GIS-analyse av terrengendringer i kvikkleirefarlige områder med eksempler fra Trøndelag

Abstract

I Norge har det gått en rekke kvikkleireskred gjennom historien. Noen av disse har knapt vært merkbare, mens andre har fått katastrofale følger. Gjerdrumskredet i 2020 er et eksempel på det siste, da det resulterte i store ødeleggelser og tap av flere menneskeliv. I etterkant av dette fikk kvikkleireproblematikk økt fokus, da det ble tydelig at kartlegging og sikring av slike områder er noe som må tas på største alvor. Problemstillingen i denne oppgaven har som formål å komme nærmere en løsning på denne problematikken ved å undersøke bruken av detaljerte høydemodeller (LiDAR) fra forskjellige år, og GIS-analyser for deteksjon av kritiske terrengendringer, i områder preget av marine avsetninger og kvikkleire.

For å gjennomføre terrengendringsanalysene ble programvaren ArcGIS Pro brukt til å sammenligne LiDAR-data fra ulike år. Dette ble gjort for de to studieområdene Byneset og Småvika i Flatanger, begge to i Trøndelag der det er kjente forekomster av kvikkleire. Terrengendringene som ble funnet i ArcGIS Pro baserte seg på høydeendringer som hadde oppstått i terrenget i tidsintervallet mellom LiDAR-målingene. For å sortere høydeendringene etter størrelse, samt skille ut støy og endringer som ikke var relevante for denne konteksten, ble det valgt grenseverdier med tilhørende symbolisering. Terrengendringene som hadde størst høydeforskjell og utstrekning i overflateareal ble deretter videre undersøkt ved hjelp av flyfoto. Noen av endringene som ble oppdaget på Byneset ble også befart i felt, i tillegg ble det foretatt volumberegninger og 3D-modellering i programvaren Cloud Compare for et utvalg av disse.

Resultatene viste at det er mulig å detektere terrengendringer i marine avsetninger, men at ikke alle er like relevante. Mye støy viste seg å være områdespesifikk, der jordbruk sto for det meste av dette på Byneset. Innføring av grenseverdier bidro til å fjerne en del støy, samt rette fokus mot de største og mest relevante terrengendringene. LiDAR-data har begrensninger i områder med tett vegetasjon. Dette ble tydelig i noen områder som fikk lav punkttetthet og usikre resultater i terrengendringsanalysene. Flyfoto og feltundersøkelser kunne i mange tilfeller bekrefte det som ble funnet i analysene i ArcGIS Pro, men avdekket også enkelte falskt positive og falskt negative resultater. Noen av disse kunne blitt unngått dersom det ble utført hyppigere innsamling av LiDAR-data, som deretter ble brukt i terrengendringsanalyse. I forbindelse med kartlegging av kvikkleirefaresoner, lokalt, regionalt og i hele Norge, kan slike analyser være et nyttig supplement, da de kan bidra til å avdekke kritiske områder der det er behov for videre undersøkelser.

Norway has experienced a number of quick clay landslides throughout history. Some of these have passed unoticed, while others have resulted in catastrophic consequences. The Gjerdrum landslide in 2020 is an example of the latter, as it caused extensive infrastructure destruction and tragic loss of several lives. In the aftermath of this event, the issue of quick clay became a focal point, highlighting the need for thorough mapping and securing of such areas. The aim of this thesis is to address this issue by investigating the potential of terrain change analysis in GIS for detecting critical terrain changes in areas characterized by marine deposits and quick clay.

To conduct the terrain change analyses, the software ArcGIS Pro was used to compare LiDAR data (high resolution elevation models) from different years. This was done for two study areas, Byneset and Småvika in Flatanger, both in Trøndelag and known for presence of quick clay. The terrain changes identified in ArcGIS Pro were based on height differences that occurred within the time interval between the LiDAR data measurements done at different years. To rank the height changes by magnitude and filter out noise and irrelevant changes, threshold values with corresponding map symbolisation were chosen. The terrain changes with the greatest height difference and surface area were further examined using aerial photographs. For some of the identified changes from Byneset field investigations were carried out, and volume calculations and 3D modeling were conducted in the Cloud Compare software for a selection of these.

The results of the analyses demonstrate that it is possible to detect terrain changes in marine deposits, although not all of them are relevant. Much of the noise was found to be area-specific, primarily related to agriculture practices in Byneset. The introduction of threshold values helped remove some of the noise and focus on the most significant terrain changes. Limitations of LiDAR data in areas with dense vegetation were also evident, as this resulted in low point density and uncertain results in the terrain change analysis. Aerial photographs and field investigations often confirmed the findings in ArcGIS Pro analyses, but also revealed some false positives and false negatives. Some of these could have been avoided by more frequent collection of LiDAR data, which could then be used for higher quality terrain change analysis. In the context of mapping quick clay hazard zones, locally, regionally and across Norway, the described analyses can be a useful supplement, as they can help identify critical areas that require further investigation.