Tereny, na których występują ruchy masowe ziemi, w tym osuwiska, stanowią częstą przyczynę geozagrożeń dla ludności i infrastruktury. Przeważnie problem nasila się nieregularnie, głównie jako następstwo nawalnych opadów deszczu lub wiosennych roztopów. Jednak czy można zminimalizować ryzyko związane z obecnością osuwisk? Zdecydowanie tak, chć skuteczna stabilizacja zboczy lub likwidacja osuwisk bywa kosztowna i nie zawsze jest racjonalna.
Wśród narzędzi pozwalających ograniczyć ryzyko związane z obecnością osuwisk ustawodawca przewidział konieczność prowadzenia obserwacji terenów zagrożonych ruchami masowymi ziemi oraz terenów, na których występują te ruchy (Rozporządzenie Ministra Klimatu i Środowiska, w sprawie informacji dotyczących ruchów masowych ziemi z dnia 4 grudnia 2020 r. Dz. U. z 2020 r. poz. 2270). Obowiązek wypełniania zadań w zakresie prowadzenia rejestrów i monitorowania terenów zagrożonych ruchami masowymi ziemi należy do kompetencji starostów i prezydentów miast.
Przepisy wskazują, że obserwacje można realizować metodą wizji w terenie lub metodą monitoringu (powierzchniowego i/lub wgłębnego) mające na celu rozpoznanie aktywności, śledzenie dynamiki rozwoju osuwisk, wskazanie miejsc podlegających największym zagrożeniom, ograniczenie strat oraz prognozowanie rejonów potencjalnej przyszłej aktywności.
Geozagrożenia dominują zwłaszcza w obszarze Karpat fliszowych, będącym rejonem o zdecydowanie najwyższej podatności osuwiskowej z uwagi na specyficzną budowę geologiczną. Jednakże problemy związane z występowaniem ruchów masowych odciskają swoje piętno, z różną intensywnością, również w pozostałych rejonach kraju, w tym w Polsce północnej.
Osuwiska, zsuwy, obrywy i osypiska są powszechne na obszarach klifowych, ale i w rejonach zurbanizowanych nie należą do rzadkości. Mapa osuwisk i terenów zagrożonych (MOTZ) w skali 1: 10 000, wykonana dla miasta Gdańska w 2011 r.) wskazuje na obecność blisko stu takich obszarów, występujących na wysoczyznach wzgórz morenowych, w pasie o orientacji północny zachód - południowy wschód (NW-SE).
Spośród terenów, na których występują ruchy masowe w Gdańsku, w 2022 roku prowadzono obserwacje 34 osuwisk (Fig. 1), wybranych do monitoringu ze względu na zagrożenie, które stanowią dla życia i zdrowia ludzi, budynków, infrastruktury komunikacyjnej lub przesyłowej, z uwzględnieniem ich lokalizacji i stopnia aktywności. Zgodnie z Umową zawartą z Gminą Miasta Gdańska obserwacje prowadzono metodą wizji w terenie, natomiast dla trzech osuwisk zrealizowano szczegółowy monitoring powierzchniowy metodą naziemnego skaningu laserowego (TLS) i/lub metodą fotogrametryczną z pokładu bezzałogowego statku powietrznego – drona (UAV).
Fig. 1. Mapa lokalizacyjna 34 osuwisk podlegających obserwacjom w Gdańsku w 2022 r.
Skaning laserowy wykonywano przy użyciu urządzenia Riegl VZ-400 z szerokością kątową wiązki lasera 0,04°, zapewniającą wysoką rozdzielczość i dużą dokładność odwzorowania powierzchni terenu.
Produktem skaningu laserowego jest gęsty zbiór punktów (tzw. chmura punktów), z których każdy jest precyzyjnie ulokowany w przestrzeni za pomocą współrzędnych x, y, z, co pozwoliło uzyskać quasi-ciągły przestrzenny obraz terenu (Fig. 2).
Fig.2. Naziemny skaning laserowy (TLS) dolnej części osuwiska nr 28154, w czerwonej ramce pokazano chmurę punktów stanowiącą bezpośredni wynik skaningu laserowego (26/10/2020)
W tym celu wykonano serie pomiarów z różnych miejsc w jego obrębie lub bliskim sąsiedztwie, zapewniając możliwie najpełniejsze pokrycie (warunkowane morfologią terenu oraz obecnością roślinności oraz innych obiektów wpływających na maskowanie sygnału lasera). Pozyskane w ten sposób chmury punktów, skalibrowano poprzez precyzyjny skaning 4 reflektorów geodezyjnych, wspólnych dla kolejnych pozycji skanera.
W wyniku rejestracji uzyskano zbiór punktów charakteryzujący się dużą gęstością oraz wysoką spójnością rzędu kilku – kilkunastu milimetrów. W kolejnym kroku dane podlegały wielostopniowej filtracji.
Wynikowe chmury punktów opisujące klasę gruntu dla każdego osuwiska stanowiły podstawę aktualizacji zmiennorozdzielczych Numerycznych Modeli Terenu (NMT) o rozdzielczości 10 cm – 1 m. W celu uzupełnienia danych o powierzchni terenu w miejscach niedostępnych dla skanera naziemnego posłużono się wynikami pochodzącymi z lotniczego skaningu laserowego (o rozdzielczości 1 m), wytworzonymi w ramach projektu ISOK (Informatyczny System Osłony Kraju przed nadzwyczajnymi zagrożeniami).
Dla wybranych obiektów budowlanych podlegających szczegółowym analizom deformacji (tj. wybranych murów oporowych, ścian budynków, fragmentów jezdni) opracowano szczegółowy NMT o rozdzielczości 1 cm i/lub dodatkowe profilowanie chmur punktów. Natomiast do pomiarów szczegółowych metodą fotogrametryczną UAV wykorzystano bezzałogowy statek powietrzny marki DJI Phantom 4 RTK (Fig. 3).
Fig.3. Realizacja zaplanowanej misji UAV, rejon górnej części osuwiska nr 28154 (05/11/2021)
Dron posiada zdolność precyzyjnego pomiaru położenia w locie z dokładnością centymetrową, co jest możliwe dzięki kinematycznemu pomiarowi czasu rzeczywistego RTK (ang. Real Time Kinematic), przy wykorzystaniu poprawek z serwisu ASG EUPOS.
Naloty fotogrametryczne przeprowadzono w trybie autonomicznym, podczas którego wykonano zdjęcia z wielkością piksela (GSD) nie większą niż 2 cm oraz w pokryciu podłużnym i poprzecznym w stosunku 80%/80%. Dodatkowo, nad obszarami ze zwartą roślinnością wykonano zdjęcia zagęszczające na niższym pułapie. W celu precyzyjnego dowiązania modelu fotogrametrycznego do układu terenowego wykorzystano naziemną osnowę fotogrametryczną w postaci biało czarnych tarcz umożliwiających jednoznaczną identyfikację na zdjęciach lotniczych.
Pomiar współrzędnych osnowy (fotopunktów) odbywał się metodą GNSS RTK odbiornikiem HI Target V30. Część fotopunktów została użyta do oceny dokładności wpasowania modelu fotogrametrycznego w terenowy układ odniesienia. Kolejny etap przetwarzania danych fotogrametrycznych wymaga wygenerowania gęstej chmury punktów i poddania klasyfikacji automatycznej oraz klasyfikacji manualnej. Następnie, na podstawie punktów reprezentujących powierzchnię terenu, podobnie jak w przypadku skaningu laserowego, opracowano NMT w siatce 10 cm.
Obserwacje wykonane w 2022 r. umożliwiły aktualizację statusu aktywności poszczególnych terenów, na których występują ruchy masowe (osuwiska). Szczegółowe informacje o stanie aktywności uzyskano w oparciu o wizje w terenie, oraz precyzyjne zobrazowania powierzchni wybranych osuwisk przy pomocy skaningu laserowego (Fig. 4), co umożliwiło m.in. dokumentację i określenie wielkości przemieszczeń w obrębie podlegającego degradacji muru oporowego (Fig. 5, Fig. 6).
Fig.4. Numeryczny Model Terenu (NMT) osuwiska nr 28154 na podstawie danych TLS/ISOK, niebieską linią przerywaną zaznaczono strefę aktywności poniżej budynku mieszkalnego, układ PL-2000
Fig. 5. Chmura punktów w kolorach naturalnych, obrazująca rejon muru podlegającego degradacji w sąsiedztwie górnej skarpy osuwiska nr 28154, poniżej budynku mieszkalnego, lokalizacje profili poprzecznych zaznaczono kolorem czerwonym
Fig. 6. Profile muru oporowego A-A’, B-B’, C-C’ w sąsiedztwie skarpy osuwiska nr 28154
Metoda fotogrametrii z pokładu bezzałogowego statku latającego (UAV) stanowiła istotne uzupełnienie zobrazowań uzyskanych z wykorzystaniem metody TLS. Pomimo występowania silnie porośniętego rejonu, zwłaszcza w centrum osuwiska nr 28154, zwiększenie pokrycia zdjęć pozwoliło uzyskać większą liczbę punktów reprezentujących powierzchnię terenu, a następnie konstrukcje NMT z rozdzielczością 0,1 m i dużej dokładności (<2 cm).
Dokładniejszy obraz morfologii skutkował lepszym rozpoznaniem tych części osuwisk, w których wykorzystanie dotychczasowej metody pomiarowej było utrudnione. Porównanie NMT z lat 2021–2022 umożliwiło konstrukcję jednolitej mapy różnicowej dla obszaru całego osuwiska (Fig. 8), która wykazała zmiany użytkowaniem terenu poniżej osuwiska (przebudowa chodnika), oraz zmiany związane z odmiennym stopniem pokrycia roślinności w kolejnych latach, przy braku wielkopowierzchniowych zmian świadczących o aktywności osuwiska.
Fig. 7. Różnicowy Model Terenu (mapa różnicowa) osuwiska nr 28154 pokazujący przemieszczenia w profilu pionowym między 5 listopada 2021 r. a 3 listopada 2022 r.
Numeryczne modele terenu (NMT) opracowane dla osuwisk podlegających szczegółowym obserwacjom instrumentalnym pozwoliły na szczegółową wizualizację rzeźby terenu, określenie zasięgów poszczególnych form wewnątrz osuwiskowych, oraz profilowanie stoków. Natomiast, dla wszystkich obszarów podlegających obserwacjom, wykonano aktualizację stanu aktywności, dostarczono informacje o zagospodarowaniu i użytkowaniu terenu, które przedstawiono na mapach sytuacyjno-wysokościowych w skali 1: 1000, z uwzględnieniem aktualnych granic osuwisk i lokalizacją elementów morfologicznych, umożliwiając zastosowanie do celów planistycznych i projektowych (Fig. 8).
Fig. 8. Mapa sytuacyjno-wysokościowa dla osuwiska nr 28154, skala 1:1000, układ PL-2000
W roku 2022, spośród trzydziestu czterech (34) obszarów podlegających obserwacjom, cztery (4) były aktywne, dziesięć (10) okresowo aktywnych i dziesięć (nieaktywnych). Część osuwisk rozpoznanych w 2011 r. w rejonie Biskupiej Górki w Gdańsku, stanowiących do niedawna zagrożenie dla mieszkańców, od 2018 r. podlega stabilizacji i zabezpieczeniu m.in. z użyciem murów oporowych, gabionów, kotw i systemów odwadniających (Fig. 9).
Fig. 9. Zabezpieczone osuwisko nr 28156 na Biskupiej Górce w Gdańsku
Należy podkreślić, że największą aktywność i potencjalne zagrożenie dla zabudowy i infrastruktury wykazuje obecnie: osuwisko nr 28149 w sąsiedztwie ul. Jabłoniowej (Fig. 10), którego zasięg skarpy głównej powiększył się o ~45 m w kierunku wschodnim i ~15 m ku północy (względem 2011 r.); aktywna strefa poniżej skarpy wtórnej osuwiska nr 28152 przy ul. Łostowickiej (Fig. 11) stwarzająca potencjalne zagrożenie m.in. dla stacji benzynowej; oraz obecność dwóch kilkutonowych głazów odsłaniających się w skarpie osuwiska nr 28035 przy ul. Stromej (Fig.12), powyżej zabudowań mieszkalnych i gospodarczych, z których jeden ulega stopniowemu przemieszczeniu w dół stoku.
Fig. 10. Aktywne osuwisko nr 28149 w przy ul. Jabłoniowej
Fig. 11. Strefa aktywności nr 28152 w przy ul. Łostowickiej w sąsiedztwie stacji benzynowej
Fig.12. Częściowo zabezpieczone osuwisko nr 28035, z głazami w obrębie skarpy głównej, stanowiącymi potencjalne zagrożenie dla mieszkańców i zabudowy mieszkalnej i gospodarczej
W bieżącym roku zaplanowano szczegółowe obserwacje z wykorzystaniem monitoringu instrumentalnego w obrębie sześciu (6) osuwisk, oraz ogólnego monitoringu obserwacyjnego na dziewiętnastu (19) obszarach, które stwarzają największe zagrożenie reaktywacją ruchów masowych dla ludności i infrastruktury. Wśród innowacyjnych metod badawczych, w roku 2023, wykorzystany zostanie skaning laserowy z pokładu drona (LiDAR UAV), co pozwoli zminimalizować negatywne wpływy gęstej szaty roślinnej, na pozyskanie jednolitych danych, stanowiących podstawę konstrukcji numerycznych modeli terenu (NMT) o wysokiej rozdzielczości.
Opracowanie: Jerzy Frydel
Bibliografia – materiał, który posłużył do przygotowania tekstu:
- Frydel, J., Mil, L., Jurys, L., Maciaszek, P., Tobojko, L., Maszloch, E., Wirkus, K., Karwacki, K., 2022, Protokół obserwacji terenów, na których występują ruchy masowe ziemi, tj. osuwisk, zlokalizowanych na terenie miasta Gdańska, Gdańsk, s. 1–66.
