Amenaza volcanica
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Amenaza Volcnica:Amenaza Volcnica:
IntroduccinIntroduccin
Robert P.G.A. VoskuilRobert P.G.A. Voskuil
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Contenido
Patrones globales de volcanismoTipos de erupcines volcnicas y amenazas
relacionadas.
Distribucin de las amenazas volcnicasMapeo de amenazas volcnicas
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Amenazas volcnicas y el HombreCa. 550 histricamente activos en el planeta.En los ltimos 500 anos 200.000 personas como
resultado de erupcines volcnicas.En la actualidad mas de 500 millones de personas viven
en zonas de influencia de amenazas volcnicas.
Ejemplos como (Pinatubo, Montserat, Galunggung)muestran que un adecuado conocimiento de la amenazavolcnica, informacin apropiada y preparacin adecuadade las comunidades y autoridades permite dar solucinapropiada en situaciones de crisis originadas por unaerupcin volcnica.
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Muchas ciudades de gran tamao estn localizadas cerca de volcanesque representan un alto nivel de amenaza
Ciudad de Mxico & Volcn Popocatepetl
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Pompei, Italia: destruido en el ano 79 por el
Vesubio
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Patrones globlales de Vulcanismo
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Placas tectnicas y vulcanismo Patrones globales de vulcanismo estn
relacionadas con los limites de las placastectnicas (regiones ssmicamente activas) El tipo de actividad volcnica depende
principalmente del tipo de limite de placa Cada tipo de erupcin se caracteriza por
una combinacin especifica de amenazasvolcnicas.
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Tipos de limites de placa
Divergentes: erupcines calmadas de magma basaltico Convergentes (subduccin): erupcines explosivas de magmas andesiticos
Intraplacas (puntos calientes, hot spots): erupcines de magama basaltico
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Extrusion de magma & gases Erupcin volcnica:
Magma en ascenso y gases asociados alcanzan la
superficie de la corteza terrestre y son lanzados sobre lasuperficie del terreno o a la atmsfera.
Flujo calmado de lava< - - > erupcin explosiva Depende de la viscosidad y contenido de gases del
magma Viscosidad depende del contenido qumico y temperatura
del magma
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Composicinpromedio de losprincipalestipos de lava ysuscontrapartesintrusivas
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Domo en Riolita, altamente viscoso,
Galunggung, Indonesia
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Tipos de erupcines
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ndice de explosividad Volcnica (VEI)
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Diferentes tipos de amenazas volcnicas
Flujos de lava Cada de cenizas
Nubes ardientes Impactos directos Lahares (volcanic debris- and mudflows)
Gases volcnicos Sismos volcnicos Tsunami (large sea- or lake waves)
Nubes de ceniza que afectan navegacin area
Evaluacin de amenaza y zonificacin: complicado!
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Amenazas volcnicas
Directas Indirectas Amenazas primarias o directas: debido ala
impacto directo de los productos de la erupcinvolcnica.
Amenazas secundarias o indirectas: debido a
efectos colaterales de la erupcin.
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Amenazas directas Flujos de lava Cada de piroclastos: cada de cenizas y rocas Flujos piroclsticos (flujos de pmez, nubes
ardientes, base surge)
Lahares (primarios, calientes) Gases (calientes, txicos) Impacto directo
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Amenazas indirectas Lahares frios secundarios (pueden ocurrir por
anos despues de la erupcin) Deslizamientos Tsunamis, generados por erupcines volcnicas
(Krakatau, 1883!) Lluvia cida Cenizas en la atmsfera (trafico areo!)
Influencia sobre el clima?
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Lava < > Piroclastos
Principales productos volcnicos slidos:
Magma/lava Piroclastos:
Ceniza (tuff), lapilli, bloques/bombas
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Flujos de Lava, Batur, Indonesia
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Flujos de Lava (Etna)Flujos de Lava (Etna)
Amenazas:
Aplastar
Sepultar
Incendiar
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Erupcin Pliniana:
Gases en el magma sonliberados de manera
continua a medida queeste asciende a lasuperficie, desde lacmara magmtica, travs
del conducto volcnico
El proceso dedescompresin fragmenta
el magma y lo conduce demanera continua a travsdel conducto
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Materiales piroclsticos
Liberacin explosiva de gases desde el magma/lavagenera piroclastos
(piro = fuego & clastos = fragmentos) Generalmente de origen cido/intermedio Tamaos: cenizas < 4 mm
Lapilli 4 - 32 mmBombas & Bloques > 32 mm
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Cada piroclstica (1)
Materiales arrojados/disparados a travs del crter Materiales pesados (bloques, bombas) siguen una
trayectoria balstica
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Mapa de iso-pacas, espesor depsitos piroclsticos de
cada en cm, erupcin Tambora , 1815
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Distribucin de cenizas, erupcin Kelud, 1919Vientos elevados arrastraron las cenizas en direccin occidental, vientos
bajos en direccin oriental
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Cada de cenizas (Galunggung, Java, 1982)
Amenazas:
Colapso deestructuras(esp. techos
planos!)Cubre lavegetacin
Contamina aguas
Problemasrespiratoriospara las
personas
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Colapso de techos debido a la cada de cenizas,
Pinatubo, Philippines, 1991
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Flujos piroclsticos
Mezcla de materiales piroclsticos y gases Nubes ardientes/avalanchas ardientes (dexplosion &
davalanche) Flujos calientes, venenosos que destruyen todo lo que
encuentran a su paso.
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Generacin de
flujospiroclsticos
a) Colapso Lava-domo (tipo Merapi)
b) Explosinrepentina del domo
de lava (tipoPeleean)
c. Colapso desde
una columna deerupcin (tipoSoufriere)
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Flujos piroclsticosgenerados por elcolapso de una columnade erupcin
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Flujos piroclsticos/Nubes ardientes
Amenazas:Estructuras dbiles colapsanIncendiosCubierta de cenizas
Sofocacin
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Flujos de lodo Volcnico/Lahares
Mezcla de detritos volcnicos (todos los tamaos!) y agua. Contenido de agua (bajoalto) influencia mobilidad.
Fuente de agua: (crater)lago, lluvia glaciar-hielo o nieve.
Fuente de detritos: depsitos de caida piroclstico, depsitos de flujo piroclstico materiales fondo de valles
Lahares de erupcin (calientes!) & Lahares por lluvia Amenaza de desbordamiento
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Generacin de
un lahar debidoal derretimientode hielo y nieve,durante laerupcinvolcnica delRuiz Colombia,
1985
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Depsitos deflujopiroclstico(zona oscura)
son la fuentepara loslahares
generados enepoca de lluvia(tonos grises),vertiente SW
Merapi, Java,Indonesia
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Lahares, sedesbordan ycubren reasadjacentes, cuandolos valles son pocoprofundos paracontener el
volumen del flujode escombros
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Distancia alcanzada por los materiales piroclsticos,Merapi, Java, Indonesia
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Evaluacin de la amenaza volcnica
Evaluacin de la amenaza volcnica es llevada acabo mediante la combinacin de dos enfoques
complementarios, los cuales podran conducir a laprediccin: Anlisis de Mediano a largo plazo,
Estudia la historia eruptiva del volcn, mapeo ymodelamiento de la amenaza volcnica,zonificacin de la amenaza volcnica.
Corto plazo; vigilancia y monitoreo del volcn.
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Evaluacin de la amenaza y su mitigacin (1)
Anlisis de mediano a largo plazo Estudio de la historia eruptiva del volcn: mapeo
de depsitos y evaluacin del ndice deexplosividad (VEI), intensidad, magnitud yduracin de previos eventos volcnicos >>>>
caracterizacin del conjunto de la actividadvolcnica y las amenazas potenciales.
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Zonificacin de la amenaza volcnica
Zonificacin de cada amenaza de acuerdocon:
La intensidad (e.g. espesor o extensin de
la amenaza) Frecuencia de ocurrencia
La combinacin de ambos
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Zonificacin de la amenaza: reglas generales
La intensidad de los fenmenos volcnicosdisminuye con la distancia al centro de laerupcin (crater or fisura)
Factores topogrficos o meteorolgicos puedenmodificar el avance del fenmeno, tales como re-direccionamiento de flujos por efectostopogrficos.
Depsitos de ceniza
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Depsitos de ceniza ,
Volcn Tangkuban Perahu, Java, Indonesia
D i d d d l i l i di
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Datacin de productos de la erupcin volcnica por medio
de evidencias arqueologicas
Nivel del
terreno en
la
actualidad
Nivel del
terreno 900
aos atras
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Depsitos de lahar:sin buena gradacin
Volcn Agung,
Indonesia
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Evaluacin de la amenaza y mitigacin (2)
Vigilancia y monitoreo instrumentalmonitoreo de volcanes (usando sistemas en el
terreno y sistemas de teledeteccin) > prediccionesde corto plazo
Tecnicas: Observacin visual Actividad ssmica (tremores/sismos volcnicos) Deformacin del terreno (inclinmetros,GPS) Emisin de gases (composicin qumica + temperatura) Sensores remotos
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Evaluacin de la amenaza y mitigacin (3)
Sistemas de alarma temprana Planes de emergencia y evacuacin
Programas educativos orientados a crear conciencia delas amenazas para poblaciones que viven en reas deinfluencia volcnica
Planificacion del uso del suelo, basado en la zonificacinde la amenaza Cdigos de construccion (e.g. construccion de techos) Construccin de estructuras tales como diques para
desviacin de lahares
Zonificacin de la amenaza
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Hawaii: 5 volcanes y sus zonas derrameAmenaza relativa por flujos de lava
Zonificacin de la amenaza
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Uso de sensores remotos & SIG
Mapeo de reas volcnicas Monitoreo de actividad volcnica y erupcines
Sistemas de alarma temprana Zonificacin de la amenaza
Quantificacin de depsitos volcnicos Evaluacin de daos
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hot spot volcnico en la cima del volcn Shishaldin
Monitoreo de la erupcin Mt Pinatubo 15 de
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Monitoreo de la erupcin , Mt. Pinatubo, 15 de
Junio 1991
M i d l d i
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Monitoreo de plumas de erupcin
Galunggung,
Java, 28/7/82Noaa-7,AVHRR
Color indica
temperatura dela pluma
Monitoreo de la erupcin
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o to eo de a e upc
(Pinatubo, 1991) (MOS-1)25 - 11- 1989 5 - 7 - 1991
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Cenizas del Pinatubo :distribucin global
Erupcin Junio 1991
NOAA AVHRRimgenes, Mayo 1991,Julio 1991, Agosto1991
Mt Pinatubo
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Mt. Pinatubo,
Philippines, 13/4/94
SIR-C/X-SAR,falso color
naranja: depsitosde flujopiroclstico (1991)
Negro:lahares suavizados
Mt Pi t b
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14/4/94 5/10/94
Mt. Pinatubo,
Philippines
SIR-C/X-SAR
Monitoreo delahares
Evaluacin de daos mediante el uso de fotografias areas secuenciales
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Armero (Colombia):
pre & post erupcin del 13 de noviembre de 1985 (Nevado del Ruiz)
Armero: evaluacin rpida de daos,
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con fotografias areas de formato pequeo
Mapeo de depsitos volcnicos y estructuras: Galunggung,
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Indonesia
Landsat TM
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CadenavolcnicaVirunga ,Rwanda,Zaire, Uganda
Composicin enfalso color
Sir-C/X-SAR
3/10/94,
VolcnVolcn Mayon geomorMayon geomorfologafologa
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VolcnVolcn Mayon, geomorMayon, geomorfologafologa
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Introduction to case study:Measuring erosion and sedimentation from multi-
temporal DTMs:Pinatubo volcano
Cees van Westen
International Institute
for Aerospace Survey and Earth Sciences(ITC), Enschede, The Netherlands.E-mail: [email protected]
Plate tectonics
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Plate tectonics
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The ring of fire
Tectonic setting of the Philippines
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g pp
Volcanoes in thePhilippines are related toan island arc setting
The Pacific Plate, movingto the west at a rate ofabout 9 cm per year
The China Sea Platewhich moves 9 cm peryear in eastern direction
Manila and the Philippine
trench
Active volcanos in the Philippines
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The Philippine Institute ofVolcanology and
Seismology (PHIVOLCS)has identified:
at least 220 inactive and 22
active volcanoes Before the 1991 eruption of
Mt. Pinatubo, only 5 of themost active volcanoeswere being monitored byPHIVOLCS
Western Luzon Volcanos
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Volcanos
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Annual
rainfall
Mean annualrainfall is 1,950
mm with 60%
falling in July,
August and
September
Geology
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Eruption
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p
Mt. Pinatubo began spewing ash on June
3, 1991 at 0730H, and continued for 3
months until the end of August 1991. It
peaked during the eruption of June 15
1991, propelling ash up to 30 km above
the vent. Mount Pinatubo is located in a
densely populated area, with major citiessuch as San Fernando, and Angeles.
Before the eruption 2 large US military
bases were present in the area (Clark Air
Base, and Subic Bay Naval Base).
Pinatubo eruption (MOS-1)
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p
25 - 11- 1989 5 - 7 - 1991
SPOT image 1991
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Effects
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Explosion Ashfall
Direct ash fall Aerosols
Pyroclastic flows
Primary Secondary
Lahars
Syn-eruption lahars Post-eruption lahars
Explosion
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Pinatubo volcano before the main eruption Pinatubo crater shortly after main eruption
Dome growth after one year
Crater in 1998. Lake development
Ashfall
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Regional ashfall
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Eruption column:
35 km high
reaching 250 upwindNE
7500 km2 of Luzoncovered with more than
1 cm
Japanese GMS image at 1640 hours on June 15 1991
Movement of Ash cloud
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Reported at 3hours interval.
Total ashcoverageestimated:1.7 km3
Study area:Study area: PinatuboPinatubo
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Sulfur dioxide
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Volcanos can place so much Sulfur dioxideinto the atmosphere that global climate isaffected.
Sulpur dioxide reacts to sulfuric acid that
can travel in atmoshere around the world Decreasing solar radiation
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Pyroclastic flow deposits
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Pyroclastic flow deposits
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HIGH EMPLACEMENT TEMPERATURE :>450 - 700C NON-WELDED, VERY DRY,
COHESIONLESS THICKNESS ~200m ON DEEP PRE-
ERUPTION VALLEYS SANDY (FINE TO COARSE)
Study area:Study area: PinatuboPinatubo
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Volumes of PF
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WATERSHED AREA(km2) PHIVOLCS(km
3) Scott, et.al.(km
3) USACE(km
3)
O Donnel 10.1 0.60 0.34 0.24Sacobia-Pasig-Abacan 21.8 1.60 1.05 0.90Gumain 2.3 0.05 0.03 -Marella 21.6 1.30 1.26 1.40Bucao-Balin Baquero 65.3 3.10 2.28 3.0Veneer uplands 30.0 0.17 5.54
TOTAL 176.1 6.65 5.13 5.54
Erosion in PF deposits
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ModellingModelling erosion at Mterosion at Mt PinatuboPinatubo
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Secondary Pyroclastic flow
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ModellingModelling erosion at Mterosion at Mt PinatuboPinatubo
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PINATUBO LAHARS
2 TYPES OF LAHAR FLOWS
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2 TYPES OF LAHAR FLOWS: DEBRIS FLOW: 50-90% SED:WATER
HIGH YIELD STRENGHT,DEPOSITIONAL
HYPERCONCENTRATED FLOW:30:40% SED:WATER TURBULENT, EROSIVE
Study area:Study area: PinatuboPinatubo
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Syn-eruption lahar
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Lahars at Mt. Pinatubo, Philippines
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Before After
Lahars at Mt. Pinatubo, Philippines
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Before After
Lahar damage
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Mount Pinatubo
Annual Sediment Delivery
Year Actual Best fit Low High1991 805 801 725 9251992 555 596 539 688
Mount Pinatubo
1,000
-
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UNESCO RAPCA
1993 505 444 401 5121994 310 330 299 3811995 187 246 222 2831996 160 183 165 2111997 85 136 123 157
1998 101 91 1171999 75 68 872000 56 51 652001 42 38 482002 31 28 362003 23 21 272004 17 16 202005 13 12 152006 9 9 112007 7 6 82008 5 5 62009 4 4 52010 3 3 3
Total 2,607 3,122 2,824 3,604
Based on Best Fit and Actual projections (rounded off)
Decay Rate 0.744
Regression Statistics
Multiple R 0.972R Square 0.944Adjusted R Square 0.916Standard Error 0.049
0
200
400
600
800
1990 1995 2000 2005 2010 2015
Year
Annualse
dimentdelivery(m
cm) Actual
Low
High
Best Fit
-
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Automatic raingauges and flow sensors
July 2, 1993
PASIG-POTRERO RIVER
3500
700
-
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0
500
1000
1500
2000
2
500
3000
7/1/93
19:12
7/2/93
0:00
7/2/93
4:48
7/2/93
9:36
7/2/93
14:24
7/2/93
19:12
7/3/93
0:00
7/3/93
4:48
Date/Time
AFM
Amplitude(cmx10-6)
0
100
200
300
400
500
600
Cum
ulativeRainfall(mm
)
AFM Average Amplitude
Cumulative Rainfall
October 21-22, 1994
TYPHOON KATRING
PASIG-POTRERO RIVER
3500 2850
-
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0
500
1000
1500
2000
2500
3000
10/20/94
12:00
10/21/94
0:00
10/21/94
12:00
10/22/94
0:00
10/22/94
12:00
10/23/94
0:00
10/23/94
12:00
Date/Time
A
FM
Amplitude(cm/secx1
0-6)
2550
2600
2650
2700
2750
2800
CumulativeRainfall(mm
)
AFM Average Amplitude
Cumulative rainfall
-
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YEARLY RELATIONSHIPS OF RAINFALL INTENSITY
AND DURATION REQUIRED TO TRIGGER LAHARS
1.2n)
-
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0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1991 1992 1993 1994 1995 1996
RA
INFALLINTENSITY(m
m/min
10 20 40 60 75 90
Introduction to case study:M i i d di i f l i
-
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Measuring erosion and sedimentation from multi-temporal DTMs:Pinatubo volcano. Part 2: ILWIS
Cees van Westen
International Institute
for Aerospace Survey and Earth Sciences
(ITC), Enschede, The Netherlands.E-mail: [email protected]
Objectives
Elaboration of geomorphologic maps for the
-
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Elaboration of geomorphologic maps for thepre- and post-eruption situations, up till 1993.
This was done in order to evaluate the changesin the catchment areas and their significance inproducing lahars.
Creation of digital terrain models for each year,from which the thickness of pyroclastic flows,and the yearly eroded volume can be
calculated.
Digital Elevation Models
DTMpre This is a DEM before 1991
-
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DTMpre This is a DEM before 1991
DTMerp This is a DEM showing the situation
shortly after the eruption DTM91 This is a DEM after the first rainy
season
DTM92 After the second rainy season DTM93 After the third rainy season
Plus catchment maps and drainage maps
Flowchart volume calculation
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Pre eruption DTM Post eruption DTM
Post lahar 1991 DTM Post lahar 1992 DTM
Post lahar 1993 DTM
ModellingModelling erosion at Mterosion at Mt PinatuboPinatubo
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Cross sections
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After eruption
Thickness:= DTMERP-DTMPRE
-
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Thickness: DTMERP DTMPRE positive values: pyroclastic flow
deposits
negative values: crater
Volume per pixel:Volume=Thickness*Pixelsize
Total Volume in map:Aggregate volumes per pixel
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Catchment change after eruption
Total size smaller ?!
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ota s e s a e Large change from Sacobia to Abacan
Volume calculations
Volume calculationst h t b d
-
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per catchment based
on pre- and posteruption catchmentboundaries.
After first rainy season
Total erosionEro91: if(dtm91 dtmerp dtmerp dtm91 0)
-
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Ero91:=if(dtm910)and(dtm91>dtmpre),dtmerp-dtm91,0) Erosion in other deposits:Eroot91:=if((ero91>0)and(dtm91dtmerp dtm91 dtmerp 0)
-
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Sed91:=if((dtm91>dtmerp,dtm91-dtmerp,0) Remaining PF material in 1991:Rem91:=if(dtm91>dtmerp,dtmerp-
dtmpre,if(dtm91
-
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Catchment change after first rainyseason
Abacan back to Sacobia : stream piracy
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Volume calculations
-
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After second rainy season
Total erosionEro92:=if(dtm92
-
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Ero92: if(dtm920)and(dtm92>dtmpre)and(dtm92
-
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Eropf92: if((ero92>0)and(dtm92>dtmpre)and(dtm920)and((dtm92dtmerp),dtm
91-dtm92,0)
After second rainy season
Sedimentation in 1992:Sed92:=if((dtm92>dtm91,dtm92-dtm91,0)
-
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(( , , ) Remaining PF material in 1991:Rem92:=if(dtm92>dtmerp,dtmerp- dtmpre, if(dtm92 dtmp91, dtm91 -dtmpre,dtm92-dtmpre))or
Rem92:=(dtm92-dtmpre)-sed92and use only the positive values
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Catchment change after second rainyseason
Minor changes
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Volume calculations
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After third rainy season
Total erosionEro93:=if(dtm93
-
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After third rainy season
Erosion in PF deposits:Eropf93:=if((ero93>0)and(dtm93>dtmpre)and(dtm93
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92-dtm93,0)
Erosion in other deposits:Eroot93:=if((ero93>0)and((dtm93dtmerp),dtm
92-dtm93,0)
After third rainy season
Sedimentation in 1993:Sed93:=if((dtm93>dtm92,dtm93-dtm92,0)
-
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Remaining PF material in 1993:Rem93:=if(dtm93>dtmerp,dtmerp-dtpre ,if(dtm93dtmp92 ,dtm92-dtmpre,dtm93-dtmpre))
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Catchment change after third rainyseason
More change Abacan - SacobiaL h S bi P i d t
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Large change Sacobia - Pasig due tosecondary explosion & stream piracy
Volume calculations
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