Opservatorij za praćenje klizišta Kostanjek

Poslijediplomski studij

Autor: izv.prof.dr.sc. Martin Krkač, dipl.ing.geol.

Klizanje predstavlja gibanje stijena ili tla niz padinu (Cruden, 1991). Klizanje ima značajnu ulogu u oblikovanju krajolika (Crozier, 2010), a pojava koja nastaje klizanjem naziva se klizište. Klizišta mogu nastati u različitim vrstama materijala, mogu imati različite mehanizme i brzine gibanja te različita stanja aktivnosti (Cruden i Varnes, 1996; Hungr i dr., 2014). Poznavanje kinematike klizanja omogućava razumijevanje sila koje uzrokuju gibanje, promjene u stanju naprezanja, mehanička svojstva materijala te predviđanje gibanja klizišta u budućnosti (Schulz i dr., 2017). Razumijevanje kinematike nužno je i kod sporih klizišta, budući da ona ponekad mogu značajno ubrzati, rezultirajući velikom materijalnom štetom i ljudskim žrtvama (Lacroix i dr., 2020), što je vrlo važno pri upravljanju u hitnim situacijama. Jedan od najvažnijih alata za razumijevanje kinematike je praćenje, odnosno monitoring klizišta (Angeli i dr., 2000). Jedno od klizišta koje prate znanstvenici s Rudarsko-geološko-naftnog fakulteta, odnosno s Katedre za inženjersku geologiju, je klizište Kostanjek, najveće klizište u Republici Hrvatskoj. Površina ovog klizišta iznosi oko 1 km2, što je otprilike 1000 puta veća površina od prosječne površine (730 m2) klizišta u Gradu Zagrebu (Bernat Gazibara i dr., 2019). Materijali u klizanju obuhvaćaju naslage sarmata te donjeg i gornjeg panona, koje se uglavnom sastoje lapora niske do vrlo niske čvrstoće. Klizište je aktivirano 1964. godine, kao posljedica iskapanja materijala u otvorenom kopu lapora koji je pripadao tvornici cementa 'Sloboda' (Stanić i Nonveiller, 1996).

Opservatorij za praćenje klizišta Kostanjek (slika 1) Rudarsko-geološko-naftnog fakulteta uspostavljen je u okviru hrvatsko-japanskog SATREPS projekta 'Identifikacija rizika i planiranje korištenja zemljišta za ublažavanje posljedica klizanja i poplava u Hrvatskoj' u razdoblju od 2009. do 2014. godine. Svrha uspostavljenog opservatorija zaštita stanovništva od štetnih posljedica klizanja (na području klizišta se nalazi oko 300 stambenih i gospodarskih građevina), znanstveno i praktično istraživanje klizišta te edukacija. Zaštita stanovnika od posljedica klizanja vrši se kroz kontinuirano praćenje gibanja i uzroka gibanja te kroz razvoj sustava za rano upozoravanje od klizanja koji uključuje: 1) empirijsko definiranje graničnih vrijednosti brzina klizanja, količina oborine i razina podzemnih voda te definiranje različitih stupnjeva opasnosti; 2) razvoj statističkih modela za predviđanje brzina gibanja na temelju izmjerenih podataka o gibanju i uzrocima gibanja. Znanstvena aktivnost na opservatoriju provodi se u obliku mnogobrojnih projekta, od kojih je u tijeku projekt PRI-MJER ('Primijenjena istraživanja klizišta za razvoj mjera ublažavanja i prevencije rizika'), u okviru 'Sheme za jačanje primijenjenih istraživanja za mjere prilagodbe klimatskim promjenama', financiran iz Europskog fonda za regionalni razvoj (KK.05.1.1.02.0020) i sufinanciran od Fonda za zaštitu okoliša i energetsku učinkovitost (https://pri-mjer.hr/). Edukacija studenata u okviru opservatorija provodi se za studente diplomskog studija Rudarstva (smjer Geotehnika) i studente diplomskog studija Geološkog inženjerstva (smjer Hidrogeologija i inženjerska geologija).

slika1-odlagalište_hr.jpg

Slika 1 Središnja mjerna postaja Opservatorija za praćenje klizišta Kostanjek. U prvom planu se nalazi GNSS antena.

Praćenje klizišta Kostanjek provodi se s preko 25 senzora (Krkač et al., 2019) koji mjere: 1) vanjske uzroke klizanje (meteorološka stanica i kišomjer); 2) hidrogeološke parametre (uređaji za mjerenje razine podzemne vode i pornog tlaka); te 3) uređaji za mjerenje gibanja. Svi uređaji mjere u gotovo realnom vremenu, a izmjereni podaci se prenose internetskom vezom na RGN fakultet. Gibanje klizišta Kostanjek mjeri se sa 15 GNSS (Global Navigation Satellite System) senzora. GNSS predstavlja sustav satelita i zemaljskih stanica koji služi za precizno pozicioniranje na Zemlji. Sateliti kruže oko Zemlje dva puta dnevno u vrlo precizno određenim orbitama i kontinuirano odašilju signale s informacijom o vremenu odašiljanja signala i o svojoj poziciji u trenutku odašiljanja signala. Zemaljske stanice koje se sastoje od antena i prijemnika primaju satelitske signale te na temelju razlike u vremenu odašiljanja i primanja signala određuju udaljenost satelita. Na temelju određenih udaljenosti između antene i minimalno četiri satelita, te položaja tih satelita, prijemnici precizno računaju poziciju na Zemlji. GNSS prijemnici koriste signale GPS i GLONASS satelita, a sustav funkcionira kontinuirano 24 sata dnevno, u različitim vremenskim uvjetima, te ne zahtijeva optičku vidljivost između mjernih senzora (Ghiliani i Wolf, 2012). Preciznost 24 sata post-procesiranih GNSS podatka s klizišta Kostanjek iznosi 3.2-4.6 mm u horizontalnoj ravnini i 6.1-10.5 mm vertikalno (Krkač i dr., 2017). Od početka praćenja (2013.) svi GNSS senzori izmjerili su statistički značajan pomak (slika 2), osim GNSS-a 01, koji se nalazi izvan granice klizišta. Maksimalan zabilježeni horizontalni kumulativni pomak iznosio je 65 cm, a maksimalni vertikalni +42 cm. Od 2013. godine, zabilježeno je ukupno osam razdoblja bržeg gibanja (slika 2), tijekom kojih se dogodio preko 90% ukupnog pomaka klizišta Kostanjek. Maksimalna zabilježena brzina gibnja iznosila je 4,5 mm/dan, a dogodila se je u prvom tjednu travnja 2013. godine. Najveće brzine izmjerene su u središnjem dijelu klizišta (slika 3).

 

20220429 2 

Slika 2 Kumulativni horizontalni pomaci klizišta Kostanjek izmjereni GNSS senzorima u razdoblju 2013.-2019. Siva područja označavaju razdoblja bržeg gibanja (Krkač i dr., 2020a).

 

20220531 3

Slika 3 Prostorna raspodjela prosječnih godišnjih brzina gibnja klizišta Kostanjek, i ukupni vektori horizontalnih pomaka (Krkač i dr., 2020a).

Općenito razdoblja većih brzina klizišta Kostanjek događaju se tijekom razdoblja porasta i visokih razina podzemnih voda (slika 4), a koja nastaju kao posljedica intenzivnih oborina i otapanja snijega. Podaci pokazuju da oscilacije podzemne vode na središnjem dijelu klizišta iznose između 19 i 10,5 metara dubine, što odgovara promjeni pornog tlaka na razini klizne plohe u iznosu od 425 do 510 kPa. Oborine koje uzrokuju podzemne vode ovise o godišnjem dobu, a iznose od 20 mm tijekom vlažnih zimskih razdoblja do 180 mm tijekom proljetnih i jesenskih mjeseci. Tijekom ljetnih mjeseci, zbog izražene evapotranspiracije i površinskog otjecanja, nisu zabilježeni porasti razina podzemne vode koji bi utjecali na pomake klizišta. Godine 2013. i 2014. godina, kada su i nastali najveći pomaci klizišta Kostanjek, mogu se smatrati izrazito vlažnima, s 1092 mm i 1234 mm godišnje (godišnji prosjek za Grad Zagreb iznosi 889 mm). Također, tijekom spomenutog razdoblja od dvije godine dogodilo se je i nekoliko ekstrema pa je najveća dnevna oborina (55.2 mm) zabilježena je u veljači 2013. godine, a najviša mjesečna oborina (208 mm) u rujnu 2014. godine. Jedni od značajnijih pokretača klizanja su i potresi pa su tako Zagrebački potres, magnitude 5,5 (22.3.2020.), i potres kod Petrinje, magnitude 6,4 (29.12.2020.), uzrokovali pomake klizišta Kostanjek u iznosu po 1 cm.

20220531 4

Slika 4 Kumulativni horizontalni pomaci, dubine do podzemne vode izmjereni na središnjem dijelu klizišta Kostanjek i 3-dnevne oborine izmjerene na meteorološkoj postaji Zagreb-Grič (Krkač i dr., 2020b).

Reference:

Angeli M.-G., Pasuto A., Silvano S. (2000): A critical review of landslide monitoring experiences. Engineering Geology, 55, 3, 133-147. https://doi.org/10.1016/S0013-7952 (99)00122-2.

Bernat Gazibara S., Krkač M., Mihalić Arbanas S. (2019): Verification of historical landslide inventory maps for the Podsljeme area in the City of Zagreb using LiDAR-based landslide inventory. The Mining-Geology-Petroleum Engineering Bulletin, 34, 1, 45-58. DOI: 10.17794/rgn.2019.1.5

Crozier M.J. (2010): Landslide geomorphology: An argument for recognition, with examples from New Zealand. Geomorphology, 120, 3-15. https://doi.org/10.1016/j.geomorph.2009.09.010

Cruden D.M. (1991): A simple definition of a landslide. Bulletin of the International Association of Engineering Geology, 43, 27-29. doi:10.1007/BF02590167

Cruden D.M., Varnes D.J. (1996): Landslide types and processes. In: Turner, A.K., Schuster, R.L. (eds.): Landslides, Investigation and Mitigation. Transportation Research Board, Special Report 247, Washington D.C., USA, 36–75, 673 p.

Ghiliani C.D., Wolf P.R. (2012): Elementary Surveying: An Introduction to Geomatics (Thirteenth Edition). Pearson Education, Inc., New Jersey. 984 p.

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

Krkač M., Špoljarić D., Bernat S., Mihalić Arbanas S. (2017): Method for prediction of landslide movements based on random forests. Landslides, 14, 3, 947–960. https://doi.org/10.1007/s10346-016-0761-z

Krkač M., Bernat Gazibara, S., Sečanj, M., Arbanas, Ž., Mihalić Arbanas, S. (2019): Continuous monitoring of the Kostanjek landslide. Proceedings of the 4th Regional Symposium on Landslides in the Adriatic-Balkan Region. Sarajevo: Geotechnical Society of Bosnia and Herzegovina, 43-48

Krkač M., Bernat Gazibara S., Sečanj M., Sinčić M., Mihalić Arbanas S. (2020a): Kinematic model of the slow-moving Kostanjek landslide in Zagreb, Croatia. Rudarsko-geološko-naftni zbornik, 36/2, 59-68. doi:10.17794/rgn.2021.2.6

Krkač M., Bernat Gazibara S., Arbanas Ž., Sečanj M., Mihalić Arbanas S. (2020b): A comparative study of random forests and multiple linear regression in the prediction of landslide velocity. Landslides, 2515–2531. https://doi.org/10.1007/ s10346-020-01476-6

Lacroix P., Handwerger A.L., Grégory G. (2020): Life and death of slow-moving landslides. Nature Reviews Earth & Environment, 1, 404–419. https://doi.org/10.1038/s43017-020-0072-8

Schulz W.H., Coe J.A., Ricci P.P., Smoczyk G.M., Shurtleff B.L., Panosky J. (2017): Landslide kinematics and their potential controls from hourly to decadal timescales: Insights from integrating ground-based InSAR measurements with structural maps and long-term monitoring data. Geomorphology, 285, 121-136. https://doi.org/10.1016/j.geomorph.2017.02.011.

Stanić B., Nonveiller E. (1996): The Kostanjek landslide in Zagreb. Engineering Geology, 42, 269-283.


Martin Krkač, dipl. ing. geol. je izvanredni profesor na Zavodu za geologiju i geološko inženjerstvo na Rudarsko-geološko-naftnom fakultetu Sveučilišta u Zagrebu. Član je Hrvatske grupe za klizišta, a područje znanstvenog istraživanja vezano mu je uz monitoring klizišta i daljinska istraživanja. Sudjelovao je u izradi više od 40 inženjerskogeoloških/ geotehničkih elaborata u okviru istraživanja i sanacije klizišta. Autor je više od 70 znanstvenih radova u međunarodnim časopisima, knjigama, zbornicima skupova.

E-portfolio Link

ResearchGate Link

Google Scholar Link

CROSBI Link