Norge upplever farliga jordskred på grund av sin lerrika jord. För sin magisteruppsats i civilingenjör vid EPFL, Mathilde Metral beskrev steg som landets geotekniska ingenjörer kan ta för att förbättra den prediktiva datormodell de håller på att utveckla.

De kraftiga regnen som sveper över Europa med växande frekvens kan vara särskilt skadliga i Norge, där den lerrika jorden är mottaglig för jordskred. Som en del av hennes masteruppsats i civilingenjör, Mathilde Metral arbetade med Norges Geotekniske Institut (NGI) för att testa den datormodell som ingenjörer där utvecklar för att förutsäga lerskred. "Jag ville tillämpa geotekniska koncept för att förhindra naturkatastrofer, " säger hon. "Mitt intresse för det här ämnet härrör från utmaningen att undersöka dessa komplexa fenomen samt från bergsklättringsaktiviteterna jag tycker om att göra." Metral samarbetade med EPFL:s Laboratory of Soil Mechanics (LMS), leds av prof. Lyesse Laloui, för hennes forskning. Förslaget att arbeta med NGI – känt över hela världen för sin expertis inom lerjord – kom från Alessio Ferrari, forskarassistent vid LMS och Metrals examensrådgivare.

Norge har upplevt tre stora jordskred under de senaste 12 åren på grund av den instabila naturen hos dess kvicklera. Det första arrangemanget ägde rum i Kattmarka den 13 mars 2009, när ett jordskred förde bort flera byggnader och en del av en motorväg. Sedan, den 10 november 2016, en rinnande massa kvicklera dödade tre byggnadsarbetare i Sorum. Och den 30 december 2020 i Gjerdrum, en by med 5, 000 invånare nordost om Oslo, ett jordskred jämnade med 30 bostäder. Den katastrofen gjorde nio döda, med en person fortfarande saknad och runt 1, 000 personer måste evakueras.

En teknisk utmaning

Ingenjörer i Norge har arbetat i flera år med att utveckla en datormodell som kan förutsäga sådana katastrofer. Men de involverade mekanismerna är komplexa, och att modellera dem kräver en hel del forskning, försök och misstag. Metrals masteruppsats innebar att testa robustheten hos ingenjörernas modell genom att se hur väl den kunde replikera jordskreden 2009 och 2016. Hon gjorde tillbaka beräkningar, köra modellen baserat på parametrarna som användes vid den tidpunkten för att bestämma vad modellen skulle ha förutspått och vad som fortfarande behövdes för en korrekt förutsägelse.

"Norges lerbackar är stabila endast i marina miljöer. Men eftersom Norges klimat förändras och kraftiga regn tar bort saltet som finns naturligt i marken, jorden kan lätt kollapsa som ett korthus, " säger Metral. "Det är ett verkligt hot mot närliggande hus och infrastruktur." Mycket av det som gör kvickleraskred så svåra att förutsäga är att ingenjörer måste tillämpa vätskemekanikens grundläggande lagar på klassiska geotekniska ämnen. Variabeln de har att ta med i deras ekvationer inkluderar jordtopografi och densitet, flytspänning i markens intakta och flytande tillstånd, och kvaliteten på marksammansättningsdata som erhållits under markundersökningar.

Begränsningar av programvara

"Jag kunde identifiera var deponeringsområdena var för händelserna 2009 och 2016 och beräkna det sannolika tidsintervallet för jordskreden, " säger Metral. "NGI-modellen gjorde ett bra jobb med att replikera Kattmarka. Men för Sorum, det var svårt att veta hur markförhållandena var vid den tiden, eftersom de topografiska kartorna där är äldre och byggnadsarbeten pågick vid den tiden." Genom att testa effekter som inte hade studerats tidigare och som ännu inte är funktionsdugliga, Metral hjälpte NGI-ingenjörerna att förfina sina urvalskriterier och bättre förstå begränsningarna i deras programvara.

Den här typen av prediktiva modeller blir allt viktigare när den globala uppvärmningen ökar, enligt Ferrari:"Global uppvärmning förstärker fenomen som extrema regnhändelser, permafrostnedbrytning och ökad snösmältning. Som en konsekvens, påverkan av jordskred kommer sannolikt att växa i känsliga områden. Genom att utveckla och förfina modelleringsprogramvara – som vad Mathilde gjorde för sin masteruppsats – kommer vi att bättre kunna förutse de potentiella konsekvenserna av jordskred och mildra de relaterade riskerna."