Beskrivelse av instrumentering

Interferometrisk syntetisk apertur-radar fra bakken (GB-InSAR), måler avstand gjennom faseforskjeller i reflektert signal mellom to radarbilder på forskjellige tidspunkt fra nøyaktig samme sted. NVE bruker GB-InSAR både i kartlegging av potensielt ustabile fjellparti og i den kontinuerlige overvåkingen av ustabile fjellpartier med høy risiko.

NVE har flere bakkebaserte radarsystemer som benyttes i fjellskredovervåkingen. Systemene brukes til kontinuerlig måling på høyrisikoobjekter, periodiske målinger av fjellpartier med middels risiko og under kartlegging. I tillegg har NVE mobile radarsystemer som raskt kan utplasseres ved akutthendelser.
Radarene kan måle avstander opp til ca. 3-4 kilometer og prosessere radarbilder helt ned til intervaller på 2-3 minutter. Metoden gir unik romlig oppløsning av ustabile fjellpartier i sanntid.

Bakkebaserte radarmålinger gir gode bevegelsesdata over et stort område. Instrumentet måler endring i avstand mellom radaren og reflekterende flater i det ustabile fjellpartiet i sikteretning (Line of Sight (LoS)) og gir dermed ikke absolutte hastigheter. En bakkebasert radar skal ideelt plasseres i dalbunnen under det ustabile fjellparti og måle omtrent parallelt med bevegelsesretningen. Åpent vann, som f.eks en fjor eller innsjø) mellom radaren og fjellpartiet kan føre til atmosfærisk lagdeling som forstyrrer målingene.

Radaren fungerer i utgangspunkt i vanskelige værforhold og uavhengig om nedbør eller tåke gir dårlig sikt til fjellpartiet. Enkelte dager med kraftig atmosfærisk lagdeling – eksempelvis ved inversjon – kan atmosfærisk støy gjøre bevegelsesdataen ubrukelig. I tillegg kan vegetasjon eller snø i fjellet forstyrre avstandsmålingene.

Interferometrisk syntetisk aperture radar fra satellitt (InSAR), er en metode som gir avstandsendring basert på analyse av faseforskjeller i reflektert signal for to radarbilder tatt på forskjellige tidspunkt. Norwegian Research Centre (NORCE) og Norges geologiske undersøkelse (NGU) har i prosjektet insar.no utviklet automatisk prosessering av PSI-data for Norge. Forflytning på millimeter-nivå på jordoverflaten måles fra satellitter i bane rundt jorda på cirka 800 kilometers høyde.

Radarbølgene kan ikke se igjennom snø og vegetasjon. Ved å sette opp hjørne-reflektorer to meter over bakken kan InSAR-data fra satellitt brukes året rundt i fjellskredovervåkingen. Data prosesseres daglig gjennom insar.no-prosjektet, mens målefrekvens for reflektorene er avhengig av satellittbanene – typisk har hver reflektor et nytt datapunkt hver 3.-7. dag.

Bruk av jordobservasjonssatellitter er en kostnadseffektiv og robust metode for overvåking. Hjørnereflektorene er passive reflektorer som ikke bruker strøm og krever lite vedlikehold. Hjørnereflektorene brukes som primær instrumentering for periodisk overvåking. I tillegg brukes de som uavhengig instrumentering for redundans på mange ustabile fjellpartier med kontinuerlig overvåking.

En tverrfaglig forsknings- og utviklingsavtale sikrer at Norge blir kartlagt og overvåket fra verdensrommet. Avtalen ble inngått mellom Norsk Romsenter (NRS), Norges vassdrags- og energidirektorat (NVE) og Norges geologiske undersøkelse (NGU), og omfatter oppbygging av et kunnskapssenter ved NGU i Trondheim. Senteret er i hovedsak finansiert av Norsk Romsenter med 14 millioner kroner over to år.

Se InSAR-målinger i kart for hele Norge her.

NVE bruker Global Navigation Satellite System (GNSS), også kalt satellittnavigasjonssystemer eller GPS, i overvåking av ustabile fjellpartier. I tillegg til utplassering av GNSS-antenner i det ustabile området, installeres ett eller flere fastpunkt utenfor området i bevegelse for støykorreksjon. Måling med faste referansepunkt kalles differensiell GNSS (dGNSS) og øker måle-presisjonen fra 5 meter til få millimeter. Antallet GNSS antenner i det ustabile området og fastpunkt tilpasses behovet for hvert enkelt fjellparti. Det kjøres flere forskjellige prosesseringer av måledata som tar gjennomsnitt av posisjonene på typisk 15 minutter, 4 timer og 12 timer.

Ett GNSS system måler posisjonen horisontalt og vertikalt (3D). Over tid sees bevegelsen i de ustabile fjellpartiene ved at posisjonene til mottakerne forflytter seg.

I overvåkningen av ustabile fjellparti er GNSS-systemer en av NVEs foretrukne målesystemer. En GNSS-enhet kan utstyres med solcelleplanel og brenselcelle, for å unngå lange kabler som kan være utsatte for skred eller andre skader. En enhet krever relativt lite vedlikehold gjennom et år, gir gode bevegelsesdata og fungerer i vanskelige værforhold, men er relativt kostbart.

Totalstasjon er en målemetode hvor en laser måler avstander og vinkler (horisontale og vertikale) til en rekke prismer som er plassert rundt i det ustabile området av fjellpartiet. Totalstasjonen er plassert i ett stabilt område med fri sikt til prismene, og måler 3D-bevegelser til prismene.

Totalstasjonen er målt inn ved bruk av referanse-prismer med kjente posisjoner etablert ved statiske GNSS målinger i stabile områder. I hver måleserie, måler totalstasjonen mot flere faste referanser som brukes til å korrigere for atmosfærisk støy. Målemetoden har en nøyaktighet på noen få millimeter.

Totalstasjon som måler mot prismer er en kostnadseffektiv målemetode, der totalstasjonen typisk kan plasseres relativt lett tilgjengelig i terrenget utenfor det ustabile området. Dette forenkler vedlikehold og drift betraktelig. Prismene som plasseres ute i det ustabile området er passive og trenger dermed ikke strøm, kommunikasjon eller vedlikehold. En totalstasjon krever årlig vedlikehold, som gjør at den må tas ut av drift noen uker årlig.

I den kontinuerlige overvåkingen anvendes lasere for å måle avstander som er for lange til å måles med mekaniske måleinstrumenter. Systemet består av en fastmontert laser som måler avstand til en reflektorplate. En laserstråle beveger seg med lysets hastighet, og avstanden beregnes ved å måle tiden laserlyset bruker frem og tilbake fra reflektorplaten. Reflektorplaten og glasset på laseren kan være oppvarmet om vinteren for å motvirke ned-ising. Laseren måler i siktelinjen (LOS) og er i motsetning til mekaniske måleinstrumenter mer utsatt for atmosfærisk støy.

Lasere gir erfaringsmessig gode bevegelsesdata. Laserne krever visuell sikt og kan være ute i perioder med kraftig nedbør eller tåke. De er sårbare for støy og utfall ved ising på reflektorplate. Behov for oppvarming for å unngå ising gjør at de er relativt energikrevende.

Ekstensometere er en samlebetegnelse for avstandsmålere som forankres over sprekkesystemer for å måle sprekkeåpningen over tid. I fjellskredovervåkningen benyttes tre typer:

• Ekstensometere er robuste instrumenter med lengder på to til tre meter og ett måleområde på én meter.
• Crackmetere er skjøre i forhold til ekstensometerene og har en lengde på 30 cm og måleområde på 10 cm.
• Draw-wire ekstensometere er enda skjørere enn crackmeterene og har en lengde og måleområde på opptil 15 meter.

Slik instrumentering gir erfaringsmessig svært gode bevegelsesdata. Det er viktig at instrumentene er plassert parallelt med den lokale bevegelsesretningen til det ustabile fjellpartiet og at de måler på tvers av sprekker som gir representative bevegelsesmålinger for fjellpartiet. Draw-wire er sårbart for frost, der ising og snø på vaier kan gi støy.

I overvåkingen brukes flere typer webkameraer. Mest vanlig er overvåkingskameraer som kan roteres 360 grader og med mulighet for zooming.  Disse er plassert ut på alle kontinuerlige overvåkede fjellpartier og er til god hjelp for å inspisere skredområder, sjekke værforhold i sammenheng med data fra ulike måleinstrumenter, og sjekke værforhold før flyving ut i felt.

Det er også mulig å gjøre deformasjonsmålinger fra høyoppløselig kameraer, som ved hjelp av piksel-gjenkjenning analyserer forflytningshastigheter og -retninger i et ustabilt fjellparti.

Geofoner og seismometre brukes til å måle rystelser i bakken. Seismometre er veldig følsomme instrumenter som måler trykkbølger i tre retninger med en nøyaktighet på mikro- til nanometernivå. Seismometre kan anvendes til å detektere jordskjelv på den andre siden av jorden. Geofoner er omtrent 100 ganger mindre følsomme instrumenter som også måler lokale trykkbølger i tre retninger.

Geofoner brukes normalt ikke til daglig overvåking, men kan være til nytte for overvåkingen i perioder rett før en skredhendelse. En økning i bevegelse i fjellpartiet vil medføre en økning i seismisk aktivitet, noe som kan fanges opp av geofonene. Ett nettverk av geofoner er plassert ut på Åknes sammen med ett seismometer. Siden 2016 har rystelser på Åknes blitt analysert for å detektere bevegelse langs glideplan internt i fjellpartiet og aktivitet på overflaten som følge av f.eks steinsprang og snøskred.

På Jettan, Mannen og Åknes er flere borehull instrumentert med borehullsinstrumenter som måler en rekke parametere.

Borehullsinstrumentene består av lang fleksibel streng med sensor-moduler for hver meter nedover i borehullet. Instrumentet er sammensatt av flere forskjellige typer sensorer: Tiltmeter som måler bevegelser, akselerometer som måler rystelser, piezometere som måler vanntrykk, samt temperatursensorer og kompass. På Åknes har de nyeste borehullinstrumentene packere (oppblåsbare puter) som isolerer ulike soner slik at vanntrykket måles i enkelte sprekkesystem eller glideplan fremfor i åpne borehull.

Lengden på instrument-strengene varierer fra 50 til 190 meter med tiltmetere montert hver meter. I de nyere borehullene er det montert ett piezometer ved hver packer for å måle vanntrykket i de isolerte sonene. Ved hjelp av instrument-strengene kan deformasjon og vanntrykk måles langs hele borehullet og hjelpe til å analysere vanntrykkets betydning for stabiliteten i det pågående dreneringsprosjektet på Åknes.

Borehullsinstrumenteringen gir gode data om grunnvannstand, posisjon til glideplan i dypet, og bevegelser langs disse. Boring for å få plassert ned instrumenteringen er kostbar og krevende, og blir prioritert kun når det er usikkerhet skredmekanismer, glideplanets plassering eller når risikoreduserende tiltak vurderes, som for eksempel drenering av Åknes.

Tiltmetere måler rotasjon i nord-sør- og øst-vest-retning. De brukes hovedsakelig til å måle utvelting av blokker og rotasjon i borehull gjennom en serie med tiltmetere i borehullsinstrumenter. Tiltmetere kan også brukes til å verifisere at installasjoner ikke roterer slik som f. eks. totalstasjoner. 

Tiltmeter er enkle å utplassere, men gir erfaringsmessig en del støy i målingene, og har begrenset nytte i den daglige overvåkingen.

Klimastasjoner er plassert ut på de fleste kontinuerlig overvåkede fjellpartiene. Klimastasjonene benyttes til å måle luft- og fjelltemperatur, vindstyrke og retning, nedbør og snødybde. Data fra klimastasjonen kan sammenlignes med andre måledata for å avgjøre om klimaendringer påvirker bevegelser i fjellet. Det har blitt påvist at økt grunnvannsnivå fører til økt bevegelse. Klimastasjoner gjør det mulig å overvåke nedbør og snøsmelting for å forutse dette.

Klimadata fra klimastasjonene kan hentes her.