Geological, geomorphological and hydrogeological study of Liro and Livo catchment basins (Central Alps)
Institution:
Paris 7Disciplines:
Directors:
Abstract EN:
Landslides involve many different geological materials around the world. The mechanics and processes controlling mass movements in mountain environment are object of studies and analyses. Landslides occur when the shear strength of a layer in a slope becomes smaller than the shear stress. Various kind of factors can induce this strength variation for example: fluvial action, changes in groundwater level, earthquakes, human activity and also vegetation effects, fault influence, rock and soil properties. This thesis gives an analysis of slope processes to understand how geological, structural, climatic and geomorphological factors are responsibles for instabilities. Liro and Livo catchment basins are the object of this study. They are located in the north-western side of Como Lake, in Lepontine Alps. Several landslides occur in this area. Their study is fundamental to understand the landscape evolution and their impact on the territory. Geological and structural setting of this area is very complex: its relationship with the Insubric Line (and in particular with its brittle branch, the Tonale Line) and the influence on rocks strength are important data to know the triggering area of debris flows and debris avalanches. In particular the Geological Strength Index (GSI) analysis has demonstrated how rock mass behaviour is influenced by presence of structural lineaments more or less conjugated with the Tonale Fault and how this method could be utilized as an indicator of natural failure. The rainfall data show that this area is one of the most rainy zones of the Lombardia Region: the pluviometric analysis involving the calculation of height of rainfall and time of concentration (Tc), have underlined that this regime could induce mobilization of incoherent quaternary cover and trigger landslides. The slope vegetation recovery is an other important indicator for the landslide monitoring because it can give information about the age of the erosive processes. A detailed analysis of three series of aerial photos (1954, 1983 and 1998) have allowed the calculation of extinction and occurrence rates for the analysis of Liro and Livo catchment basins. This aerial analysis and interpretation, in addition to field survey, has shown a high number of landslides classified as debris flows and debris avalanches. A statistical analysis of the Liro and Livo areas and volumes has given the respective limits to understand the potential risk of the area and to estimate the general instability. In fact the volumes mobilized are approximately 450. 000 m3 for an area of 300. 000 m2. A landslide map of Liro and Livo basins has been therefore realized landslide in relation to the lithology (gneiss, limestone, granodiorite, micaschist), deposits (glacial, eluvial, alluvial and paleo-landslides) and erosion processes (debris flow and stream erosion). A landslide inventory is also reported with a brief analysis of the main events divided for sectors (Enclosure A). An analysis of the debris flow in the Inferno Valley, in order to investigate and comprehend the evolution of this process, carried out a topographic survey finalized to morphometric channel measurements, granulometric and geotechnical analyses of the deposits. The study of landslides is not very easy, due to the difficulty in the reconstruction of the topography before the instability. It also hard to determine a relationship between the parameters that characterize a landslide. Analogies between lab-scale experiments and natural events are the input for the creation of a new protocol of analysis of granular mass movement. This experimental investigation has allowed to find out a correlation between principal parameters of a simulated landslide, in particular between runout and the initial slide thickness, initial and critical slopes and between the ratio L/H0 (where L is the runout and H0 the initial thickness) and critical slope. The results promise good evolution: the relationship between zscarp and Lscarp in the experiments is confirmed in Valcirga measures. This geological and geomorphological study has therefore allowed to understand the natural phenomena and the evolution of the mountain landscape strongly affected by tectonic deformation, in relation to the climate change, to acquire ability to analyse these extreme geological events. This study aims to explain if the general assessment of the area can be responsible of instabilities and which factors are involved and their consequences. Ail gathered information will become an important database for further works in the study area.
Abstract FR:
Les glissements de terrain se développent en différents environnements dans le monde. Les mécanismes et les processus qui contrôlent ces mouvements sont les objets des nombreuses études et analyses. Les glissement de terrain se produisent quand les résistances d'un niveau de sol deviennent plus petites que les forces. Différents facteurs peuvent produire ces variations : l'activité fluviale, le changement du niveau des eaux souterraines dû aux précipitations, les tremblements de terre, les activités humaines et aussi la végétation, les failles, la géologie et les propriété des sols. Cette thèse fournit une analyse des processus de versant pour comprendre comme tous ces facteurs géomorphologiques, structuraux et géologiques peuvent être responsables des instabilités. Les bassins versants du Liro et du Livo sont localisés sur le bord nord-occidental du Lac de Côme, dans les Alpes Centrales. De nombreux glissements de terrain sont actifs dans cette zone et leur étude est très importante pour comprendre leur évolution et leur impact sur le territoire. Le marche géologique-structural est très complexe : le lien avec la Ligne Insubrique (en particulier sa partie fragile, nommée Faille du Tonale) et l'influence sur la résistance des roches sont des aspects très importants pour comprendre les raisons de déclenchement des glissement de terrain. En particulier le GSI, une des méthodes d’évaluation de la qualité des roches, a montré comment celles-ci sont influencées par les linéations et comme il peut être utilisé comme indicateur de la tendance à l'instabilité des versants. Les données de précipitation montrent comme le nord du Lac est la zone plus pluvieuse de la Région Lombardie : l'analyse pluviométrique, avec le calcul de les hauteurs de précipitation et des temps de concentration, a soulignée que ce régime pluviométrique peut vraiment être une des principales causes de mouvement du terrain. La végétation peut être un indicateur pour la datation des processus. Une détaillée analyse des trois séries des photos aériennes (1954, 1983 et 1998) a permis de calculer le taux de fréquence et de extinction des glissement terrains dans les bassins versants du Liro et du Livo. La même interprétation, avec les données du terrain, a permis de repérer nombreux glissement terrains classifiés en deux typologies principales: débris flows et débris avalanches. Une analyse statistique des données réunies, en particulier surfaces et volumes, a permis de déterminer des valeurs limite pour comprendre quels phénomènes sont significatifs pour les études d'instabilité. Les volumes mobilisés sont 450. 000 m3 sur une surface totale de 300. 000 m2. Une carte de glissements de terrain a été produite pour montrer la localisation des événements et pour comprendre si ceux-ci sont en relation avec la géologie, avec les dépôts quaternaires ou avec des autres processus. Un inventaire des tous les glissement terrains relevés sur le terrain avec des descriptions est mis dans l'annexe A. Une analyse du débris flow de la Vallée de l'enfer a été faite par un relief morphométrique du chenal, l'étude granulométrique et géotechnique des dépôts. Toutes ces informations donnent la possibilité de caractériser le processus et de souligner l'importance de la zone de source. Elle est caractérisée par des roches très cassées qui garantissent la présence du matériel pour le débris flow. Leurs absence est cause d'extinction du processus. Souvent l'étude des glissement versants n'est pas très facile, surtout pour la difficulté de reconstruire la condition initial du phénomène et trouver les liaisons entre les paramètres qui le caractérisent. De plus un glissement est un événement unique et le répéter plusieurs fois pour l'étudié est impossible dans la réalité : on peut le faire en laboratoire. Les analogies qu'on a entre l'événement naturel et les épreuves expérimentales ont été les raisons de créer un nouveau protocole pour l'analyse des flux granulaires. Cette analyse expérimentale a permis de trouver de relations entre les principaux paramètres du glissement simulé, en particulier entre runout et épaisseur initial, entre pente initiale et pente critique et entre L/H0 (où L est le runout et H0 l'épaisseur initial) et la pente critique. Les résultats sont prometteurs: la relation entre l'épaisseur d'escarpement et sa longueur, obtenus par les expériences, est confirmée aussi par les données relevées en Valcirga. Cette étude géologique et géomorphologique a donc permis de comprendre la nature des phénomènes et leurs évolutions dans un environnement beaucoup influencé par la tectonique, le climat, la géologie et il représente une importante source d'information sur les glissements de terrain du bord nord-occidental du Lac de Côme.