A spatially integrated modelling approach to landslide risk assessment: a case study of the Nova Friburgo disaster - RJ, Brazil

Landslides cause enormous economic damage and fatalities worldwide. The 2011 Mega disaster in the Rio de Janeiro mountainous region is considered the worst landslide disaster in Brazilian history. Traditionally, risk topic has been analyzed from a purely engineering-based perspective, which has prov...

Full description

Bibliographic Details
Main Author: Claudia Paola Cardozo
Other Authors: Eymar Silva Sampaio Lopes
Language:English
Published: Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE) 2018
Online Access:http://urlib.net/sid.inpe.br/mtc-m21c/2018/03.12.14.01
Description
Summary:Landslides cause enormous economic damage and fatalities worldwide. The 2011 Mega disaster in the Rio de Janeiro mountainous region is considered the worst landslide disaster in Brazilian history. Traditionally, risk topic has been analyzed from a purely engineering-based perspective, which has proved to have an ineffective response to face the challenges posed by physical and social factors, especially in low-income countries. This thesis introduces a conceptual framework for an integrated risk assessment and undertakes the proposal in a practical way in the Nova Friburgo municipality, as a case study. In the first part of this research, an assessment of the physical component of risk was addressed. Three scenarios of landslide susceptibility were performed using a 10m-resolution DEM, geotechnical data and a landslide inventory. Findings suggest that the scenario with a wide range of cohesion parameter values was able to predict almost 70% of the inventoried landslides and about 50% of the territory with landslide-prone areas. In the second part of this thesis, a deep analysis of human component of risk is performed. A social vulnerability assessment- using the SoVI methodand data collection disaggregated by age, sex and race/ethnicity of the 2011 landslide-related fatalities were conducted. Results reveal differential social vulnerability among census tracts. Most of them were classified as moderately vulnerable. Although highly social vulnerable areas were not widely distributed in the territory, they are important because of their location and implications for the municipality economic matrix. Regarding the 2011 landslide-related fatalities, 434 casualties were registered. Spatial analysis indicates that the highest mortality was located at the northwest and central municipality zones. Landslide disaster affected males and females differently. In most age groups, landslides have killed more men and boys than women and girls. Fifty percent of those who lost their lives were the youngest and the elderly. The black population had a slightly higher mortality rate than either the brown (Pardos) and white ones. Data did not reveal a discernible trend in the association between social vulnerability and casualties. It seems that the landslide quantity and magnitude was so great that all of Nova Friburgo inhabitants were equally reached, beyond the inequalities expressed by their social vulnerability. In the third part of this inquiry, to predict landslide risk probability, the social vulnerability and the landslide susceptibility predictors were combined using the Generalized Additive Model (GAM). Findings suggest that in instable terrains, is enough a moderate social vulnerability level to increase the probability of landslide risk. Results also highlight model capacity to uncover hidden patterns in the dataset, capturing a nonlinear effect of social vulnerability predictor and a linear effect of terrain stability predictor. In conclusion, the proposed conceptual framework is generic and flexible, so can be applied to other areas, analysis scales and natural hazard types although some adaptation would be necessary depending on available data. Furthermore, the integrated approach performed in this thesis highlights that it is feasible and necessary linking data from different science domains to better understand disaster risk complexity, reducing risk and curbing losses of both human lives and economic assets through knowledge-based actions. It should be noted that this thesis research complies with guidelines given at the first priority area for action of the Sendai Framework for Disaster Risk Reduction 2015-2030, which outlines the importance of Understanding disaster risk. Finally, resulting knowledge provides Nova Friburgo community, organizations and governments with a basis to comprehend the risk related to a specific natural hazard: the landslides which can be leveraged to achieve an effective preparation and response to future disasters and also to promote disaster-resilient societies. === Os deslizamentos de terra causam enormes prejuízos econômicos e mortes em todo o mundo. O Mega desastre 2011 na região montanhosa do Rio de Janeiro é considerado o pior desastre na história do Brasil. Tradicionalmente, o tópico de risco foi analisado a partir de uma perspectiva puramente baseada na engenharia que provou ter uma resposta ineficaz para enfrentar os desafios impostos por fatores físicos e sociais, especialmente em países de baixa renda. Esta tese apresenta um marco conceitual para uma avaliação integrada do risco e realiza a proposta de maneira prática no município de Nova Friburgo, como um estudo de caso. Na primeira parte desta pesquisa, uma avaliação do componente físico do risco foi abordada. Três cenários de suscetibilidade a escorregamentos foram realizados usando um DEM de 10m de resolução espacial, dados geotécnicos e um inventário de deslizamentos. Os resultados sugerem que o cenário que utilizou uma ampla gama de valores de coesão foi capaz de prever quase 70% dos deslizamentos de terra inventariados e cerca de 50% do território com áreas propensas a deslizamentos. Na segunda parte desta tese, se analisou o componente humano de risco. Uma avaliação de vulnerabilidade social - usando o método SoVI - e a coleta de dados desagregados por idade, sexo e raça/etnia dos óbitos provocados pelos deslizamentos de 2011 foram realizados. Os resultados revelam uma vulnerabilidade social diferenciada entre os setores censitários. A maioria deles foi classificada como moderadamente vulnerável. Embora as áreas altamente vulneráveis não sejam amplamente distribuídas no território, elas são importantes devido à sua localização e implicações para a matriz econômica do município. Em relação aos óbitos por deslizamentos de terra, foram registradas434 vítimas. A análise espacial indica que a maior mortalidade se localizou nas zonas do noroeste e centro do município. O desastre provocado pelos deslizamentos de terra afetou aos homens e mulheres de maneira diferente. Na maioria das faixas etárias, morreram mais homens e meninos do que mulheres e meninas. Cinquenta por cento daqueles que perderam suas vidas eram os mais jovens e os idosos. A população negra teve uma taxa de mortalidade ligeiramente maior do que os Pardos e brancos. Os dados não revelaram uma tendência discernível na associação entre vulnerabilidade social e óbitos. Parece que a magnitude dos deslizamentos foi tão grande que todos os habitantes de Nova Friburgo foram igualmente atingidos, além das desigualdades expressas por sua vulnerabilidade social. Na terceira parte desta investigação, determinou-se a probabilidade de risco de deslizamento, para isso a vulnerabilidade social e a susceptibilidade aos deslizamentos de terra foram combinados usando o Modelo Aditivo Generalizado (GAM). Os resultados sugerem que, em terrenos instáveis, basta um nível moderado de vulnerabilidade social para aumentar a probabilidade de risco de deslizamento. Os resultados também destacam a capacidade do modelo de descobrir padrões oculto no conjunto de dados, capturando um efeito não linear da variável vulnerabilidade social e um efeito linear da variável estabilidade do terreno. Em conclusão, o marco conceptual proposto é genérico e flexível pelo que pode ser aplicado a outras áreas, escalas de análise e tipos de perigos naturais, embora seja necessária alguma adaptação, dependendo dos dados disponíveis. Além disso, a abordagem integrada desta tese destaca que é viável e necessário vincular dados de diferentes domínios científicos para melhor compreender o risco de desastres, reduzir riscos e reduzir perdas de vidas humanas e ativos econômicos por meio de ações baseadas em conhecimento. Deve-se notar que esta pesquisa está em conformidade com as diretrizes dadas na primeira área prioritária para a ação do Marco de Sendai para a Redução de Riscos de Desastres 2015-2030, que descreve a importância de "Compreender o risco de desastres". Finalmente, o conhecimento resultante desta pesquisa fornece à comunidade, às organizações e ao governo de Nova Friburgo uma base para compreender o risco relacionado a um perigo natural específico: "os deslizamentos" que podem ser aproveitados para obter uma preparação melhor e respostas eficazes a desastres futuros e também para promover sociedades resilientes aos desastres.