Amenaza volcanica

7/23/2019 Amenaza volcanica

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UNESCO RAPCA

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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UNESCO RAPCA

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)



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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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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



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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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UNESCO RAPCA

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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UNESCO RAPCA

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



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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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UNESCO RAPCA

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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UNESCO RAPCA

(( , , ) 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


138/147

UNESCO RAPCA

Catchment change after second rainyseason

Minor changes


139/147

UNESCO RAPCA

Volume calculations


140/147

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After third rainy season

Total erosionEro93:=if(dtm93


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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)


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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Amenaza volcanica

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