Reconstrucción y análisis de ocurrencias regionales de múltiples eventos de movimientos en masa generados por lluvias históricas en los pirineos

Abstract

En este documento de Tesis Doctoral, se presenta la recopilación, reconstrucción y análisis de los inventarios de movimientos en masa (MM) y los campos de lluvias para tres eventos históricos en los Pirineos, de los que se tenía poco conocimiento: Molló-Queralbs (octubre de 1940), Barruera-Vielha (agosto de 1963) y Berga-Cercs (junio de 2008). De éstos se recopiló información a partir de fuentes secundarias, fotografías aéreas de las respectivas épocas y se obtuvieron los inventarios de movimientos en masa mediante la digitalización de las cicatrices de las roturas con el uso de sistemas de información geográfica (ArcGIS®). En Molló-Queralbs se identificaron 620 MM en un área de 412 km2; en Barruera-Vielha un total de 207 MM en 504 km2 y en Berga-Cercs 224 cicatrices en 20 km2; por lo que los tres casos corresponden a ocurrencias regionales de múltiples eventos de MM (MORLE).El desarrollo de la investigación se centró en recopilar, reconstruir y analizar los datos relevantes de los tres casos de estudio, con el fin de emplear esta información en el análisis de relaciones entre factores que predispusieron, prepararon y desencadenaron numerosos MM en áreas de gran extensión. Se analizaron las relaciones magnitud-frecuencia de MM inventariados y su distribución espacial; se realizó el análisis de las lluvias generadoras de dichos movimientos a partir de los datos registrados por las estaciones meteorológicas existentes en las respectivas épocas y se calcularon los mapas digitales de precipitación (campos de lluvias); y, finalmente se calculó la relación entre las distribuciones espaciales de las lluvias y los MM.La implementación de métodos estadísticos, que incluyen el Estimador de Máxima Verosimilitud (EMV), permitió definir una metodología para inferir la distribución que mejor se ajusta a la de los datos de inventarios de MM. Siguiendo esta metodología, con las dificultades que implican la calidad de las fotografías aéreas, su pequeña escala que dificulta la detección y digitalización de las cicatrices, la revegetación de cicatrices con el tiempo y que por tanto no aparecen en el registro fotográfico conllevando a la cautela con respecto a la completitud del inventario obtenido. Para el caso de los tres MORLE analizados fue posible definir que una distribución tipo Wakeby explica bien las distribuciones de los datos analizados. Adicionalmente, el análisis de las relaciones entre variables intrínsecas del terreno, la distribución de los MM inventariados y el campo de lluvias, sirvió para concluir que tanto las formaciones superficiales como la pendiente del terreno son los condicionantes para la ocurrencia de roturas en las tres zonas de estudio; y que el uso actual del suelo es de especial importancia documentarlo para soportar mejor el análisis de los eventos. La importancia de este estudio radica en la documentación y reconstrucción muchos años después de la ocurrencia de fenómenos MORLE en los Pirineos, utilizando fotografías aéreas y registros de lluvias. Eventos que nunca antes habían sido documentados y que representan una contribución a la definición de umbrales desencadenantes de MM y a la comprensión de los factores condicionantes del terreno para el establecimiento de sistemas de alerta temprana y a la mitigación del riesgo en estas tres importantes zonas de Catalunya. Finalmente, se recomienda contar con mapas de formaciones superficiales y sus respectivas características (espesor, materiales constituyentes y caracterización geotécnica) y se establece como futura línea de investigación la integración de esta información primaria con inventarios completos de movimientos en masa, para la determinación de umbrales de lluvias detonantes en los Pirineos Catalanes.

In this Ph.D thesis the compilation, reconstruction, and analyses of inventories of MM and rain fields for three poorly-known historical events in the Pyrenees is presented: Molló-Queralbs (October 1940), Barruera-Vielha (August 1963) and Berga-Cercs (June 2008). Information on these events was compiled from secondary sources and aerial photographs and the MM inventories were prepared by digitizing the of rupture scars using ArcGIS®. In the Molló-Queralbs area a total of 620 MM were mapped within 412 km2; in Barruera-Vielha a total of 207 MM within 504 km2 and in Berga-Cercs 224 scars within 20 km2; which resulted in their characterization as MORLE events. The research work focused on compiling,reconstructing and analyzing relevant data on the three case studies, with the aim of using this information in the analysis of relationships among the factors that predisposed, prepared and triggered the numerous MM in these large areas. The frequency-magnitude functions and the spatial distribution of MM inventories were analyzed; the analyses of generating rains for MM were performed from data recorded by the existing meteorological stations during the three time periods; digital maps of precipitation (rain fields) were calculated; and finally the relationship between spatial distribution of rains and MM was calculated. Implementation of statistical methods, including the Maximum Likelihood Method, allowed defining a methodology to infer the best-fitting distribution to MM inventories. In following this methodology several difficulties were met: quality of aerial photographs and their small coverage (which makes difficult to detect and digitize rupture scars), the vegetation cover that develops with time (which masks MM in the photographic records), which in turn implies to cautiously take the completeness of MM inventories. In the three MORLE events analyzed it was possible to determine that a Wakeby-type distribution best explains the data. Additionally, the analyses of relationships among intrinsic terrain variables, and the inventories of MM and their rain fields, were used to conclude that both surface formations and terrain slope are conditionants for MM occurrence within the three study areas; and that the current land use bears special relevance when analyzing these events. The importance of this study lies on the a posteriori documentation and reconstruction of never-before-reported MORLE phenomena in the Pyrenees, using aerial photographs and precipitation records. The study represents a contribution to the quantification of triggering thresholds for MM and understanding conditioning terrain factors for the establishment of early warning systems and risk mitigation in these three important regions of Catalonia. Finally,recommendations are made for the construction of surface formations maps with information on thickness, constituting materials, and geotechnical characterization. A line of research about integrating this primary information with complete inventories of MM is established, to determining triggering rainfall thresholds in the Catalonian Pyrenees.

Els moviments en massa són processos geològics que modelen el paisatge, la seva ocurrència indica susceptibilitat a la inestabilitat del terreny i quan afecten els éssers humans, els seus béns i serveis, ocasionen pèrdues econòmiques que impacten el seu nivell de vida i el desenvolupament econòmic d'una regió. Les pluges són l'agent extern que comunament genera desestabilitzacions del terreny, sent les d'alta intensitat i curta durada les responsables de l'ocurrència d'esllavissades superficials i corrents d'arrossegalls. La caracterització tant del terreny com de les pluges, així com de les interaccions entre ells, permet definir les zones on és més factible l'ocurrència futura de moviments en massa. Nombrosos fenòmens d'aquest tipus gairebé sempre ocorren simultàniament en àrees extenses, on a més d'existir materials propensos a la desestabilització, la topografia és abrupta; la qual cosa representa una amenaça múltiple de difícil maneig per part de les autoritats locals, més quan l'extensió de l'afectació sobrepassa els límits administratius i governamentals. Aquests esdeveniments de múltiple ocurrència, encara descrits en diversos estudis de determinació de llindars de pluges detonants, recentment han estat denominats en la literatura especialitzada, MORLE per les sigles en anglès (Multiple-Ocurrence of Regional Landslides Events). Una adequada gestió de l'atenció d'aquests esdeveniments, requereix el coneixement dels que han ocorregut en el territori, la seva caracterització i anàlisi. No obstant això, hi ha ocasions en que per diferents raons no es poden documentar immediatament com seria l'indicat. En aquests casos, cal realitzar la reconstrucció del que ha passat, recopilant la major quantitat d'informació per al seu posterior ús en la zonificació de la susceptibilitat del terreny a moviments en massa i el seu posterior ús en l'avaluació de l'amenaça i gestió integral del risc. En aquest document de Tesi Doctoral, es presenta la recopilació, reconstrucció i anàlisi dels inventaris de moviments en massa (MM) i els camps de pluges per tres esdeveniments històrics als Pirineus, dels quals es tenia poc coneixement: Molló-Queralbs (octubre de 1940), Barruera-Vielha (agost de 1963) i Berga-Cercs (juny de 2008). D'aquests es va recopilar informació a partir de fonts secundàries, fotografies aèries de les respectives èpoques i es van obtenir els inventaris de moviments en massa mitjançant la digitalització de les cicatrius dels trencaments amb l'ús de sistemes d'informació geogràfica (ArcGIS ®). A Molló-Queralbs es van identificar 620 MM en una àrea de 412 km2; a Barruera-Vielha un total de 207 MM en 504 km2 i a Berga-Cercs 224 cicatrius en 20 km2; de manera que els tres casos corresponen a ocurrències regionals de múltiples esdeveniments de MM (MORLE). El desenvolupament de la investigació es va centrar en recopilar, reconstruir i analitzar les dades rellevants dels tres casos d'estudi, per tal d'emprar aquesta informació en l'anàlisi de relacions entre factors que van predisposar, van preparar i van desencadenar nombrosos MM en àrees de gran extensió. Es van analitzar les relacions magnitud-freqüència de MM inventariats i la seva distribució espacial; es va realitzar l'anàlisi de les pluges generadores d'aquests moviments a partir de les dades registrades per les estacions meteorològiques existents en les respectives èpoques i es van calcular els mapes digitals de precipitació (camps de pluges); i, finalment es va calcular la relació entre les distribucions espacials de les pluges i els MM La implementació de mètodes estadístics, que inclouen l'Estimador de Màxima Versemblança (EMV), va permetre definir una metodologia per a inferir la distribució que millor s'ajusta a la de les dades d'inventaris de MM. Seguint aquesta metodologia, amb les dificultats que impliquen la qualitat de les fotografies aèries, la seva petita escala que dificulta la detecció i digitalització de les cicatrius, la revegetació de cicatrius amb el temps i que per tant no apareixen en el registre fotogràfic comportant a la cautela pel que fa a la completesa de l'inventari obtingut. Per al cas dels tres MORLE analitzats va ser possible definir que una distribució tipus Wakeby explica bé les distribucions de les dades analitzades. Addicionalment, l'anàlisi de les relacions entre variables intrínseques del terreny, la distribució dels MM inventariats i el camp de pluges, va servir per concloure que tant les formacions superficials com el pendent del terreny són els condicionants per l'ocurrència de trencaments en les tres zones d'estudi; i que l'ús actual del sòl és d'especial importància documentar per suportar millor l'anàlisi dels esdeveniments. La importància d'aquest estudi rau en la documentació i reconstrucció molts anys després de l'ocurrència de fenòmens MORLE als Pirineus, utilitzant fotografies aèries i registres de pluges. Esdeveniments que mai abans havien estat documentats i que representen una contribució a la definició de llindars desencadenants de MM ia la comprensió dels factors condicionants del terreny per a l'establiment de sistemes d'alerta primerenca i la mitigació del risc en aquestes tres importants zones de Catalunya. Finalment, es recomana comptar amb mapes de formacions superficials i les seves respectives característiques (gruix, materials constituents i caracterització geotècnica) i s'estableix com a futura línia d'investigació la integració d'aquesta informació primària amb inventaris complets de moviments en massa, per a la determinació de llindars de pluges detonants als Pirineus Catalans.