Noto: Tecniche GIS per la valutazione della pericolosità idrogeologica
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Noto: Tecniche GIS per la valutazione della pericolosità idrogeologica Noto: Tecniche GIS per la valutazione della pericolosità idrogeologica Presentation Transcript

  • Tecniche GIS per la valutazione della pericolosità idrogeologica Leonardo V. Noto – G. La Loggia Dipartimento di Ingegneria Idraulica ed Applicazioni Ambientali – Università di Palermo [email_address] D ipartimento di I ngegneria I draulica ed A pplicazioni A mbientali
  • Area applicativa Dissesto Idrogeologico Il dissesto idrogeologico rappresenta per l’Italia un problema di notevole rilevanza, visti gli ingenti danni arrecati ai beni e, soprattutto, la perdita di moltissime vite umane. Giampilieri, ME oct 2009 In Italia il rischio idrogeologico è diffuso in modo capillare e si presenta in modo differente a seconda dell’assetto geomorfologico del territorio: frane , alluvioni , erosioni costiere e mareggiate, subsidenze e sprofondamenti, valanghe e crisi idriche.
  • Problematiche affrontate La perimetrazione delle aree a diversa pericolosità di inondazione e la valutazione del rischio idraulico richiedono una serie di studi idrologici condotti per i tempi di ritorno T= 50, 100 e 300 anni. pervenire ad un assetto idrogeologico del territorio che minimizzi, per ogni area, il livello del rischio connesso ad identificati eventi naturali estremi, incidendo, direttamente o indirettamente, sulle variabili Pericolosità, Vulnerabilità e Valore Esposto
    • Conoscenza globale dello stato di dissesto idrogeologico del territorio (dissesti sui versanti e pericolosità idrauliche ed idrologiche)
  • Problematiche affrontate
    • Determinazione per qualsiasi punto della Sicilia l’ idrogramma di piena per fissato tempo di ritorno T (ossia per qualsiasi probabilità di non superamento).
    • Creazione di una mappa di suscettività ai fenomeni franosi per un test site in Sicilia (bacino idrografico del fiume Timeto, ME).
    Necessità di mettere a punto strumenti in grado di delimitare le aree che sono predisposte a rischio di alluvione o frana
  • Il SIRI S istema I nformativo R egionale I drologico Il Dipartimento di Ingegneria Idraulica e Applicazioni Ambientali ( DIIAA ) negli ultimi anni ha elaborato un modello basato su sistemi GIS per il calcolo delle portate al colmo sul territorio Siciliano. Questo modello, chiamato S.I.R.I. ( Sistema Informativo Regionale Idrologico ) consente di automatizzare alcuni modelli usati in idrologia calcolando le altezze di pioggia e le portate dei corsi d’acqua in qualsiasi punto dell’isola. Il SIRI, è un sistema composto da DEM , layer relativi a parametri idrologici e script che consentono di calcolare in automatico le altezze di pioggia e le portate di piena sul territorio siciliano.
  • Il SIRI S istema I nformativo R egionale I drologico
    • Originariamente sviluppato in ESRI ArcView 3.2 tramite programmazione effettuata su Avenue .
    • Nel 2007 è stato effettuato il porting su ESRI ArcGIS 9.1 utilizzando Phyton come linguaggio di programmazione.
    • Parallelamente è stata sviluppata una versione semplificata Web-Based che utilizza GRASS e MySQL-PHP
    • CASTROGIOVANNI M.; G. LA LOGGIA; NOTO L.V. (2005). Design storm prediction and hydrologic modeling using a Web-GIS approach on a Free software platform. ATMOSPHERIC RESEARCH, vol. 77; p. 367-377, ISSN: 0169-8095, doi: 10.1016/j.atmosres.2004.12.015
    • Utilizza come base cartografica l’ IGM a scala 1:50˙000 e si compone di due moduli:
      • Modulo Piogge
      • Modulo Deflussi
  • Il SIRI Modulo Piogge
    • Consente di effettuare le seguenti operazioni:
    • Calcolo delle altezze di pioggia per fissata durata e T
    • Costruzione della curva di probabilità pluviometrica
    • Costruzione degli ietogrammi di progetto .
    • Queste operazioni possono essere eseguite in maniera puntuale, areale e per tutto il territorio siciliano, per fissata durata e tempo di ritorno utilizzando le più utilizzate distribuzioni di probabilità ( Gumbel , TCEV , Lognormale , Frechet , Gibran – Galton ).
  • Il SIRI Modulo Piogge Dati di pioggia massimi annuali per fissata durata su MySQL (Osservatorio delle Acque) Aggiornamento a cadenza annuale delle mappe iso- a iso- n e iso- CV Modelli probabilistici
  • Il SIRI Modulo Deflussi Il modulo Deflussi serve per poter calcolare la portata o l’idrogramma di piena per fissato tempo di ritorno, dopo aver cliccato su una sezione di chiusura di un qualsiasi corso d’acqua siciliano. L’utente ha la possibilità di scegliere se utilizzare: - metodi diretti per il calcolo della portata al colmo - metodi indiretti (modelli afflussi deflussi) oppure effettuare un confronto tra i vari metodi. I metodi diretti implementati prevedono il Curve Number o il metodo percentuale come modello di pioggia netta associato al metodo cinematico come modello di trasferimento .
  • Il SIRI Interfacce di input e output
  • Il SIRI Output grafici Delimitazione del bacino Verdura alla foce con le aree isocorrive Curva di probabilità pluviometrica Ietogramma lordo Ietogramma netto Idrogramma di piena
  • Aspetti innovativi
    • GIS utilizzato non più solo in fase di pre e post-processing ma come ambiente di sviluppo per il modello idrologico ( model GIS-embedded )
    • Tempi di sviluppo dello “studio idrologico” limitatissimi e nulli se confrontati all’approccio classico.
    • Aggiornamento annuale dei parametri idroclimatici direttamente a partire dalla loro acquisizione nel DB
    • Possibilità di ulteriore sviluppo modulare
  • Mappe di suscettività C. MIRABELLA; E. ARNONE; F. LO CONTI; NOTO L.V.; G. LA LOGGIA (2009). Elaborazione di una mappa di suscettibilità delle aree in frana a scala di bacino. In: 13a Conferenza Nazionale ASITA. Bari, Dicembre 2009 Suddivisione del territorio in diversi livelli di pericolosità secondo cui vengono discretizzate le probabilità di occorrenza del fenomeno studiato
  • Regressione logistica Nel caso di variabile dipendente dicotomica se applicassimo un modello di regressione lineare… Esempio (Hosmer e Lemeshow, 2000) Si considerino 100 pazienti la cui età (AGE) viene messa in relazione con la presenza o l’assenza di particolare patologia (CHD) AGE CHD (assume valore 0 in assenza di patologia e 1 in presenza) Il grafico non mostra l’effettiva relazione tra le due variabili ?
  • Regressione logistica Nel caso di variabile dipendente dicotomica è opportuno utilizzare un modello lineare generalizzato Discretizzare la variabile AGE calcolando la media per ciascun gruppo e la frequenza di occorrenza del fenomeno Si usa trasformazione LOGIT All’aumentare dell’età cresce la percentuale di individui che presentano disturbi coronarici
  • Metodologia applicativa
    • Definizione di un’unità territoriale di base e scelta dell’area di studio
    • Acquisizione delle distribuzioni dei dissesti franosi nell’area di studio
    • Scelta di possibili fattori predisponenti l’evento franoso e conversione di questi in layer raster
    • Valutazione dei pesi relativi a ciascun fattore, ossia calcolo dei coefficienti della regressione logistica
    • Scelta e verifica del modello di regressione
    • Creazione della mappa di suscettibilità
    Software usati GRASS 6 (piattaforma GIS) GRASS Interfaces to statistical software R R 2.8.1 (analisi statistiche)
  • Caso di studio - Timeto Definizione di un’unità territoriale di base e scelta dell’area in studio Disponibilità di dati Presenza di aree in frana APAT Rapporto delle frane in Italia 2007 Bacino idrografico del Torrente Timeto
  • Caso di studio – Timeto Carta Inventario delle Frane Variabile dipendente dicotomica Assessorato Territorio e Ambiente della Regione Sicilia (2005)
    • Tra i fenomeni franosi censiti risultano di interesse (Varnes 1978):
    • Colamenti
    • Crolli/Ribaltamenti
    • Scorrimenti
    • - Frane Complesse
  • Caso di studio – Timeto Fattori predisponenti: variabili policotomiche Assessorato Territorio e Ambiente Provincia di Messina Litologia Uso del suolo Pedologia
  • Caso di studio – Timeto Fattori predisponenti: variabili continue Pendenza Curvatura Precipitazione media annua Parametro a Parametro n Distanza dalle strade Indice topografico Esposizione Distanza dalle faglie Distanza dal reticolo idrografico
  • Caso di studio – Timeto Determinazione della mappa di suscettibilità Determinazione coefficienti della regressione Fissando il cutoff delle probabilità di occorrenza P a 0.5 , oltre il 90% del bacino è stato classificato correttamente Valutazione probabilità di occorrenza frana Zonazione
  • Caso di studio – Timeto Problemi sui dati - Pedologia
  • Caso di studio – Timeto Problemi sui dati – Uso/Copertura dei suoli
  • Aspetti innovativi
    • GIS utilizzato non più solo in fase di pre e post-processing ma come ambiente di sviluppo per il modello idrologico ( model GIS-embedded )
    • Procedura di mappatura non applicabile senza l’ausilio di mezzi informatici sia per la mole dei dati analizzati sia per il metodo di stima dei coefficienti della regressione logistica.
    • Metodologia oggettiva che permetterebbe uno screening della suscettività ai dissesti franosi a scala regionale .