Εκτίμηση επικινδυνότητας βραχοκαταπτώσεων στον αρχαιολογικό χώρο Δελφών = Rockfall hazard assessment in the archaeological site of Delphi.

Περίληψη

Οι Μνημειακοί Χώροι, ιδίως κοντά σε μεγάλους ορεινούς όγκους, έρχονται αντιμέτωποι με φαινόμενα βραχοκαταπτώσεων. Ανάλογη περίπτωση αποτελεί και η περιοχή έρευνας. Στην παρούσα διδακτορική διατριβή αναπτύσσεται και εφαρμόζεται μεθοδολογία εκτίμησης και ανάλυσης της επικινδυνότητας (Hazard) στον Αρχαιολογικό Χώρο των Δελφών, η οποία πραγματοποιήθηκε μέσα από τρισδιάστατη (3D) τροχομετρική ανάλυση, βασισμένη στην τεχνολογία μη επανδρωμένων εναέριων οχημάτων (ΣΜηΕΑ) (UAV). Τα στάδια της μεθοδολογίας, τα οποία αναπτύχθηκαν είναι τα ακόλουθα: α) καταγραφή της περιοχής έρευνας, με λήψη δεδομένων από πτήση με UAV, β) επεξεργασία των πρωτογενών τρισδιάστατων (3D) νεφών σημείων, δημιουργία πολύ υψηλής ανάλυσης δεδομένων και τρισδιάστατων μοντέλων (ορθοφωτογραφία, ψηφιακό μοντέλο εδάφους) και εξαγωγή των στοιχείων προσανατολισμού των ασυνεχειών (γωνία κλίσης, διεύθυνση κλίσης) και της απόστασης μεταξύ των επιφανειών των ασυνεχειών των ίδιων οικογενειών (spacing), σε εμμένουσα, και μη, κατάσταση, γ) χαρτογράφηση της συνολικής έκτασης του ασβεστολιθικού πρανούς, ανάντη του Μνημειακού Χώρου και εκτίμηση της επιδεκτικότητας (susceptibility) των βραχοκαταπτώσεων, με τη χρήση του ενιαίου τρισδιάστατου μοντέλου νέφους σημείων (3D point cloud) της περιοχής έρευνας, από τη λήψη πολλαπλών αεροφωτογραφιών με UAV. Συγκεκριμένα πραγματοποιήθηκε χαρτογράφηση και υπολογισμός του όγκου (m3) των κενών (scars) των βραχωδών τεμαχών, στην επιφάνεια του βραχώδους πρανούς, από προηγούμενα φαινόμενα αστοχίας. Συνολικά αναγνωρίστηκαν 119 μπλοκ (scars) επάνω στην επιφάνεια του ασβεστολιθικού πρανούς, με μέση τιμή αποκολλημένου βραχώδους υλικού 22,2 m3. Παράλληλα μετρήθηκαν οι όγκοι (m3) των μπλοκ που έχουν αστοχήσει, με μέση τιμή όγκου 7,6 m3, λαμβάνοντας υπόψη το φαινόμενο του κερματισμού (fragmentation), από τη στιγμή της αποκόλλησής τους από το πρανές, μέχρι την τελική θέση απόθεσή τους, δ) εκτίμηση της επικινδυνότητας (Hazard) βραχοκαταπτώσεων, με πραγματοποίηση τρισδιάστατων τροχομετρικών αναλύσεων με το λογισμικό RocPro3D v.6.1, με σεισμικές συνθήκες (σεισμική ακολουθία του 1870) και υπολογισμό της μέγιστης ταχύτητας εδαφικής κίνησής PGV (m/s) ίση με 0,41 m/sec. Στη συνέχεια πραγματοποιήθηκαν τροχιακές αναλύσεις προσομοίωσης, από τέσσερις θέσεις-ζώνες εκκίνησης πιθανής βραχοκατάπτωσης, οι οποίες καλύπτουν το σύνολο του Αρχαιολογικού Χώρου. Δημιουργήθηκαν, επομένως, τα εξής σενάρια: 1) σεισμικές (PGV=0,41m/sec) και 2) ασεισμικές (PGV=0 m/sec) συνθήκες και 1) διάμετρο (d) βραχωδών τεμαχών 1m και 2) διάμετρο (d) 1,3m, 1,5m, 1,3m και 1,5m, για κάθε θέση και τα αποτελέσματα αποτυπώθηκαν σε τρισδιάστατους φακέλους και χάρτες. Παράλληλα, αξιολογήθηκαν οι μεταβολές των τιμών της έντασης (kJ), με τη χρήση του λογισμικού RocPro3D v.6.1, σε τρισδιάστατο περιβάλλον (3D) και του λογισμικού Rocfall (Rocscience Inc.), σε δισδιάστατο περιβάλλον (2D), και για τις τέσσερις επιλεγμένες θέσεις. παρουσιάζοντας παρόμοια εικόνα διακύμανσης τιμών ε) ποιοτική αξιολόγηση του βαθμού διακινδύνευσης (Risk), με παράλληλη αξιολόγηση της πιθανότητας διάδοσης (Ppropag) και τα σημεία τερματισμού τους μέσα στον Μνημειακό Χώρο (stop points). Η παραπάνω αξιολόγηση επιτεύχθηκε με τη δημιουργία πινάκων (Risk matrix) και χαρτών χωρικής κατανομής, σε περιβάλλον ArcGIS, τόσο για τις Άμεσες Υλικές, όσο και για τις Άμεσες Άυλες απώλειες. Η παρούσα διδακτορική διατριβή στοχεύει στην ανάπτυξη μιας λεπτομερούς μεθοδολογίας εκτίμησης της επικινδυνότητας (Hazard) και ποιοτικής αξιολόγησης της διακινδύνευσης (Risk) στον Αρχαιολογικό Χώρο των Δελφών, τα αποτελέσματα της οποίας θα αξιοποιηθούν για την πρόταση ορθών παρεμβάσεων για την αντιμετώπιση των καταπτώσεων βράχων στον Μνημειακό Χώρο.
 
Monumental sites, especially near steep mountainous areas, are often facing rockfall phenomena. In this PhD thesis, a methodology for assessing, evaluating and analyzing Rockfall Hazard were developed and applied in the Archaeological Site of Delphi, in Greece. Specifically, rockfall Hazard assessment was carried out through a three-dimensional (3D) trajectometric analysis based on UAV technology (Unmanned Aerial Vehicles). The developed stages of the methodology are the following: a) recording of the study area, by receiving UAV data b) processing of the raw three-dimensional (3D) point clouds, generation of accurate and high resolution data and three-dimensional models (orthophotograph, digital terrain model) and extraction of discontinuity orientation data (dip angle, dip direction) and the distance between the surfaces of the discontinuities belonging in the same discontinuity sets (spacing), in a persistent and non-persistent state, using specialized software packages, c) mapping of the rocky cliff, upwards the Archaeological Site of Delphi and rockfall susceptibility assessment, using the united 3D point cloud of the study area, created from multiple UAV aerial photographs. At this stage mapping and calculation of the rocky blocks (scars) volume (m3), originated from previous rockfall phenomena, was carried out. A total of 119 blocks (scars) were identified and measured on the limestone surface, with an average detached rock block value equal to 22.2 m3. At the same time, fallen rock blocks volume (m3) inside the Monumental Area were identified and also measured, with an average volume value equal to 7.6 m3, taking into account the fragmentation degree, from the detachment till their final deposition in the Archaeological Site, d) rockfall (Hazard) assessment and analysis through three-dimensional trajectometric analyses within RocPro3D v.6.1 software with earthquake triggering factor. In particular, the data of the catastrophic seismic sequence of 1870 were used and the initial PGV velocity (m/s) was calculated equal to 0.41 m/sec. After that, trajectometric simulation analyses from four likely rockfall positions-zones was carried out. So, the following scenarios were created: 1) seismic (PGV=0.41 m/sec) and 2) non-seismic (PGV=0 m/sec) conditions and 1) block diameter (d) equal to 1m and 2) block diameter (d) equal to 1.3 m, 1.5 m, 1.3 m and 1.5 m. The results were depicted on 3D maps and envelopes. In order to observe the changes of the intensity (kJ) spatial variation, RocPro3D v.6.1software, in a three-dimensional environment (3D), as well as Rocfall software (Rocscience Inc.), in a two-dimensional (2D) environment were used, with a similar value variation, e) qualitative Rockfall Risk assessment, considering the probability of propagation (Ppropag) variation and rock blocks approach at the elements of risk of the Site and their stopping points within the Monumental Area. The above Rockfall Risk assessment was achieved by creating tables (Risk matrix) and spatial distribution maps, in ArcGIS environment, for both Direct Material and Direct Intangible losses. Aim of this PhD thesis was the development of a detailed rockfall hazard assessment and a rockfall qualitative risk assessment methodology, the results of which can be used in proposing the appropriate rockfall interventions in the study Area.