Keywords
shallow landslide
rainfall thresholds
loess
the Nałęczów Plateau
How to Cite
Abstract
This study covers the western part of Poland’s loess Nałęczów Plateau (Kazimierz Dolny, Zbędowice). Mass movements in the Lublin Upland occur during periods of increased precipitation or after a snowy and cold winter. To date, there are no comprehensive studies on active (precipitation, hydrology, vegetation, land use, anthropogenic factors) or passive factors (lithology, slope angle) causing such geohazards in this region. This area’s formations are characterised by high sensitivity to even small changes in moisture content; thus, their geotechnical parameters deteriorate as a result of precipitation or rising groundwater levels. The calculations in this study were chosen to determine the time necessary for ground response to external factors, in addition to determining the impact of these factors on decreases in the factor of safety (FS). Based on calculations in GeoStudio software, the impacts of rainfall totals and duration on slope failure, interpreted as an event where the FS falls below 1.0, were analysed. Accordingly, the threshold rainfall value was determined as the total rainfall at the time of slope failure. The study’s results indicate that loess covers are characterised by average water permeability, relatively high internal friction angles and low cohesion, which, combined with high slope inclination, favour landslide formation even when the slope is only partially saturated. The most unfavourable stability conditions occur at the beginning of spring, indicating that loess stability is significantly affected by snowmelt and precipitation at the beginning of the vegetation season, as well as the occurrence of episodic intense precipitation during the summer.
Funding
The research was financed by the National Science Center (NCN—Poland) grant no. 2020/04/X/ST10/00334.
References
Abdel-Gawad G.I., 1986. Maastrichtian non-cephalopod mollusks (Scaphopoda, Gastropoda and Bivalvia) of the Middle Vistula Valley, Central Poland. Acta Geologica Polonica 36: 69-224.
Abraham M.T., Satysm N., Pradhan B., Segoni S., Alamri A., 2021. Developing a prototype landslide early warning system for Darjeeling Himalayas using SIGMA model and real-time field monitoring. Geosciences Journal. DOI https://doi.org/10.1007/s12303-021-0026-2
Banasik K., Wałęga A., Węglarczyk S., Więzik B., 2017. Aktualizacja metodyki obliczania przepływów i opadów maksymalnych o określonym prawdopodobieństwie przewyższenia dla zlewni kontrolowanych i niekontrolowanych oraz identyfikacji modeli transformacji opadu w odpływ. Stowarzyszenie Hydrologów Polskich, Warszawa.
Borecka A., Kaczmarczyk R., 2007. Geologiczno-inżynierska ocena zagrożeń osuwiskowych w utworach lessowych południowo-wschodniej Polski. Geologos 11: 347 -356.
Calvello M., d'Orsi R.N., Piciullo L., Paes N., Magalhaes M., Lacerda W.A., 2015. The Rio de Janeiro early warninh system for rainfall-induced landslides: Analysis pf performance for the years 2010 -2013. International Journal of Disaster Risk Reduction 12: 3 -15. DOI https://doi.org/10.1016/j.ijdrr.2014.10.005
Chae B.G., Park H.J., Catani F., Simoni A., Berti M., 2017. Landslide prediction, monitoring and early warning: A concise review of state-of-the-art. Geosciences Journals 21(6): 1033 -1070. DOI https://doi.org/10.1007/s12303-017-0034-4
Chomicz K., 1951. Ulewy i deszcze nawalne w Polsce, Wiadomości Służby Hydrologicznej i Meteorologicznej 3: 5-88.
Demczuk P., Zydroń T., Siłuch M., 2019. Rainfall thresholds for the occurrence of shallow landslides determined for slopes in the Nowy Wiśnicz Foothills (Polish Flysch Carpathians). Geological Quarterly 63(4): 822 -838. DOI https://doi.org/10.7306/gq.1504
Dziewański J., Wota A.K., Limanówka D., Cebulak E., Michalik S., 2004. Katastrofalny spływ wodno-gliniasty w Muszynie w lipcu 2002 roku. Wydawnictwo Instytutu Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN, Kraków.
Gariano S.L., Brunetti M.T., Iovine G., Melillo M., Peruccacci S., Terranova O., Vennari C., Guzzetti F., 2015. Calibration and validation of rainfall thresholds for shallow landslide forecasting in Sicily, southern Italy. Geomorphology 228: 653 -665. DOI https://doi.org/10.1016/j.geomorph.2014.10.019
Gariano S.L., Guzetti F., 2016. Landslides in a changing climate. Earth-Science Reviews 162: 227 -252. DOI https://doi.org/10.1016/j.earscirev.2016.08.011
German K., 1998. Przebieg wezbrania i powodzi 9 lipca 1997 roku w okolicach Żegociny oraz ich skutki w krajobrazie. In: Starkel L., Grela J. (eds), Powódź w dorzeczu górnej Wisły w lipcu 1997 roku, Konferencja Naukowa, Kraków, 7-9 maja 1998 roku Oddz. PAN, Kraków: 177-184.
Gil E., Długosz M., 2006. Threshold values of rainfalls triggering selected deep-seated landslides in the Polish Flysch Carpathians. Studia Geomorphologica Carpatho-Balcanica 40: 21 -43.
Gorczyca E., 2004. Przekształcanie stoków fliszowych przez procesy masowe podczas katastrofalnych opadów (dorzecze Łososiny). Wydawnictwo Uniwersytetu Jagiellońskiego, Kraków.
Guzzetti F., Peruccacci S., Rossi M., Stark C.P., 2007. Rainfall thresholds for the initiation of landslides in central and southern Europe. Meteorology and Atmospheric Physics 98: 239 -267. DOI https://doi.org/10.1007/s00703-007-0262-7
Harasimiuk M., 1980. Rzeźba strukturalna Wyżyny Lubelskiej i Roztocza. Rozprawa habilitacyjna. Wydawnictwo UMCS, Lublin: 136.
Harasimiuk M., Henkiel A., 1975/1976. Wpływ budowy geologicznej i rzeźby podłoża na ukształtowanie pokrywy lessowej w zachodniej części Płaskowyżu Nałęczowskiego. Annales UMCS sectio B, 30/31, Lublin, 55 -80.
Harasimiuk M., Henkiel A., 1976. Osobliwości pokrywy lessowej zachodniej części Płaskowyżu Nałęczowskiego (Peculiarities of the loess cover in the western part of the Nałęczów Plateau). Bulletin of the Geological Institution 297: 177 -184.
Harasimiuk M., Henkiel A., 1978. Wpływ budowy geologicznej i rzeźby podłoża na ukształtowanie pokrywy lessowej w zachodniej części Płaskowyżu Nałęczowskiego. Annales UMCS sectio B 30/31: 55 -80.
Harasimiuk M., Jezierski W., 1998. Północna krawędź Wyżyny Lubelskiej w okolicy Skowieszyna. In: Dobrowolski R. (ed.), Główne kierunki badań geomorfologicznych w Polsce. Stan aktualny i perspektywy. IV Zjazd Geomorfologów Polskich. III. Przewodnik wycieczkowy. Wydawnictwo UMCS, Lublin: 169 -173.
Harasimiuk M., Rodzik J., Zgłobicki W., 2000. The role of mass-movements in development of gullies in loess areas of the Lublin Upland (SE Poland). In: Book of Abstracts of International Symposium on "Gully Erosion under Global Change", Leuven, Belgium, 16 -19 April 2000: 72.
He S., Wang J., Liu S., 2020. Rainfall event-duration thresholds for landslide occurrences in China. Water 12: 494. DOI https://doi.org/10.3390/w12020494
Henkiel A., Nitychoruk J., 1983. Spękania ciosowe i drobne struktury tektoniczne w skałach kredowo-paleoceńskich północno-zachodniej części Wyżyny Lubelskiej. Annales UMCS sectio B 35/36: 13 -27.
Higgins J.D., Modeer V.A., Jr. 1996. Loess. In: Turner K.A., Schuster R. (eds), Landslides - investigation and mitigation. Special Report 247. National Academy Press, Washington, USA.
Hunter D., 2007. Matplotlib: A 2D Graphics Environment. Computing in Science & Engineering, 9 (3), 90 -95. In: Heifangtai platform, North-West China. Environmental Earth Sciences 66: 1707 -1713. DOI https://doi.org/10.1109/MCSE.2007.55
Kaczmarczyk R., Tchórzewska S., Woźniak H., 2011. Charakterystyka wybranych osuwisk z terenu południowej Polski uaktywnionych po okresie intensywnych opadów w 2010 roku. Biuletyn Państwowego Instytutu Geologicznego 446(1): 65-73.
Kaczorowska Z., 1962. Opady w Polsce w przekroju wieloletnim. Prace Geograficzne, 33: 70-74.
Kaszewski B.M., 2008. Klimat. In: Uziak S., Turski R. (eds), Środowisko przyrodnicze Lubelszczyzny. Lubelskie Towarzystwo Naukowe, Lublin: 75 -112.
Kaszewski B. M., Siwek K., 2005. Dobowe sumy opadu atmosferycznego ≥ 50 mm w dorzeczu Wieprza i ich uwarunkowania cyrkulacyjne (1951 -2000), In: Bogdanowicz E., Kossowska-Cezak U., Szkutnicki J. (eds), Ekstremalne zjawiska hydrologiczne i meteorologiczne. IMGW: 325-335.
Kęsik A., 1961. Valles des terrains loessiques de la partie Ouest du Plateau de Nałęczów. Annales UMCS sectio B XV: 123-153.
Lee W.Y., Park S.K., Sung H.H., 2020. The optimal rainfall thresholds and probabilistic rainfall conditions for a landslide early warning system for Chunchean, Republic of Korea. Landslides. DOI https://doi.org/10.1007/s10346-020-01603-3
Leng X., Wang C., Zhang J., Sheng Q., Cao S., Chen J., 2021. Deformation Development Mechanism in a Loess Slope With Seepage Fissures Subjected to Rainfall and Traffic Load. Frontiers Earth Science, Geohazards and Georisks 9:769257. DOI https://doi.org/10.3389/feart.2021.769257
Lorenc H., Cebulak E., Głowicki B., Kowalewski M., 2012. Struktura występowania intensywnych opadów deszczu powodujących zagrożenie dla społeczeństwa, środowiska i gospodarki Polski. In: Lorenc H. (ed.), Klęski żywiołowe a bezpieczeństwo kraju. Monografie IMGW -PIB: 7-32.
Lumb P., 1975. Slope failure in Hong Kong. Quarterly Journal of Engineering Geology and Hydrogeology 8: 31 -65. DOI https://doi.org/10.1144/GSL.QJEG.1975.008.01.02
Machalski M., 2005. Late Maastrichtian and earliest Danian scaphitid ammonites from central Europe: Taxonomy, evolution, and extinction. Acta Palaeontologica Polonica 50: 653-696.
Marjanovic M., Krautblatter M., Abolmasov B., Duric U., Sandic C., Nikoic V., 2018. The rainfall-induced landsliding in Western Serbia: A temporal prediction approach using Decision Tree technique. Engineering Geology 232: 147 -159. DOI https://doi.org/10.1016/j.enggeo.2017.11.021
Maruszczak H., 1973. Erozja wąwozowa we wschodniej części pasa wyżyn południowopolskich. Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych 151: 15-30.
Maruszczak H., 1986. Tendencje sekularne i zjawiska ekstremalne w rozwoju rzeźby małopolskich wyżyn lessowych w czasach historycznych. Czasopismo Geograficzne 57(2): 271 -282.
Maruszczak H., 1991. Zróżnicowanie stratygraficzne lessów w Polsce. In: Maruszczak H. (ed.), Podstawowe profile lessów w Polsce. Wydawnictwo UMCS, Lublin: 13-35.
Maruszczak H., Trembaczowski J., 1958. Geomorfologiczne skutki gwałtownej ulewy w Piaskach Szlacheckich koło Krasnegostawu, Annales UMCS sectio B 11: 129-160.
Mularz S., Rybicki S., 1999. Geologiczno-inżynierskie uwarunkowania deformacji terenu i szkód budowlanych w staromiejskiej dzielnicy Sandomierza. Przegląd Geologiczny 47: 1117-1124.
Oszczypko N., Golonka J., Zuchiewicz W., 2002. Osuwisko w Lachowicach (Beskidy Zachodnie): skutki powodzi z 2001 r. Przegląd Geologiczny 50(10/1): 893-898.
Parczewski W., 1960. Warunki występowania nagłych wezbrań na małych ciekach. Wiadomości Służby Hydrologicznej i Meteorologicznej 8(3): 83-155.
Peruccaci S., Brunetti M.T., Gariano S.L., Melillo M., Rossi M., Guzzetti F., 2017. Rainfall thresholds for possible landslide occurrence in Italy. Geomorphology 290: 39 -57. DOI https://doi.org/10.1016/j.geomorph.2017.03.031
Pińskwar I., Choryński A., Graczyk D., Kundzewicz Z.W., 2019. Observed changes in extreme precipitation in Poland: 1991 -2015 versus 1961 -1990. Theoretical and Applied Climatology 135: 773 -787. DOI https://doi.org/10.1007/s00704-018-2372-1
Poprawa D., Rączkowski W., 1998. Geologiczne skutki powodzi 1997 na przykładzie osuwisk województwa nowosądeckiego. In: Starkel L., Grela J. (eds), Powódź w dorzeczu górnej Wisły. Wydawnictwo PAN, Kraków: 119-131.
Poprawa D., Rączkowski W., 2003. Osuwiska Karpat. Przegląd Geologiczny 51(8): 685-692.
Pożaryska K., 1967. Badania warstw pogranicznych kredy i trzeciorzędu w Polsce pozakarpackiej. Kwartalnik Geologiczny, t. 11, z. 3, Warszawa.
Pożaryski W., 1948. Jura i kreda między Radomiem, Zawichostem i Kraśnikiem. Poland Institute of Geology Bulletin 46: 1-141.
Pożaryski W., Maruszczak H., Lindner L., 1994. Chronostratygrafia osadów plejstoceńskich i rozwój doliny Wisły środkowej ze szczególnym uwzględnieniem przełomu przez wyżyny południowopolskie. Prace Państwowego Instytutu Geologicznego 147, Warszawa.
Rączkowski W., Mrozek T., 2002. Activating of landsliding in the Polish Flysh Carpathians by the end of the 20th century. Studia Geomorphologica Carpatho-Balcanica XXXVI: 91 -111.
Rodzik J., Ciupa T., Janicki G., Kociuba W., Tyc A., Zgłobicki W., 2008. Współczesne przemiany rzeźby Wyżyn Polskich. In: Starkel L., Kostrzewski A., Kotarba A, Krzemień K. (eds), Współczesne przemiany rzeźby Polski. SGP, IGiGP UJ, Kraków: 165-214.
Rodzik J., Janicki G., 2003. Local downpours and their erosional effects. Papers on Global Change IGBP 10: 49-66.
Rodzik J., Janicki G., Zagórski P., Zgłobicki W., 1998. Deszcze nawalne na Wyżynie Lubelskiej i ich wpływ na rzeźbę obszarów lessowych. Dokumentacja Geograficzna IGiPZ PAN 11: 45-68.
Rybicki S., Margielewski W., Domagała A., 1998. Osuwisko na stoku góry Palenica w Szczawnicy (pieniński pas skałkowy) i jego związek z ekstremalnymi opadami w lipcu 1997 r. Przegląd Geologiczny 46(11): 1162-1170.
Segoni S., Rosi A., Rossi G., Catani F., Casagli N., 2014. Analysing the relationship between rainfalls and landslides to define a mosaic of triggering thresholds for regional-scale warning systems. Natural Hazards Earth System Science 14: 2637. DOI https://doi.org/10.5194/nhess-14-2637-2014
Shi W., Li Y., Zhang W., Liu J., He S., Mo P., Guan F., 2020. The loess landslide on 15 March 2019 in Shanxi Province, China. Landslides 17: 677-686. DOI https://doi.org/10.1007/s10346-019-01342-0
Siwek K., 2006. Zróżnicowanie opadów atmosferycznych na Lubelszczyźnie w latach 1951 -2000, praca doktorska, Archiwum Biblioteki Głównej UMCS, Lublin.
Starkel L., 1986. Rola zjawisk ekstremalnych i procesów sekularnych w ewolucji rzeźby (na przykładzie fliszowych Karpat). Czasopismo Geograficzne 57(2): 203 -213.
Starkel L., 1996. Geomorphic role of extreme rainfalls in the Polish Carpathians, Studia Geomorphologica Carpatho-Balcanica 30: 21-38.
Starkel L., 1997. Mass movement during the Holocene: Carpathian example and the European perspective. Palaeoclimate Research 19: 385-400.
Starkel L., 2008. Rola ekstremalnych zjawisk meteorologicznych w przekształcaniu rzeźby południowej Polski. In: Kotarba M. J. (ed.), Przemiany środowiska naturalnego a rozwój zrównoważony. Wydawnictwo TBPŚ GEOSFERA, Kraków: 41-52.
Szalińska W., Otop I., 2012. Ocena struktury czasowo-przestrzennej opadów z wykorzystaniem wybranych wskaźników do identyfikacji zdarzeń ekstremalnych. Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie, T. 12, z. 2.
Teisseyre A. K., 1994. Spływ stokowy i współczesne osady deluwialne w lessowym rejonie Henrykowa na Dolnym Śląsku. Wydawnictwo Uniwersytetu Wrocławskiego, Wrocław.
Teja T. S., Dikshit A., Satyam N., 2019. Determination of rainfall thresholds for landslide prediction using an algorithm-based approach: Case study in the Darjeeling Himalayas. India. Geosiences 9: 302. DOI https://doi.org/10.3390/geosciences9070302
Thiel K. (ed.), 1989. Kształtowanie fliszowych stoków karpackich przez ruchy masowe na przykładzie badań na stoku Bystrzyca w Szymbarku. Wydawnictwo IBW PAN, Gdańsk.
Tu X. B, Kwong A. K. L., Dai F. C., Tham L. G., Min H., 2009. Field monitoring of rainfall infiltration in a loess slope and analysis of failure machanism of rainfall-induced landslides. Engineering Geology 105: 134-150. DOI https://doi.org/10.1016/j.enggeo.2008.11.011
Vaz T., Zezere J.L., Pereira S., Oliveira S.C., Garcia R.A.C., Quaresma I., 2018. Regional rainfall thresholds for landslide occurrence using a centenary database. Natural Hazards and Earth System Sciences 18: 1037-1054. DOI https://doi.org/10.5194/nhess-18-1037-2018
Waskom M.L., 2021. Seaborn: Statistical data visualization. The Journal of Open Source Software 6(60): 3021. DOI https://doi.org/10.21105/joss.03021
Wojciechowski T., 2019. Podatność osuwiskowa Polski. Przegląd Geologiczny 67: 320 -325. DOI https://doi.org/10.7306/2019.25
Wysokiński L., 1980. Kryterium dynamiki zboczy. Biuletyn Instytutu Geologicznego 324.
Wysokiński L., 2011. Metody prognozowania i zabezpieczania osuwisk. XXV Konferencja Naukowo Techniczna Awarie budowlane 2011, 2-27 May 2011: 291-320.
Chen X.-L., Liu C.-G., Chang Z.-F., Zhou Q., 2016. The relationship between the slope angle and the landslide size derived from limit equilibrium simulations. Geomorphology 253: 547-550. DOI https://doi.org/10.1016/j.geomorph.2015.01.036
Xie W.-I., Gu Q., Wu J.Y., Li P., Yang H., Zhang M., 2021. Analysis of loess landslide mechanism and numerical simulation stabilization on the Loess Plateau in Central China. Natural Hazards 106: 805 -827. DOI https://doi.org/10.1007/s11069-020-04492-w
Xing X., Li T., Fu Y., 2016. Determination of the related strength parameters of unsaturated loess with conventional triaxial test. Environmental Earth Sciences 75: 82. DOI https://doi.org/10.1007/s12665-015-4797-5
Xu C., Xu X.W., Zheng W.J., Wei Z.Y., Tan X.B., Han Z.J., Li C.Y., Liang M.J., Li Z.Q., Wang H., Wang M.M., Ren J.J., Zhang S.M., He Z.T., 2013. Landslides triggered by the April 20, 2013. Lushan, Sichuan Province Ms7.0 strong earthquake of China. Seismology and Geodynamics 35(3): 45-55.
Xu L., Coop M.R., Zhang M., Wang G., 2018. The mechanics of a saturated silty loess and implications for landslides. Engineering Geology 236: 29-42. DOI https://doi.org/10.1016/j.enggeo.2017.02.021
Xu, L., Dai, F.C., Gong, Q.M., Tham, L.G., Min, H., 2012. Irrigation-induced loess flow failure in Heifangtai Platform, North-West China. Environmental Earth Sciences 66: 1707 -1713. DOI https://doi.org/10.1007/s12665-011-0950-y
Yates K., Fenton C.H., Bell D.H., 2018. A review of the geotechnical characteristics of loess and loess-derived soils from Canterbury, South Island, New Zealand. Engineering Geology 236(26): 11 -21. DOI https://doi.org/10.1016/j.enggeo.2017.08.001
Żarski M., 1988. Objaśnienia do Szczegółowej mapy geologicznej Polski 1: 50 000, arkusz Puławy. Wydawnictwa Geologiczne.
Żarski M., Jakubowski G., Gawor-Biedowa E., 1998. The first Polish find of Lower Paleocene crocodile Thoracosaurus Leidy, 1852: Geological and paleontological description. Kwartalnik Geoliczny 42: 141-160.
Zhou Y.F., Tham L.G., Yan R.W. M., Xu L., 2014. The mechanism of soil failuresalong cracks subjected to water infiltration. Computers and Geotechnics 55: 330-341. DOI https://doi.org/10.1016/j.compgeo.2013.09.009
Zhu Y., Qiu H., Yang D., Liu Z., Ma S., Pei Y., He J., Du C., Sun H., 2021. Pre- and post-failure spatiotemporal evolution of loess landslides: A case study of the Jiangou landslide in Ledu, China. Landslides. DOI https://doi.org/10.1007/s10346-021-01714-5
License
Copyright (c) 2022 Piotr Demczuk, Tymoteusz Zydroń, Tomasz Szafran
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.