A regional-scale landslide mapping following extreme rainfall using freely available remote sensing data

عندما تهطل الأمطار الغزيرة على التلال الحرجية شديدة الانحدار، يمكن للأرض أحياناً أن تنهار، مما يؤدي إلى انزلاق التربة والصخور والأشجار نحو الأسفل. هذه الأحداث، المعروفة باسم الانهيارات الأرضية، هي قوى طبيعية هائلة تعيد تشكيل المناظر الطبيعية وتشكل مخاطر جسيمة على الناس والبنية التحتية. ولفهم مواطن هذه الأخطار وكيفية الاستعداد لها، يقوم العلماء بإنشاء خرائط تسجل بدقة أين حدثت الانهيارات الأرضية. تقليدياً، كان صنع هذه الخرائط يتطلب فرقاً من الأشخاص يقودون سياراتهم، ويتسلقون التلال سيراً على الأقدام، ويرسمون يدوياً حدود كل انزلاق يجدونه. هذه العملية بطيئة، ومكلفة، وغالباً ما يكون من المستحيل إكمالها بسرعة بعد وقوع كارثة كبرى عندما يكون الوقت حرجاً. ومع ذلك، في السنوات الأخيرة، لجأ العلماء إلى الأقمار الصناعية التي تدور حول الأرض للمساعدة. هذه الآلات يمكنها التقاط صور للأرض من الفضاء، ومن خلال مقارنة الصور الملتقطة في أوقات مختلفة، يمكنهم رصد التغيرات في الأرض، مثل الأماكن التي أزيلت منها الأشجار بسبب انزلاق ما.

في أوائل عام 2022، تسببت سلسلة من العواصف الشديدة في هطول كميات قياسية من الأمطار على حوض نهر ويلسونز في نيو ساوث ويلز، أستراليا. أدى هذا الطوفان إلى إحداث آلاف الانهيارات الأرضية في جميع أنحاء المنطقة، مما أدى إلى تضرر الطرق وعزل المجتمعات. وبينما كان الفيضان موثقاً بشكل جيد، لم يكن أحد قد أنشأ بعد خريطة كاملة للانهيارات الأرضية التي حدثت في هذه المنطقة الحرجية الواسعة. وقد سعى باحثون من جامعة ساذرن كروس لسد هذه الفجوة. فقد طوروا طريقة جديدة لرسم خرائط لهذه الكوارث بسرعة ودقة باستخدام البيانات الساتلية المجانية وأدوات الكمبيوتر القياسية فقط. كان هدفهم هو إنشاء سجل موثوق لكل انهيار أرضي في المنطقة دون الحاجة إلى زيارة كل موقع على قدميه، مما يوفر أساساً حيوياً للتخطيط المستقبلي للسلامة وجهود التعافي.

بدأ الفريق بالنظر إلى المناظر الطبيعية من خلال عيون قمر صناعي يسمى "سينتينل-2" (Sentinel-2)، والذي يلتقط صوراً تفصيلية لسطح الأرض. وقد ركزوا على مقياس محدد يسمى "مؤشر الاختلاف الخضري الطبيعي" (NDVI)، وهو وسيلة لقياس مدى اخضرار وصحة النباتات. الغابات الصحية تعكس الضوء بطريقة تجعلها تبدو خضراء جداً، بينما تبدو التربة العارية أو النباتات المتضررة مختلفة. ومن خلال مقارنة الصور الملتقطة قبل العواصف في مايو 2021 مع الصور الملتقطة بعد الفيضانات في مايو 2022، استطاع الباحثون تحديد المناطق التي اختفت فيها الخضرة فجأة. هذه البقع الداكنة على الخريطة أشارت إلى الأماكن التي تمت فيها إزالة الغطاء النباتي، وهو مؤشر قوي على وقوع انهيار أرضي.

ومع ذلك، فإن مجرد البحث عن الخضرة المفقودة ليس كافياً. فقد تسببت العواصف أيضاً في انتفاخ الأنهار، وتآكل ضفافها، وترسيب الطمي في السهول الفيضية، وكل هذه العمليات تؤدي أيضاً إلى إزالة الغطاء النباتي وتخلق بقعاً داكنة مماثلة في صور الأقمار الصناعية. إذا اعتمد الباحثون فقط على صور الأقمار الصناعية، لخلطوا بين تآكل الأنهار والانهيارات الأرضية الفعلية، مما سيؤدي إلى إنتاج خريطة مليئة بالأخطاء. ولحل هذه المشكلة، بنى الفريق عملية تصفية خطوة بخطوة للفصل بين الانزلاقات الحقيقية وتآكل الأنهار. أولاً، قاموا بإزالة أي فقدان للغطاء النباتي يحدث بالقرب من ضفاف الأنهار، لعلمهم أن الانهيارات عادة ما تبدأ في منحدرات التلال، وليس في الماء. بعد ذلك، نظروا في شكل الأرض؛ فقد علموا أن الانهيارات الأرضية نادراً ما تحدث في الأراضي المسطحة أو المنحدرات الخفيفة جداً، لذا قاموا بتصفية أي تغيرات تحدث في الارتفاعات المنخفضة أو في التضاريس المسطحة. كما وضعوا حداً أدنى لحجم المعالم التي يتم عدّها، متجاهلين البقع الصغيرة من النباتات المفقودة التي يُرجح أنها مجرد ضجيج في البيانات وليست كوارث حقيقية.

بعد تشغيل الكمبيوتر عبر هذه المرشحات، بقي لدى الباحثين آلاف المناطق المرشحة التي تبدو كأنها انهيارات أرضية. لكن العمل لم ينتهِ بعد. فقد قام الفريق بفحص كل هذه المرشحات يدوياً من خلال النظر في صور جوية عالية الدقة، أي "التقريب" (Zooming in) لرؤية ما إذا كان شكل وموقع المعلم يتطابق حقاً مع انهيار أرضي. لقد قاموا بإزالة أي إنذارات كاذبة متبقية، مثل المناطق التي قام المزارعون بتطهيرها أو حيث ماتت الأشجار لأسباب أخرى. هذا المراجعة البشرية الدقيقة ضمنت أن تكون الخريطة النهائية دقيقة وجديرة بالثقة.

كانت نتيجة هذه العملية هي جرد شامل لـ 3,689 مضلعاً متميزاً للانهيارات الأرضية تغطي مساحة إجمالية قدرها 6.91 كيلومتراً مربعاً ضمن منطقة الدراسة البالغة 1,871 كيلومتراً مربعاً. كشفت الخريطة أن الانهيارات الأرضية لم تكن منتشرة بالتساوي في جميع أنحاء المنطقة، بل كانت متركزة بكثافة في الأجزاء الشمالية المرتفعة والوعرة، خاصة حول بلدتي نيمبين وثي تشانون. وفي المقابل، كانت المناطق المنخفضة والمسطحة بالقرب من النهر تحتوي على عدد قليل جداً من الانزلاقات. ووجد الباحثون أن كثافة الانهيارات الأرضية كانت في أعلى مستوياتها في مناطق "ليسيستر كريك" و"غولمانجار كريك" الفرعية، حيث التضاريس أكثر انحداراً.

وللتحقق من عملهم، زار الباحثون عدة مواقع ميدانية وقارنوا نتائجهم بالخريطة التي أنشؤوها. ووجدوا أن كل انهيار أرضي زاروه قد تم تحديده بشكل صحيح بواسطة طريقتهم. كما قاموا بمطابقة خريطتهم مع السجلات الحكومية لإغلاق الطرق ومشاريع الإصلاح، ووجدوا تطابقاً قوياً بين المناطق التي رسموها والأماكن التي شهدت أكبر قدر من الأضرار الشديدة. وقد أكد ذلك أن نهجهم نجح في رصد المدى الحقيقي للكارثة مع تجاهل الإشارات المضللة الناتجة عن تآكل الأنهار وغيرها من الأحداث غير المتعلقة بالانهيارات الأرضية.

تثبت هذه الدراسة أنه من الممكن إنشاء خرائط تفصيلية على مستوى إقليمي بسرعة وبتكلفة منخفضة باستخدام بيانات متاحة مجاناً. ومن خلال الجمع بين صور الأقمار الصناعية والقواعد البسيطة المتعلقة بشكل وموقع الأرض، والانتهاء بفحص بشري دقيق، أنتج الفريق أداة يمكن استخدامها من قبل مديري الطوارئ والمجالس المحلية. يوفر هذا السجل أساساً صلباً لفهم كيفية استجابة المناظر الطبيعية لهطول الأمطار الشديد، مما يساعد المسؤولين على التخطيط للعواصف المستقبلية، وإدارة التعافي من البنية التحتية المتضررة، وحماية المجتمعات من أحداث مماثلة في السنوات القادمة.