ETH ve SLF araştırmacıları tarafından geliştirilen yeni bir 3D simülasyon aracı artık karmaşık alpin kütle hareketlerinin önemli ölçüde daha doğru tahminlerine izin vererek Alpine risk yönetimini destekliyor.
İsviçre Alpleri’ndeki son büyük kaya buzu çığları-özellikle de Brienz ve Blatten yakınlarındaki dramatik çökmeler-ayrıca daha ileri modelleme yaklaşımlarına olan ihtiyacı göstermektedir. Daha doğru modeller sadece bu tür doğal tehlikelerin anlaşılmasını ve tahminini geliştirmekle kalmaz, aynı zamanda nüfuslu dağ bölgelerinde bu olayların daha etkili ve daha güvenli yönetimini de destekler.
“Klasik derinlik ortalamalı modeller birinci dereceden tahminler için çok yararlı olsa da, birçoğunun akış davranışının son derece üç boyutlu olduğu Blatten’de görüldüğü gibi sağlam, düzensiz arazilerle uğraşırken zorlukları yaşar.” Bu, Eth Zürih’te Alpin Mass hareketleri profesörü ve WSL Kar ve Çığ Araştırma SLF Profesörü Johan Gaume tarafından çizilen sonuç budur.
Teknik olarak “derinlik ortalaması” olarak adlandırılan modeller, bir heyelan veya çığ içindeki her hareketi hesaplamayın. Bunun yerine, ortalama bir akışı tahmin ederler – aslında akışın ne kadar hızlı ve ne kadar kalın olduğunu ve tüm kütlenin hangi yönde yer boyunca hareket ettiğini açıklarlar.
2022’de Johan Gaume ve meslektaşları, “Alpin kütle hareketleri ve süreç kaskadları için öngörücü bir modele doğru” başlıklı bir dönüm noktası bilimsel makalesi yayınladılar. Yeni geliştirilen bir 3D simülasyon aracı kullanarak, 2017 Piz Cengalo Rock-Buz Çığ, Infamous 1963 Vajont Vajont Vajont toprak kayması ve ardından 2020 neden buzlu havada bir dalga dahil olmak üzere birkaç felaket etkinliğini gerçekçi bir şekilde yeniden üretebildiler.
Bu simülasyonlar modellerinin yeteneklerini gösterirken, olaylardan sonra gerçekleştirildi ve gerçek dünya senaryoları için öngörücü güç talep etmeyi zorlaştırdı.
Brienz – İlk Doğruluk Testi
Gerçek test, yukarıdaki dağın büyük bir bölümünün yakın çökmesi nedeniyle Brienz köyünün tahliye edildiği 2023’te geldi. Modellerine dayanarak, araştırmacılar sözde “kör simülasyonlar” gerçekleştirdiler-yani, daha sonra takip eden gerçek heyelanlara daha iyi uyacak şekilde herhangi bir parametreyi önceden ayarlamadan, modeli tam olarak geliştirdikleri gibi çalıştırdılar. Bu, modelin güvenilir olduğunu ve sadece tek bir durum için özelleştirilmediğini gösterdi.
Serbest bırakılan malzeme miktarı, dağın yüzeyinin zamanla nasıl hareket ettiğini, kaya kaymasına karşı direnç, kaya testlerinden elde edilen sonuçlar kullanılarak dikkatle tahmin edildi. Gaume, “Simülasyonumuz, ortaya çıkan çığların ilk evlerden sadece on metre kısa bir süre duracağını tahmin etti. Bu sonuçlar kanton yetkilileriyle gayri resmi olarak paylaşıldı ve sonuçta gerçek heyelanın gerçek kapsamını çok yakından eşleştirdi.”
2025’te, Blatten köyünün büyük bir kaya buzu başarısızlığı riski nedeniyle tahliye ile karşılaştığı Mayıs ayında bir başka kritik durum ortaya çıktı. Resmi olarak görevlendirilmemiş ve Valais yetkilileriyle doğrudan temas etmeden, Gaume ve meslektaşları simülasyon yapmaya başladılar. Amaçları, öngörücü modellerini Brienz’den daha karmaşık ve güvencesiz bir senaryoda daha da test etmekti – çünkü Blatten’de, Rock ve Water ile birlikte buz da dahil oldu ve arazi son derece karmaşık.
Blatten kaya buzu çığının doğru modellenmesi.
Gaume, “Blatten’deki dramatik durum ve modelleme yaklaşımımızın yeniliği göz önüne alındığında, büyük bir dikkatle ilerledik ve modeli doğruluğunu ve güvenilirliğini sağlamak için titiz bir doğrulama sürecine maruz bıraktık.” Araştırmacılar, düşen kayanın buzulun çöküşünü sürükleyeceği veya tetikleyeceği varsayılarak 10 milyon kılıç metrelik bir kaya buz karışımının salınımını modellediler.
Bu hacim tahmini, kaya hacmini 3 ila 5 milyon metreküp arasında ve yaklaşık 5 milyon metreküp olduğu tahmin edilen buzulun bilinen büyüklüğüne dayanan uzman değerlendirmelerine dayanıyordu. Bu tahmin, ETH Zürih ve Daniel Farinotti liderliğindeki ETH Zürih ve SLF glaciologlar tarafından olay sonrası analizde belirlenen 9.3 milyon kılıç metre kaya, enkaz ve buz hacmiyle yakından eşleşti.
Kayan direnci karakterize eden sürtünme katsayısı için, araştırmacılar 0.2 değeri seçtiler – geçmiş rock -buz çığlarından gelen deneyimlerle iyi desteklenen temkinli bir tahmin. Bu, önceki gerçek dünya olaylarına (0.25) en iyi eşleşen değerden biraz daha düşük olmasına rağmen, araştırmacılar tarihsel değişkenliğe işaret ederek seçimlerini haklı çıkarırlar, bazı geçmiş çığların daha düşük kayma direnci sergilediğini belirtmektedir.
Model şok dalgası efektlerini yakalar
Son haftalarda, ekip ilk yayınlanmamış simülasyonları tekrar ziyaret etti ve biraz daha yüksek bir sürtünme değeri 0.23 kullanmanın maçı daha da geliştireceğini belirtti. Dahası, modelin karmaşık, dik topografide basamaklı süreçleri gerçekçi bir şekilde ele alabildiği ortaya çıktı.
Gaume, “Genel olarak, modelimizin gelecekte karmaşık alpin kütle hareketlerinin daha kesin tahminlerini sağlamasını sağlayan bir öngörücü doğruluk seviyesine ulaştık – her ikisi de ne kadar uzağa uzatabilecekleri ve vadinin ne kadarını kapsayabilecekleri açısından.”
“Şimdi, yaklaşmakta olan kitle hareketlerinin potansiyel sonuçlarını değerlendiren simülasyonlarla yetkilileri desteklememizi sağlayan güvenilir, kullanıma hazır bir araca sahibiz.”
Gerçekte olduğu gibi, simülasyon sonuçları Blatten’in çoğunun yok edildiğini gösterirken, Weissenried’in komşu bölgesi düşen kayadan ve buzdan dar bir şekilde kaçıyor. Model, vadinin güneybatı tarafında 1,2 kilometre ve kuzeydoğu tarafında 700 metre çökmüş kütlenin bir reklamını gösteriyor – gerçek felaketle karşılaştırıldığında son derece doğru olduğunu kanıtlayan değerler.
Blatten’in üzerindeki huş buzulunun durumunda önemli bir faktör, arazinin karmaşıklığıydı: kaya ve buz akışı nispeten açık bir alanda başladı, dramatik bir şekilde daraldı ve hareketin başlangıç yönüyle uyumlu olmayan bir geçitle sona erdi. Bu, azalan akış kütlesinin bir kısmının havaya bağlı hale gelmesine neden olan bir şok dalgası etkisi yarattı (etkinliğin videolarında çekildiği gibi) – geleneksel modellerin tipik olarak yakalayamadığı bir fenomen. Özellikle, partiküllerin arazi yüzeyinin 100 metreyi aşan yüksekliklere ulaştığı bildirilmiştir.
Kar çığları, kaya çığları ve enkaz akışlarını modellemek için mühendislik uygulamalarında yaygın olarak kullanılan araçlar tipik olarak 2D derinlik ortalamalı yöntemlere dayanmaktadır. Bunlar, kaya ve su akışının sığ olduğunu ve araziyle sürekli temas halinde olduğunu varsayar ve sürekli sürtünme ile sonuçlanır. Gaume, “Buna karşılık, 3D modelimiz partiküllerin yüzeyden ayrılmasına izin vererek, zemin sürtünmesini azaltır ve havadaki fazları doğru bir şekilde yakalayarak bu, akış davranışını simüle etmek ve dik veya karmaşık arazide saldırmak için kritiktir.”
Tehlike Yönetiminde Gelişmiş Modellemeye Doğru
Bu modeller, akış dinamikleri, darbe bölgeleri ve salma mesafeleri hakkında daha gerçekçi bilgiler sağlar-bu da daha iyi bilgilendirilmiş kararlar ve daha etkili risk azaltma sağlar. Gaume, “Amacımız mevcut 2D araçlarının yerini almak değil, klasik modellerin sınırlarına ulaşabileceği tamamlayıcı bir çözüm sunmaktır. Modelimizi uygulayıcılar ve yetkililer için erişilebilir ve kullanılabilir hale getirmek için aktif olarak çalışıyoruz.”
Gaume, “Yetkilileri Lötschental’de ve Brienz’de, durumu yönettikleri ve yönetmeye devam ettikleri ve evlerini ve eşyalarını kaybeden sakinler için derin bir şefkat hissettikleri için en yüksek saygı duyuyoruz.” “Trajik bir şekilde, buzul çöküşü de bize bu doğal afetlerin arkasındaki gerçek insan maliyetini hatırlatan bir hayat iddia etti.”
Bu, Gaume’un bu tür olayların tahmin edilmesinin ve erken uyarısının gelecekte daha da etkili olmasını sağlamak için mümkün olan her şeyi yapma kararlılığını daha da güçlendirir. Kaya buz çığının modellenmesinin ilk aşamalarına baktığımızda, Gaume, simülasyonlar ilk kez köyün olası bir yıkımını gösterdiğinde hissettiği huzursuz huşu hatırlıyor:
“Benim tarafımda, elde ettiğim ilk sonuçlar oldukça gerçekçi görünmüyordu, özellikle Weissenried’e doğru önemli bir artış akışı nedeniyle. Simülasyonu çalıştırmadan önce siteyi ziyaret etme fırsatı bulsaydım, bu sonuçları lonzaya göre yüksekliği göz önüne alındığında, bu sonuçları daha az makul bulurdum. Bu nedenle, bunları daha fazla formal adımlar atmadan önce meslektaşımla tartışmanın önemli olduğunu hissettim.
Yeni geliştirilen modelleriyle, ETH ve SLF’den araştırmacılar, özellikle karmaşık alpin ortamlarında gelecekteki tehlike değerlendirmeleri için 3D simülasyon araçlarını daha da doğru hale getirmek için önemli bir adım attılar ve umarım gelecekte hasar ve kayıp derecesini azaltmaya yardımcı oldular.
