persello C, Alvioli M (2019) Rapid prediction of the magnitude scale of landslide events triggered by an earthquake. Landslides 16:661–676. DOI https://doi.org/10.1007/s10346-019-01136-4 Weirich F, Blesius L (2007) Comparison of satellite and air photo based landslide susceptibility maps. Geomorphology 87(4):352–364