Implementazione in ambiente GIS di un modello di valutazione della vulnerabilità sistemica, di Francesco Sdao, Aurelia Sole, Ake Sivertun, Stefania Pascale, Albano Rafaele, Luciana

Stefania Pascale - “Implementazione in ambiente GIS di un modello di valutazione della vulnerabilità sistemica” - Potenza 14/09/2010

IMPLEMENTAZIONE IN AMBIENTE GIS DI UN MODELLO DI VALUTAZIONE DELLA

VULNERABILITÀ SISTEMICA

FRANCESCO SDAO (*), AURELIA SOLE (**), ÅKE SIVERTUN (***), RAFFAELE ALBANO (**), LUCIANA GIOSA (**) & STEFANIA PASCALE (**)

*Dipartimento di Strutture, Geotecnica, Geologia Applicata- Università degli Studi della Basilicata, Italy

** Dipartimento di Ingegneria e Fisica dell'Ambiente -Università degli Studi della Basilicata, , Italy

***Department of Computer and Information Science- Linköpings universitet, Sweden

SESTA CONFERENZA NAZIONALE IN INFORMATICA E PIANIFICAZIONE URBANA E TERRITORIALE

Potenza 13 – 15 Settembre 2010


R = P⋅ V ⋅ Erischio pericolosità

vulnerabilità

Elementi a rischio

CHE COS’È IL RISCHIO?

Il “rischio totale R” è definito come l’entità del danno atteso in una data area e in un certo intervallo di tempo in seguito al verificarsi di un particolare evento calamitoso di data intensità ed è dato da:

VV


PROPOSTA DI UN MODELLO PER LA VALUTAZIONE DELLA VULNERABILITA’ SISTEMICA IN AREE URBANE SOGGETTE A RISCHIO DI FRANA E/O DI INONDAZIONE

“QUALE PERDITA DI FUNZIONALITA’ SUBISCE UN SISTEMA QUALORA

SIA COLPITO DA UN EVENTO CALAMITOSO?”

LA VULNERABILITÀ

Vulnerabilità (Vulnerability V): grado di perdita prodotto su un certo elemento o gruppo di elementi esposti a rischio risultante dal verificarsi di un fenomeno naturale di una data intensità. E’ espressa in scala da 0 (nessuna perdita) a 1(perdita totale) ed è una funzione dell’intensità del fenomeno e della tipologia di elemento a rischio:

V=V(I;E)

Supporto alla programmazione e alla Supporto alla programmazione e alla pianificazione di strategie per la mitigazione pianificazione di strategie per la mitigazione del rischio “frane e/o inondazione”del rischio “frane e/o inondazione”


VULNERABILITA’ DEI SISTEMI TERRITORIALIVULNERABILITA’ DEI SISTEMI TERRITORIALI

Vulnerabilità fisica Vulnerabilità funzionale Vulnerabilità sistemica

Misura dei danni fisici che un elemento subisce a seguito di un qualsiasi evento esterno

Misura tra l’efficienza fisica di un elemento e la sua efficienza funzionale, cioè la capacità di effettuare le funzioni per cui l’elemento è stato sviluppato

Misura della propensione dell’ elemento a subire la perdita della sua efficienza funzionale a causa della sua interconnessione con altri elementi del suo stesso sistema territoriale.


Valutazione della Vulnerabilità Sistemica di un sistema territoriale complesso

Quale elemento risulta essere più “critico” qualora il sistema

territoriale sia colpito da eventi “calamitosi”?

Quale elemento risulta avere un ruolo “decisivo” nella gestione

dell’emergenza”?

A causa di:

- perdita della propria funzionalità

ha maggiori ripercussioni sul sistema

territoriale in emergenza


ANALISI DELLA VULNERABILITÁ SISTEMICA

Propensione al danno di un “oggetto” in conseguenza delle sue caratteristiche intrinseche (fisiche e funzionali)

VULNERABILITA’ VULNERABILITA’ SISTEMICASISTEMICA

SINGOLO ELEMENTO SISTEMA TERRITORIALEPASSAGGIO DI SCALA

http://www.immo-land.ro/images-case/96-casa-vila-6-camere-alba-1864252766.jpg


L’efficienza di un sotto-sistema può dipendere dall’efficienza degli altri sotto-sistemi.

SISTEMA TERRITORIALE

Vulnerabilità sistemica

non dipende solo dal numero di elementi vulnerati ma anche dalla rilevanza che essi hanno nel funzionamento del sistema

non e’ descrivibile solo come la somma delle vulnerabilità dei singoli componenti ma, anche, dalle cadute funzionali indotte

Un sistema, è quell’insieme in grado di perseguire un obiettivo e di svolgere una funzione mediante l’interrelazione fra i suoi elementi (Fera, 1990 e Galli et al., 2007)

Vulnerabilità: esprime la sensibilità di un sistema o di un elemento del sistema a subire danni

Un sistema territoriale è un sistema complesso costituito da diversi sotto-sistemi.I sotto-sistemi sono collegati da relazioni funzionali.


MODELLO PER LA VALUTAZIONE MODELLO PER LA VALUTAZIONE DELLA VULNERABILITÀ SISTEMICA: FASI PRINCIAPLIDELLA VULNERABILITÀ SISTEMICA: FASI PRINCIAPLI

(Pascale et al., 2010 e Sdao et al., 2010) (Pascale et al., 2010 e Sdao et al., 2010)

I)Caratterizzazione del sistema

A)Caratterizzazione dellarete

Valutazione del livello di funzionalitàintrinseca

Valutazione degli stress sui nodi

II)Analisi degli stress sugli elementi

III)Analisi delle vulnerabilità sistemica

B)Analisi dello scenarioC)Overmapping delle

informazioni


Lettura in forma semplificata del

TERRITORIO

Entità territoriali Relazioni fra entità

Nodi ArchiRete

A) Caratterizzazione della rete

Caratterizzazione del sistema1.


G = E, A

E indica l’insieme dei nodi i

A l’insieme dei collegamenti (archi (i, j))

i entità (nodi) condizionante

j entità (nodi) condizionata

CARATTERIZZAZIONE DELLA RETE

Individuazione di tre diversi insiemi di nodi, non necessariamente disgiunti:

insieme D dei nodi rappresentativi di sotto-sistemi che, sotto l’azione di una pressione esterna, presentano una diminuzione della propria funzionalità, e che hanno quindi la necessità di intervento da parte di altri sotto-sistemi;

insieme R dei nodi rappresentativi di sotto-sistemi che hanno il compito di fornire servizi ai nodi che presentano una diminuzione di funzionalità;

insieme S dei nodi rappresentativi di sistemi infrastrutturali, fondamentali in quanto, in genere, i servizi erogati devono transitare su di essi.



Si caratterizza il sistema in funzione degli scenari di danno scelti, l’informazione ottenuta è sovrapposta alla

mappa della localizzazione degli elementi della rete considerata, si individuano gli elementi che sono

direttamente coinvolti nel possibile evento catastrofico.

B) Analisi dello scenario

C) Overmapping delle informazioni



analisi deGli stress sUGli elementi2.

VALUTAZIONE DEGLI STRESS SUI NODIVALUTAZIONE DEGLI STRESS SUI NODI

VALUTAZIONE DEL LIVELLO DI FUNZIONALITA’ VALUTAZIONE DEL LIVELLO DI FUNZIONALITA’ INTRINSECAINTRINSECA

VETTORE DI SOLLECITAZIONE VETTORE DI SOLLECITAZIONE ESTERNA RELATIVA ALRISCHIO DI ESTERNA RELATIVA ALRISCHIO DI TIPO K AGENTE SU OGNI TIPO K AGENTE SU OGNI ELEMENTO TERRITORIALEELEMENTO TERRITORIALE

FUNZIONE DI VULNERABILITA’ DI FUNZIONE DI VULNERABILITA’ DI OGNI ELEMENTO RISPETTO AL OGNI ELEMENTO RISPETTO AL RISCHIO KRISCHIO K

kiξ iy

0ixLIVELLO DI INTEGRITA’ FUNZIONALE LIVELLO DI INTEGRITA’ FUNZIONALE

DI OGNI ELEMENTO VALUTATA SULLA DI OGNI ELEMENTO VALUTATA SULLA BASE DELLA SUA INTEGRITA’ FISICA BASE DELLA SUA INTEGRITA’ FISICA


PARAMETRI

VOLUME (m3) «10 10-102 102-103 103-104 104-105 >105

Punteggio 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

VELOCITA' (m/s) «5x10-10 5x10-10- 5x10-8 5x10-8- 5x10-6 5x10-6- 5x10-4 5x10-4- 5x10-2 5x10-2 - 5 >5

Punteggio 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

RUN OUT (Km) «10-3 10-3-10-2 10-2-10-1 10-1-10-0 >10

Punteggio 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

PROFONDITA' (m) 1 1-12 12-25 25-35 35-50 >50

Punteggio 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

AREA COINVOLTA (Km2) «0,01 0,01-0,24 0,25-0,50 0,50-0,75 0,75-1 >1

Punteggio 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

DEFORMAZIONE eterogenea omogenea continua discontinua

Punteggio 4 2 4 2 // // // // // //

TIPOLOGIAColate di argilla

lenta Scorrimenti roto-

traslazionaliScivolamenti di

rocciaColata di argilla

rapidaCrolli

Ribaltamenti

Colate detritiche

Punteggio 2 4 8 8 10 10 10 // // //

PUNTEGGIO TOTALE 1 - 7 8 - 14 15 - 21 22 - 28 29 - 35 36 - 42 43 - 49 50 - 56 57- 63 64 - 70

INTENSITA' I II III IV V VI VII VIII IX X

INTERVALLO DI VALORI

kiξVettore di solleCitazione esterna relatiVa al Vettore di solleCitazione esterna relatiVa al

risCHio da frana aGente sUll’i-esimo elemento risCHio da frana aGente sUll’i-esimo elemento territorialeterritoriale

molto Bassa

molto eleVata

i X


PARAMETERS

WATER DEPTH (m) 0 - 1,5 1,51 - 2 2,1 - 2,5 2,51 - 3 3,1 - 4 4,1 - 5 5,1 - 6 6,1 - 7 7,1 - 8 >8

Intensity score 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

SPEED (m/s) 0 - 1 1,1 - 2 2,1 - 3 3,1 - 4 4,1 - 5 5,1 - 6 6,1 - 7 7,1 - 8 8,1 - 9 >9

Intensity score 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

TIME OF RETURN (years) 1 -10 11 - 30 31 - 50 51 - 100 101 - 200 201 - 300 301 - 500 501 - 800 801 - 1000 >1000

Intensity score 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

TOTAL SCORE 1 - 3 4 - 6 7 - 9 10 - 12 13 - 15 16 - 18 19 - 21 22 - 24 25 - 27 27 - 30

INTENSITY I II III IV V VI VII VIII IX X

VALUES RANGE

kiξVettore di solleCitazione esterna relatiVa al Vettore di solleCitazione esterna relatiVa al

risCHio da inondazione aGente sUll’i-esimo elemento risCHio da inondazione aGente sUll’i-esimo elemento territorialeterritoriale

molto Bassa

molto eleVata

i X


)1(1 )2,2(

)2.2(

i

i

e

eayi αξ

αξ

−

−

+⋅−=

fUnzione di VUlneraBilità dell’elemento i-fUnzione di VUlneraBilità dell’elemento i-esimo rispetto al risCHio natUrale di tipo kesimo rispetto al risCHio natUrale di tipo k

parametro variabile

stress relativo al rischio considerato

Costante = 2

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

0 2 4 6 8 10

Stress (ξi)

Vu

lner

abil

ity

(yi)

Category C

Category B

Category A

Α → α = 0.06

C→ α = 0.02

B → α = 0.04


)1(1 )2,2(

)2,2(

f

f

e

eay +

+

−

−

+⋅−=

αξ

αξ

Densità di popolazione>10000 fattore correttivo 0,4

5000 <Densità di popolazione >10000 fattore correttivo 0,2

Densità di popolazione <5000 fattore di correzione 0

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

0 2 4 6 8 10

Stress (ξi)

Vu

lner

abil

ity

(yi)

High density

Mean density

Low density

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

0 2 4 6 8 10

Stress (ϕi)

Vu

lner

abil

ity

(yi)

High density

Mean dens ity

Low density

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

0 2 4 6 8 10

Stress (ξi)

Vu

lner

abil

ity

(yi)

High density

Mean density

Low density

fUnzione di VUlneraBilità dell’elemento i-esimo fUnzione di VUlneraBilità dell’elemento i-esimo rispetto al risCHio natUrale di tipo krispetto al risCHio natUrale di tipo k


VUlneraBilità VUlneraBilità intrinseCaintrinseCa

0ix

vulnerabilità intrinseca estremamente elevata0.8 < yi <1 =8 α~

descrive le condizioni di integrità funzionale dell’elemento descrive le condizioni di integrità funzionale dell’elemento considerato e dipende direttamente dalla sua vulnerabilità ma non considerato e dipende direttamente dalla sua vulnerabilità ma non

prende in considerazione l’eventuale interconnessione funzionale con prende in considerazione l’eventuale interconnessione funzionale con gli altri nodi.gli altri nodi.

( ) ( )( ) i

y

iii

ii

e

ex αα

α

α~1.0

1

1~1.01 ~

~

0

2

+−

−−=−

−

0.6 < yi <0.8 =6 α~ vulnerabilità intrinseca elevata

0.4 < yi <0.6 =4 α~ vulnerabilità intrinseca media

0 < yi <0.4 =2 α~ vulnerabilità intrinseca bassa

1 sCarsaottima00

ix


α~

analisi e definizione della VUlneraBilità sistemiCa

3.

LIVELLO DI INTEGRITA’ FUNZIONALE DELL’ I-ESIMO ELEMENTO ix

( ) ( ) ( )( ) ij

x

ijjijij

jij

e

exw αα

α

α

1,01

11,01

2

+−

−−=−

−0ix livello di integrità funzionale

dell’elemento i-esimo

funzione che esprime il livello di influenza tra il nodo i e il nodo j

valore di INFLUENZA calcolato tra i vari elementi a rischio

Fornisce dati sulla funzionalità del nodo i;

Fornisce informazioni relative alla funzionalità degli altri nodi.

0<Xi<1

ottima integrità funzionale

scarsa integrità funzionale

( ) ( )( )iPjxwxx jijii ∈∀= ,,max 0


definizione delle inflUenzedefinizione delle inflUenze


indiCe GloBale i di fUnzionalita’ del sistema

N

xI

N

ii∑

== 1

elevataaltamediabassaPerdita funzionale

0,75 – 1 0,5 – 0,750,25 – 0,50 – 0,25Indice di funzionalità


Implementazione del modello


AREA DI STUDIO: AREA DI STUDIO: territorio comunale della città di POTENZAterritorio comunale della città di POTENZA


Fase 1: Caratterizzazione del sistema – A) caratterizzazione della rete


ANALISI DELLO SCENARIOB)B)


ANALISI DELLO SCENARIOB)B)t=30t=200t=500


OVERMAPPING DELLE INFORMAZIONIC)


OVERMAPPING DELLE INFORMAZIONIC)

Scenario T=200 Asta BasentoScenario T=200 Asta Basento


Fase 2: Analisi degli stress esterni sugli elementik

iξ Vettore di sollecitazione esterna relativa al rischio di frana agente sull’i-esimo elemento territoriale


VALUTAZIONE DELL’INTENSITA’ DI INONDAZIONE


Valutazione dell’intensità del rischio combinato di frane e inondazione


Fase 3: Analisi e definizione della vulnerabilità sistemica



I = 0,87I = 0,87


0,75 – 1 0,5 – 0,75

0,25 – 0,5

0 – 0,25

Indice di funzionalità


0,420,420,430,430,570,57 Asta “Basento” T=30Asta “Basento” T=30

Asta “Basento” T=200Asta “Basento” T=200

Asta “Basento” T=500Asta “Basento” T=500




0,75 – 1 0,5 – 0,75

0,25 – 0,5

0 – 0,25

Indice di funzionalità


CONCLUSIONICONCLUSIONI

ELEMENTO PIU’ ELEMENTO PIU’ “CRITICO”“CRITICO” A CAUSA DELLA PERDITA A CAUSA DELLA PERDITA DELLA PROPRIA FUNZIONALITA’DELLA PROPRIA FUNZIONALITA’

Supporto alle decisioni dei pianificatori nell’analisi delle Supporto alle decisioni dei pianificatori nell’analisi delle conseguenze di un evento di frana e/o inondazione su un conseguenze di un evento di frana e/o inondazione su un sistema territoriale complesso per definire le priorità di sistema territoriale complesso per definire le priorità di intervento:intervento:

ELEMENTO CHE HA UN RUOLO ELEMENTO CHE HA UN RUOLO “DECISIVO”“DECISIVO” NELLA NELLA GESTIONE DELL’EMERGENZA POICHE’ HA MAGGIORI GESTIONE DELL’EMERGENZA POICHE’ HA MAGGIORI RIPERCUSSIONI SUL SISTEMARIPERCUSSIONI SUL SISTEMA

PER VALUTARE L’OPPORTUNITÀ DI EFFETTUARE PER VALUTARE L’OPPORTUNITÀ DI EFFETTUARE INTERVENTI (DI TIPO STRUTTURALE O GESTIONALE) INTERVENTI (DI TIPO STRUTTURALE O GESTIONALE) SUL SISTEMA TERRITORIALESUL SISTEMA TERRITORIALE

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