1

Erózióveszély modellezése a Penteli-hegységben (Athén – Görögország)

Centeri Cs., Evelpidou N., Vassilopoulos A., Vaiopoulos D. és Daniilidis A.

1. Összefoglalás Az erózióveszély térképezésére pontos és hatékony modellt kifejleszteni nehéz feladat.

Még bonyolultabb a modell alkalmazása különböző környezeti tényezőkre vonatkozóan, hi-szen egy nagyon összetett feladatról van szó.

A jelenlegi tanulmányban a boolea-i logikára alapozott GIS modell kifejlesztését mutatjuk be. Az alkalmazott törvényszerűségek magukba foglalják az erózió jellemző paramétereit, pl. az erózióra való hajlamot, a lejtő tényezőt, a lefolyás sűrűséget.

A Penteli-hegység a természetes és emberi hatásra kialakult tüzek miatt is jelentős eróziós károkat szenved, ezért ezt választottuk mintaterületül. Az eróziós károk megfékezésére a helyi hatóságok számos stratégiát dolgoztak ki, pl. a helyben maradt, félig kiégett fatörzseket he-lyeztek el a szintvonalak mentén.

A kutatás során modelleztük az eróziót, a szedimentációt és az anyagmozgást. Kiegészíté-sül kifejlesztettünk egy GIS modellt a mintaterület vízgyűjtő medencéiben történő erodált ta-lajanyag mozgásának meghatározására. A modell meghatározza az erózió és a felhalmozódás helyeit. Ellenőrzésképpen a fatörzsek mentén felhalmozódott szedimentet használtuk fel.

2. Bevezetés A Penteli-hegység képezi az Attikai-medence természetes, észak-keleti határát. Fekvése

észak-nyugat dél-keleti irányú. A legnagyobb magasság tszf 1109m. A hegységet elsősorban fenyőerdő borítja. A terület felszíni bányászatáról híres. Már az ősi görögök idejében is bá-nyászták a híres, jó minőségű „Penteli márvány”-t. Ma is működnek még bányák, az északi hegyoldalban.

A bányászati tevékenység bővülésén kívül Athén gyors ütemű terjeszkedése (a lakosság ki-lenc-, a terület háromszorosára nőtt az elmúlt évszázadban) is növelte a területigényt. Az el-múlt 20 évben a terjeszkedés elérte a Penteli-hegységet is, amelynek mindkét oldalán termé-szetes területek estek áldozatul az építkezésnek.

Az urbanizáció fokozta területigény és a földek árának emelkedése miatt számos olyan tűzeset fordult elő, amelyet az emberek szándékosan gyújtottak. A leégett területek ugyanis már nem rendelkeznek természeti értékekkel, így ott megindulhat az építkezés. 1995 júliusá-ban és 1998 augusztusában két nagyobb tűzesemény volt, amely 163 és 188 km2 erdőterületet pusztított el. A későbbi, 1998-as tűz házakat, egyéb építményeket és emberi életet is veszé-lyeztetett, valamint fokozta az áradások nagyságát.

A helyi hatóságok, együttműködve a bányászati cégekkel erősítési és teraszolási program-ba kezdtek. A program befejezése előtt újabb tűz ütött ki, elpusztítva a friss telepítést, így a kitűzött célt nem sikerült elérni, a telepítések abbamaradtak. Azóta a terület kiemelten kitett az eróziónak, az áradásoknak és nagyon kevés beavatkozást végeztek.

A terület elsősorban márvány és agyagpala kőzeten fekszik. A kőzettani jellemzők és a csapadék mennyisége miatt a mintaterületen karsztosodási folyamatok figyelhetők meg. A karsztterületek alatt barlangokat is találunk, amelyben olyan fauna él, illetve élt korábban, amely a hegységről kapta a nevét (Mastododon pentelicus, Nandious mesopethicus pentlicus, Pliocervus pentelicci).

2

A talajképződést lassú, amit jelentősen meghatároz a mállási folyamatok kőzettípus miatti sebessége (Jenny 1941, Gournelos et al. 2004). A mállás sebességét a tűz fokozza, hiszen a magas hőmérséklet repedéseket hoz létre a kőzeteken (Kirkby 1995). A mállástermékeket az intenzív csapadékok gyorsan elszállítják a területről. A tűz, az erdőkitermelés és a növényzet hiánya tovább fokozza a felszíni lefolyás sebességét, növeli az eróziós károkat (Carrara 1983).

A jelenlegi kutatás azt mutatja be, hogy hogyan vettük figyelembe a fenti tényezők össze-tett hatását és milyen erózió modell összeállításával jeleztük előre az erózióveszély mértékét (Giordano 1986, Gournelos et al. 2001).

3. Anyag és módszer Az esettanulmány az erdőtűz által érintett területből 23,18 km2-re vonatkozik, Nea Penteli

várostól ÉNy-ra, Dionisos településtől délre. Az erdőtüzek hatásáról számos kutató és kor-mány is foglalkozott, ezek jelentős része a mediterrán területeken (DeBano et al. 1998, Elliott et al. 1999, Potts 1985, Canakcioglu 1986, Government of Jordan 1986, Government of Portugal 1998, Government of Spain 1993, Government of Yugoslavia 1986, Le Houérou 1987). A kutatás folyamatát az 1. ábra mutatja be. Alaptérképként a terület geológiai (Kifisia lap, No.208, I.G.M.E.) és topográfiai (Kifisia lap, No.351, I.G.M.E.) térképlapjait használtuk.

Adatgyűjtés Elsődleges adat Származtatott adat

Terepmunka 2005-2006.Irodalmi feldolgozás

Geológia térképTopográfiai térkép

Űrfelvételek

GIS

Geológiai adat.Morfológiai adat

Geomorfológiai adatKörnyezeti adat

Bemeneti adat

Kőzettan.Lejtő - KitettségLefolyás-sűrűség

Érzékenység

Boolea-i logika kimeneti értékei

Erózióveszély

Tematikus térképek

1. ábra: Az alkalmazott eljárás folyamatábrája A térképeken kívül felhasználtunk űrfelvételeket is a kutatáshoz. A megszerzett informáci-

ókat olyan adatbázisokba rendeztük, amelyek bemeneti adatként szolgáltak a Földrajzi Infor-máció Rendszerben történő modellezéshez. A boolea-i logika alapján a bemeneti adatok kö-zötti logikai szabályszerűségek alapján kapcsolatot alakítottunk ki az erózióveszély előrejel-zésére az érzékenység, a lejtő és a lefolyássűrűség közötti összefüggések alapján (1. táblá-zat).

1. táblázat: A boolea-i logikai szabályok az erózióveszély levezetéséhez

Ha az nagy & a lejtő meredek & a nagy. Ha az nagy & a lejtő közepes & a lefolyás sűrű-

ség nagy nagy.

Ha az nagy & a lejtő lankás & a közepes. Ha az közepes & a lejtő meredek & a közepes. Ha az közepes & a lejtő közepes & nagy közepes. Ha az közepes & a lejtő lankás & a

lefolyás sűrű-ség nagy alacsony.

Ha az

érzé

keny

ség

kicsi & a lejtő lankás & a

akko

r az

eróz

ióve

szél

y

nagyon ala-csony

A terepmunkákra 2005 utolsó, és 2006 első negyedévében került sor (2. ábra). A mintavéte-lek helyének meghatározására GPS-t (Global Positioning System) használtunk.

3

2. ábra: Terepi vizsgálatok

A lefolyás irányára vonatkozó fontos információkat a felszíni vizeknek, azok lefolyásirá-

nyának, a vízgyűjtők méretének és elhelyezkedésének elemzése alapján gyűjtöttünk. A lefo-lyás egzakt feltételeinek és típusának jellemzéséhez a vizsgálati terület minden geológiai for-mációját külön fedvényben helyeztük el.

4. Eredmények

A szintvonalakat ábrázoló térképek, a terepi bejárás és az űrfelvételek által szolgáltatott in-

formációk segítségével minőségi becslést és térképezést végeztünk a terület eróziós és szedi-mentációs viszonyairól (3. ábra).

Erózióvédelmi területFelhalmozódási területErodált terület

3. ábra: Az erózió és szedimentáció térképe

4

Az erózióvédelemben alkalmazott farönkök helyének pontos meghatározása és a farönkök tövében összegyűlt szediment mérése segített a modellezett lefolyás és a modellezett lerakó-dott talajanyag mennyiségének terepi ellenőrzésében. Történtek mérések, azonban a terepi munka alatti csapadékesemények nem voltak alkalmasak (elég nagy intenzitásúak) nagyobb mennyiségű szediment mérésére.

A származtatott adatbázisok sorában az első a lefolyás sűrűség, azaz a felszíni vizek elhe-lyezkedésének térképe volt. Az erózió modellezésénél kiemelten fontos, hogy a folyamok di-gitalizálása folyásirányban történjen. Ez a bemeneti adat tartalmazza azt az információt, hogy hány százaléklefolyás történik egy adott cellából. A cellaméret 100×100m volt.

A cellákat 3 csoportba osztottuk: 1. nagy lefolyás (0,02–1), 2. közepes lefolyás (0,01–0,02) és 3. kis lefolyás (0–0,01). A 4. ábrán láthatjuk, hogy a vizsgált terület 80,5 %-a (2615 cella) a kis lefolyású, 3,5%-a

(111 cella) a közepes, míg 16 %-a (522 cella) a nagy lefolyású kategóriába tartozik. A boolea-i logikai szabályokhoz csak a nagylefolyással rendelkező cellák adatait használtuk fel. A tér-képen látható, hogy a lefolyáshálózat nem túl jól fejlett, főleg kisebb patakokból áll, amelyek késő ősztől tavaszig tartalmaznak vizet.

A lejtőtényező térképe (5. ábra), azaz a lejtő meredeksége és hossza a következő fontos bemeneti adat, amely meghatározza az erózió és a szedimentáció mértékét és helyét.

A cellákat 3 csoportba osztottuk: 1. nagy lejtőtényező (0,6–1), 2. közepes lejtőtényező (0,3–0,6) és 3. kis lejtőtényező (0–0,3). Az 5. ábrán láthatjuk, hogy a vizsgált terület 61,2%-a (1988 cella) a kis, 34,8%-a (1130

cella) a közepes, míg 4%-a (130 cella) a nagy lejtőtényezőjű kategóriába tartozik.

Lefolyás sűrűség

Lejtő

4. ábra: A lefolyás sűrűség térképe 5. ábra: A lejtőtényező térképe

A következő fontos bementi paramétert adó tényező a lejtők kitettsége (6. ábra). Ez meg-

adja a meredekség irányát, amely azaz azt az utat, amerre a lefolyás indul, és a szedimentáció potenciálisan kialakulhat.

Az utolsó származtatott adatbázis az erózióra való érzékenység volt (7. ábra). Ez azt adja meg, hogy a terület mennyire áll ellen az erózióval szemben.

5

Kitettség360 (É)

270 (K)

180 (D)

90 (Ny)

0 (É)

Érzékenység

6. ábra: A kitettség térképe 7. ábra: Az erózió-érzékenység térképe

A becslés összetett, épít a kémiai összetételre, a tektonikus vonalakra, az alapkőzet típusára

és a tájhasználatra is. A cellákat 3 csoportba osztottuk: 1. nagy érzékenységű (0,6–1), 2. közepes érzékenységű (0,3–0,6) és 3. kis érzékenységű (0–0,3). A 7. ábrán láthatjuk, hogy a vizsgált terület 38%-a (1234 cella) a nagy, 16%-a (521 cella)

a közepes, míg 45%-a (1493 cella) a kis erózió-érzékenységű kategóriába tartozik. A 8. ábrán látható, hogy a boolea-i szabályok alapján négy erózió-veszélyeztetettségi ka-

tegóriát állapít meg a modell.

Erózióveszély

NagyKözepesKicsiNagyon kicsi

8. ábra: Az erózióveszély térképe

6

Az egyes cellák eloszlása a következő: 1. nagy erózióveszély, 2. közepes erózióveszély, 3. kis erózióveszély és 4. nagyon kicsi erózióveszély. A 8. ábra alapján a vizsgált terület 46%-a (1493 cella) a nagyon kicsi, 9,4%-a (305 cella) a

kicsi, 33,2%-a (1079 cella) a közepes, míg 11,4%-a (371 cella) a nagy erózió-veszélyeztetettségű kategóriába tartozik.

A kimeneti paraméterek lineáris ábrázolásával egy olyan térképet kapunk, amely átfogó

képet ad a várható lefolyásról, és talajmozgásról (9. ábra).

Fizikai jellemzőkSzintvonalak

Felszíni vizek

Vízgyűjtők

Az anyagmozgás iránya

9. ábra: Az erózióveszély térképe

5. Következtetések

A boolea-i logikai szabályok komplex tényezőket integrálva alkalmasak az erózió és sze-

dimentáció térképi megjelenítésére. Az erózió-érzékenység, a lejtő és a lefolyás-sűrűség érté-keit sikeresen integráltuk egy GIS modellbe, amely az erózió-veszélyeztetettségi térkép meg-születéséhez vezetett.

A vizsgálatok alatti csapadékesemények nem voltak elég intenzívek ahhoz, hogy az eró-zióvédelmi céllal elhelyezett fatörzsek mentén felhalmozódott szedimentum segítségével a modell további kalibrációja megtörténhessen. Az itt közölt előzetes eredmények alapján a modell hatékonyan működik.

A modell segítségével előállított erózió-veszélyeztetettségi térképek alapján megállapítha-tó, hogy a mintaterület keleti és dél-keleti részén erős erózióveszély áll fenn, míg közepes erózióveszéllyel elsősorban a terület középső részén találkozunk. A gyenge erózióveszéllyel jellemezhető terület a hegység északi részén helyezkedik el. A nagyon alacsony erózióveszély a mintaterület északi és a déli szegélyén lép fel. Összességében megállapíthatjuk, hogy a nagy

7

erózió-veszéllyel jellemezhető területek aránya kisebb, inkább az alacsony erózióveszély a jellemző.

Az erózióveszély térképezésének eredményeit összevetve az erózióvédelmi területek elhe-lyezkedésével megállapíthatjuk, hogy az erózióvédelmi intézkedések hatékonyak voltak. Né-hány, nagy erózióveszéllyel bíró terület nem részesült semmilyen védelemben, ezek elsősor-ban a dél-keleti területeken fekszenek.

Az itt bemutatott eróziós modell számos esetben hasznos eredményekkel szolgálhat, és a logikai szabályok más környezethez történő módosítása könnyen elvégezhető. A modell al-kalmazásának segítségével a helyi és regionális területi tervezés során előre jelezhető az eró-zió veszélye, és így a védekezés szükségességének a helye is.

6. Irodalom Canakcioglu, H. 1986: Forest fires and fire problems in Turkey. Paper presented at a seminar on Methods and

Equipment used to Prevent Forest Fires, Valencia, Spain. 29 September-4 October 1986. 10 pp. Carrara, A. 1983: Multivariate models for landslides hazard evaluation, Math.Geol. 15(3), p.p. 403-427. Dai, J. J., Lorenzato, S., Rocke, D. M. 2004: A knowledge-based model of watershed assessment for sediment.

Environmental Modelling & Software 19: 423–433. Davidson, D. A., Theocharopoulos, S. P., Bloksma, R. J. 1994: A land evaluation project in Greece using GIS

and based on Boolean and fuzzy set methodologies. International Journal of Geographical Information Systems 8: 369–384.

DeBano, L. F., Neary, D. G., Folliott, P. F. 1998: Fire' s Effects on Ecosystems. New York: John Wiley & Sons. 333 pp.

Elliot, W. J., Foltz, R. B., Robichaud, P. R. 1999: Measuring and modeling soil erosion processes in forest. Pre-sented at International Forestry Engineering Conference, Edinburgh, UK. 13 p.

Giordano, A. 1986: A first approximation of soil erosion risk assessment in the southern countries of the Euro-pean Community. In: Morgan, R. P. C. and Rickson, R. J. (eds): Erosion assessment and modelling. Commission of the European Communities Report EUR 10860, 3-24.

Gournelos, Th., Vassilopoulos, A., Evelpidou, N. 2001: An erosion risk map on Samos island, based on fuzzy models, taking into consideration landuse situation after the fire of July 2000. Proceedings of 7th con-ferences of Environmental Science and Technology, Syros, pp.284-290.

Gournelos, Th., Evelpidou, N., Vassilopoulos, A. 2004: Developing an Erosion risk map using soft computing methods (case study at Sifnos island), Natural Hazards 31(1): 39-61.

Government of Jordan 1986: Forest Fire Control in Jordan. Amman, Ministry of Agriculture, Department of Forests and Soil Conservation. 10 pp.

Government of Portugal 1998: Report on the follow-up of the Strasbourg and Helsinki Ministerial Conferences on the Protection of Forests in Europe (Third Ministerial Conference). Lisbon, Ministry of Agriculture, Rural Development and Fisheries. 100 pp.

Government of Spain 1993: Los incendios forestales en España durante 1993. Madrid, Ministry of Agriculture, Fisheries and Food. 31 pp.

Government of Yugoslavia, SFR 1986: National report of Yugoslavia. Paper presented at a seminar on Methods and Equipment used to Prevent Forest Fires, Valencia, Spain, 29 September-4 October 1986. 7 pp. + annexes

Jenny, H. 1941: Factors of Soil Formation. McGraw-Hill Book Company, New York, p. 281. Kirkby, J. 1995: Modeling the links between vegetation and landforms, Geomorphology, 13, p.p. 319-335. Le Houérou, H. N. 1987: Vegetation wildfires in the Mediterranean basin: evolution and trends. Ecologia

mediterranea. 13(4): 12. Potts, D. F. 1985. Water potential of forest duff and its possible relationship to regeneration success in the north-

ern Rocky Mountains. Can. J. For. Res. 15:464- 468. Yalcin, G., Akyurek, Z. No date: Analyzing flood vulnerable areas with multicriteria evaluation. p. 6 (forrás:

http://www.isprs.org/istanbul2004/comm2/papers/154.pdf)