La mitigazione in tempo reale La mitigazione in tempo reale

del rischio sismicodel rischio sismico

Paolo GaspariniPresidente AMRA Scarl

Dipartimento di Scienze Fisiche, Università di Napoli “Federico II”

1950

2015

La crescente urbanizzazione

Source: National Geographic, Nov. 2002

1950 1970 1990 2015

347

418

71100

200

300

400

Numero di abitanti nelle città

mil

lio

n

Industrialized countriesDeveloping countriesAll

Da 8 Megacities nel 1950 a 60 nel 2015!

Il Rischio è una quantità altamente dinamica

Le Mega-cities sono diventate attrattori di Rischio.

La mitigazione del rischio nelle grandi città ha bisogno della combinazione di:

a) Azioni preventive a lungo termine

b) Implementazione di sistemi di earlywarning che consentono una mitigazione

in tempo reale

Un sistema rapido di risposta ai disastri Un sistema rapido di risposta ai disastri idealmente consiste delle seguenti componenti idealmente consiste delle seguenti componenti

Early Warning: azioni che vengono intraprese dopo che l’evento pericoloso è iniziato ma prima che esso colpisca l’obiettivo da proteggere (lead time o «tempo di attesa»).

Predizione (Prediction): capacità di valutare deterministicamente tempo, ubicazione e dimensione di un prossimo evento disastroso. Attualmente non è fattibile per alcun tipo di evento naturale.

Previsione (Forecasting): capacità di valutare probabilisticamente tempo, ubicazione e dimensione di un prossimo evento disastroso.

Supporto rapido alle decisioni (Rapid Support System): informazione fornita minuti dopo che l’evento ha colpito l’obiettivo che consente di pianificare in tempo reale le azioni di risposta. Le informazioni generate dai sistemi di EW possono essere usate anche a questo scopo.

AUTOMATICHE AUTOMATICHE TERREMOTI:TERREMOTI: dada secondi a decine di secondisecondi a decine di secondi

TSUNAMI:TSUNAMI: dada minuti a oreminuti a ore

EVENTI METEOROLOGICI:EVENTI METEOROLOGICI: dada ore a giorniore a giorni

ALLUVIONI E FRANE:ALLUVIONI E FRANE: da ore a giornida ore a giorni

ERUZIONI VULCANICHE:ERUZIONI VULCANICHE: dada ore a settimaneore a settimane

ALLERTA + INFORMAZIONEALLERTA + INFORMAZIONE

ALLERTA + INFORMAZIONEALLERTA + INFORMAZIONE

ALLERTA + INFORMAZIONEALLERTA + INFORMAZIONE

LEAD TIMES TIPICILEAD TIMES TIPICI

AZIONI PIU’ SIGNIFICATIVEAZIONI PIU’ SIGNIFICATIVE

ALLERTA + INFORMAZIONEALLERTA + INFORMAZIONE

Le onde contenenti gran parte dell’energia

(S - Superficiali)

sono più lente delle onde contenenti le informazioni

(P)

P

S

Tim

e (s

)

Distance (Km)

10

20

50 100

Early Warning Sismico (EEW)

Configurazioni dei sistemi di EEWConfigurazioni dei sistemi di EEW

REGIONALI:REGIONALI: i sensori circondano la sorgente sismica e trasmettono i segnali all’obiettivo da proteggereUna rete per tutti gli obiettivi; tempi di attesa più lunghi; alto costo.

A BARRIERA:A BARRIERA: i sensori sono ubicati tra la sorgente sismica e l’obiettivo da proteggereUna rete per diversi obiettivi; tempi di attesa ridotti; alto costo.

ON SITE:ON SITE: i sensori sono intorno o sul sitoUn sistema per ogni obiettivo; tempi di attesa molto brevi; basso costo, manutenzione semplice.

I Sensori sismici rilevano le onde P di un terremoto in prossimità della sorgente.

Un segnale di allerta viene trasmesso all’obiettivo da proteggere.

L’obiettivo è allertato da secondi a minuti prima dell’arrivo delle onde distruttive.

Esempio di sistema di EEW Regionale

Destructive S waves (3.5 km/s)

Transmitted information of seismic wave arrival(no delay)

Target site

Earthquake

✹

Seismic sensor

Tipico sistema di EEW a Barriera: il caso di Mexico CityTipico sistema di EEW a Barriera: il caso di Mexico City

30km

30km

Sistema di EEW On SITESistema di EEW On SITE

La Centrale Nucleare di IgnalinaLa Centrale Nucleare di Ignalina

Propagation

Detection

Event Origin

Real-Time Engineering for Risk Mitigation Actions

Early Warning and Real-Time EngineeringEarly Warning and Real-Time Engineering

Scala dei Tempi dell’EEWScala dei Tempi dell’EEW

Evacuazione di edificiEvacuazione di edifici

Shut-down of sistemi criticiShut-down of sistemi critici

Attivazione di sistemi Attivazione di sistemi di controllo strutturaledi controllo strutturale

STOP DEI TRENISTOP DEI TRENI

minutiminuti

secondi

Tem

po

Tem

po

Azioni

Mappe di GA, e di danno attesoMappe di GA, e di danno atteso

RETI REGIONALI O A BARRIERA ESISTENTI RETI REGIONALI O A BARRIERA ESISTENTI ADATTE ALL’EEWADATTE ALL’EEW

JapanJapan

TaiwanTaiwan

MexicoMexico

TurkeyTurkey

RomaniaRomania

ItalyItaly

USAUSA

• Installati lungo tutta la linea

• L’alimentazione elettrica viene disattivata quando l’accelerazione orizzontale supera un valore di soglia.

Sismometri a barriera lungo la costa

Tempo di attesa circa 15 secondi

Sismometri di allerta

Il sistema di EEW più sperimentato Il sistema di EEW più sperimentato per proteggere lo SHINKAZE (UrEDAS) per proteggere lo SHINKAZE (UrEDAS)

　・ In 13 anni sono stati dati 1713 EEWs basati sull’informazione proveniente da una sola stazione. 30 EEWs (1.75%) si sono dimostrati falsi allarmi.

　　　→　 Solo 7 per M>4.5 Nessun caso di falso allarme quando i dati provenivano da almeno 2 stazioni

　

Cause di erroreM stimata

Totale5- 5+ 6- 6+ 7

Difetti alla sensoristica e operazioni erronee

3 0 1 0 0 4

EEW innescato da rumore 3 0 0 0 0 3

Totale 7

PERFORMANCE DEL SISTEMAPERFORMANCE DEL SISTEMA

1) La Japan Meteorological Agency (JMA) DEVE emettere l’EEW in tutti i casi in cui lo ritenga necessario.

2) L’organizzazione in carica DEVE trasmettere l’allarme alle organizzazioni preposte ed alla popolazione.

3) Tutti coloro che forniscono EEW a singole case ed edifici, DEVONO farlo secondo gli standard tecnici determinati da JMA.

La modifica del “Weather Service Law” relativa all’EEW è entrata in vigore il 1°Dicembre 2007

0th issuance of EEW

1st issuance of EEW

2nd issuance of EEW

N th issuance of EEW

Rappresentazione grafica della Propagazione di un’Onda Sismica e Earthquake Early Warning (EEW)

rapidityaccuracy

L’Early Warning nella Riduzione del L’Early Warning nella Riduzione del Rischio SismicoRischio Sismico

Pre-Evento – Ingegneria delle decine di secondi:Pre-Evento – Ingegneria delle decine di secondi: Limitare l’esposizione;

Azioni specifiche e Sistemi di Protezione; Aumentare la resilienzia; Ridurre la vulnerabilità.

Post-Evento:Post-Evento: Gestione dell’emergenza (mappe di scuotimento in

tempo reale, mappe di danno atteso); Direttive di intervento strutturale.

OBIETTIVI DI PROGETTOOBIETTIVI DI PROGETTO

False Alarm Probability

Lead Time

Performances/ Consequences

Low Perception Low Perception ImpactImpact (e.g. (e.g. Elevetor)Elevetor)

Medium Perception Medium Perception Impact (e.g.Trasportation Impact (e.g.Trasportation InterruptionInterruption

High Perception High Perception Impact (e.g. Lifelines Impact (e.g. Lifelines

Interruption )Interruption )

Requisiti di Ingegneria dell’EEWSRequisiti di Ingegneria dell’EEWS Valutazione quantitativa del rischio sismico in tempo reale

(perdite per applicazioni specifiche) Time dependent decision making (quantificazione del

trade-off tra lead-time e i costi di allarmi mancati/falsi) Sistema strutturale automatico di decisione/controllo

Consequence-based approach

Perdita Economica Attesa vs. Intensità di Scuotimento al SuoloPerdita Economica Attesa vs. Intensità di Scuotimento al Suolo

Perd

ita A

ttesa [

€]

Intensità di Scuotimento al Suolo

No alarm

Alarm

Soglia di Allarme Ottimale

Iervolino et al., 2006, Expected loss-based alarm threshold set for Earthquake Early Warning Systems,EESD, (modificato)

Vantaggi Vantaggi L’EEW è uno strumento utile per la prevenzione di eventi

pericolosi a cascata derivanti dall’attività umana (incendi, incidenti industriali, fuga di sostanze tossiche, ecc.);

L’EEW può essere usato per allertare zone a rischio da

altri eventi naturali innescati dal terremoto (frane, tsunami, after-shocks…);

L’EEW può permettere l’evacuazione di edifici

notevolmente danneggiati prima del loro collasso;

L’EEW può permettere di mantenere operativi edifici strategici.

Una efficace applicazione dei sistemi di EEW richiede:

Uno studio dettagliato della diffusione della informazione a tutti i livelli;

Un programma esteso di educazione della popolazione e di formazione di amministratori e operatori;

Soluzione di problemi normativi e legali.

FP6-Global-4

SAFER SAFER

SSeismic eeismic eAArly warning rly warning

FFor or EEuuRRopeope

STREP Project

Lead partners:

GFZ – Postdam (Germany)

AMRA Scarl (Italy)

NOA – Athens (Greece)

23 Partners

from 15 countries

Supported by:

Eureopean Commission

One of Safer Project objectives is the reduction of seismic risk in:

Athens

Bucharest

Cairo

Istanbul

Naples

Rete sismica AMRA per applicazioni di allarme sismico preventivo nella Regione Campania

Stazioni sismiche

Centri Controllo dati (LCC)

MAPPE DI LEAD TIME E AZIONI POSSIBILI

ERGO - EARLY WARNING DEMO E’ un visualizzatore grafico che illustra il funzionamento di un sistema di Early Warning Sismico. Il sistema visualizza, tramite mappe geografiche e semplici ed intuitive rappresentazioni grafiche, le informazioni rilevanti sulle caratteristiche dei terremoti che avvengono nell’area di interesse

In modalità tempo quasi-reale si basa sui dati della rete sismica ISNet sviluppata per il monitoraggio dei terremoti ed applicazioni di Early Warning nella regione Campania.

In modalità di play-back, consente di riprodurre l’analisi di terremoti del passato attraverso le sue registrazioni digitali.

Il visualizzatore è stato realizzato da AMRA Scarl nell’ambito di un progetto pilota finanziato dal Settore di Protezione Civile della Regione Campania

ERGO - EARLY WARNING DEMO

1°Pannello - Monitoraggio in tempo reale ed identificazione dell’evento.Andamento temporale dell’accelerazione del moto del suolo.

2° Pannello - Stima in tempo reale dei parametri caratteristici dell’evento sismicoUna volta identificato l’evento, viene mostrata l’evoluzione nel tempo della stima della localizzazione e della stima della magnitudo.

3° Pannello - Regional Early Warning (PGA and Lead Time Map)Il pannello mostra i tempi disponibili per l’allerta sismica preventiva (in sec) e le ampiezze di picco di accelerazione predetti a scala regionale.

4° Pannello - Visualizzazione del livello di allerta al sito di installazione (Target Specific Alert)Il quarto pannello mostra la valutazione della pericolosità in tempo reale al sito di installazione relativamente a terremoti con M>3. Le stime di localizzazione e magnitudo realizzate a partire dalla dichiarazione di un nuovo evento sismico vengono usate per stimare la probabilità che la massima accelerazione del suolo superi al sito un valore critico.

ERGO - EARLY WARNING DEMO