Post-Wildfire Debris Flows: Mapping and Analysis of Risk Factors in Western North America

• Main Author: Tuinstra, Annejet
• Format: Others
• Language: English
• Published: Uppsala universitet, Institutionen för geovetenskaper 2021
• Subjects: wildfires; debris flows; water repellent soil; North America; skogsbränder; jordskred; vattenavvisande jordlager; Nordamerika; Physical Geography; Naturgeografi
• Online Access: http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:uu:diva-446352

Climate change is leading to in an increase in frequency and severity of wildfires, which in turn can result in the formation of runoff-initiated post-wildfire debris flows. This type of debris flows is, like most debris flows, triggered by heavy precipitation events. Debris flows have the potential to cause much damage, and therefore it is important to analyse when and where the risk of these flows exists. This study aims to identify shared characteristics of basins that experienced post-wildfire debris flows in order to improve future risk analyses regarding such flows. These characteristics were studied through the analysis of 42 basins in 10 burned areas across western North America, which experienced a total of 67 post-wildfire debris flows between 2000 and 2018. Literature research and existing databases revealed the bedrock, soil texture and the timing of the flows compared to the wildfires. Spatial analysis using ArcMap allowed for the analysis of the burn severity of the basins, the hypsometry of the basins, and the mean slope of the basins. Analysis of these characteristics revealed the importance of the hypsometric integral, the soil texture, and the mean slope angle of the basins. In general, the hypsometric integral tends to fall between 0.50 and 0.60 and only soils with a coarse texture were identified for the basins. The mean slope angle of the basins is commonly between 25-30o, with a wider range of slopes being able to generate debris flows shortly after the fire. If multiple basins in a small area are burned, those with steeper slope angles have a higher potential to generate debris flows, while basins with steeper slopes do not have a higher risk on large regional scales. In order to generate post-wildfire debris flows the basin also needs to be burned at a large extent at low to medium severity, resulting in an extensive and strong water-repellent layer required to generate the runoff that is needed to generate a debris flow. Seasonal wetting during winters and drying of the soil during summers can reduce or enhance runoff respectively as well. As a result, post-wildfire debris flows occur mostly during the late summer months shortly after a wildfire when precipitation is increasing through summer storms, or a year later when the soil is dried and primed during the summer followed by such a summer storm. Fires during winter and thus outside the traditional wildfire season can lead to post-wildfire debris flows during winter as well due to the strength of the fresh water-repellent layer. Climate change which will lead to more fires during late autumn and winter months can thereby result in post-wildfire debris flows during winter, rather than only during the summer months following wildfires in the traditional fire season. === Jordskred uppstår när en sammanhängande jordmassa kommer i snabb rörelse. Det är en typ av naturolyckor som kan skada både infrastruktur och människor. Sannolikheten att ett jordskred inträffar ökar efter skogsbränder. Samtidigt kan klimatförändringar leda till en ökning av skogsbränder vilket i sin tur kan leda till en ökad risk för jordskred i framtiden. Syftet med det här projektet är att bidra till bedömningen av risken av jordskred till följd av skogsbänder i västra Nordamerika och att identifiera andra områden som också har en stor risk att drabbs av skred efter skogsbränder genom att identifiera riskfaktorer. Under projektets gång skapades en databas med områden där jordskred inträffade efter skogsbränder i västra Nordamerika. Den vetenskapliga litteraturen visade några egenskaper av skred och områdena, t.ex. när branden och skredet hände, vilken berggrund finns i området och texturen av jordarten i området. Dessutom användandes GIS (Geographical Information System) med satellitbilder och DEM (Digital Elevation models), som visade information om brandskador samt de geomorfologiska karaktärerna av områden. Resultaten visade att formationen av jordskred kräver omfattande låga till måttliga brandskador som resulterar i ett starkt vattenavvisande jordlager. Detta jordlager minskar infiltrationskapaciteten av jorden och resulterar i mer ytavrinning vilket orsakar skred till följd av brand. Även en grov textur av jordlagret är viktig eftersom den också bidrar till ett starkt vattenavvisande jordlager. Dessutom kan askpartiklar bli fångade in i stora porer i jord med en grov textur vilket minskar infiltrationskapaciteten och ökar ytavrinningen. Det finns alltså två krav för att ett jordskred ska inträffa efter en skogsbrand: i) omfattande låga-måttliga brandskador, och ii) en grov textur av jorden. Vidare finns det några ytterligare egenskaper som ökar risken för skred efter skogsbränder om de två kraven är uppfyllda. Den hypsometriska integralen (ett sätt att uttrycka hypsometrin av en dal) ligger oftast mellan 0.50-0.60 vilket är normal för en geomorfologiskt sett mogna område. Dessutom hade de flesta områdena i projektet en medellutning mellan 25o och 30o. Dock fanns det även tillfällen där värdena låg utanför dessa intervaller. Därför kan dessa värden i sig inte användas som riskfaktorer, utan borde de även kombineras med de övriga egenskaperna som beskrivs i den här undersökningen. Det är också relevant att veta när jordskred inträffar till följd av skogsbränder. Resultaten visade att skred kan hända strax efter skogsbränder i slutet av sommaren när det finns kraftigt regn. Det är då som det vattenavvisande jordlagret är som starkast. Det vattenavvisande lagret minskar i styrkan under året, men det är också möjligt att det inträffar ett jordskred under sommaren året efter en skogsbrand. Då är jorden torr i slutet av sommaren när kraftigt regn inträffar efter torra månader. Torr jorden bidrar även till en minskad infiltrationskapacitet. Regn i vinter gör jorden blöt vilket ökar infiltrationskapaciteten av jorden. Dessutom sker det även skogsbränder utanför den traditionella skogsbrandsäsongen nuförtiden, t.ex. tidigt i vintern. I så fall kan jordskred också inträffa under samma vinter strax efter skogsbranden, därför att det vattenavvisande jordlagret som skapas i branden fortfarande är starkt då. Som nämnts tidigare finns det en riskprofil som kan användas för att identifiera områden som har en hög risk för jordskred efter skogsbränder, men möjligheten att ett jordskred inträffar under vintern istället för (slutet av) sommaren bör även iakttas. Risken växer nämligen i samband med klimatförändringar som leder till mer skogsbränder; inte bara under sommaren, utan även under vintern.