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Tecniche GIS per la Tecniche GIS per la valutazione della valutazione della
pericolosità idrogeologicapericolosità idrogeologicaLeonardo V. NotoLeonardo V. Noto – G. La Loggia – G. La Loggia
Dipartimento di Ingegneria Idraulica ed Applicazioni Ambientali – Università di Palermo
[email protected] diipartimento diIIngegneria ngegneria IIdraulica draulica ededAApplicazioni pplicazioni AAmbientalimbientali
Area applicativaArea applicativaDissesto IdrogeologicoDissesto 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 Problematiche affrontateaffrontate
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
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)
Conoscenza globale dello stato di dissesto idrogeologico del territorio (dissesti sui versanti e pericolosità idrauliche ed idrologiche)
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.
Problematiche Problematiche affrontateaffrontate
1.Determinazione per qualsiasi punto della Sicilia l’idrogramma di piena per fissato tempo di ritorno T (ossia per qualsiasi probabilità di non superamento).
2.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 franaalluvione o frana
Il SIRIIl SIRISSistema istema IInformativo nformativo RRegionale egionale IIdrologicodrologico
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.
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-PHPCASTROGIOVANNI 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 SIRIIl SIRISSistema istema IInformativo nformativo RRegionale egionale IIdrologicodrologico
Consente di effettuare le seguenti operazioni:1. Calcolo delle altezze di pioggia per fissata durata e T2. Costruzione della curva di probabilità pluviometrica3. 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 SIRIIl SIRIModuloModulo PioggePiogge
Il SIRIIl SIRIModuloModulo PioggePiogge
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 probabilisti
ci
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 SIRIIl SIRIModuloModulo DeflussiDeflussi
Il SIRIIl SIRIInterfacce di input e outputInterfacce di input e output
Delimitazione del bacino Verdura alla foce con le aree isocorrive
Curva di probabilità pluviometrica Ietogramma lordo
Ietogramma netto Idrogramma di piena
Il SIRIIl SIRIOutput graficiOutput grafici
Aspetti innovativiAspetti 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 suscettivitàMappe 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 logisticaRegressione logisticaNel 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 logisticaRegressione logisticaNel 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
All’aumentare dell’età cresce la percentuale di individui che presentano disturbi coronarici
Si usa trasformazione LOGIT
Metodologia Metodologia applicativaapplicativa
1. Definizione di un’unità territoriale di base e scelta dell’area di studio
2. Acquisizione delle distribuzioni dei dissesti franosi nell’area di studio
3. Scelta di possibili fattori predisponenti l’evento franoso e conversione di questi in layer raster
4. Valutazione dei pesi relativi a ciascun fattore, ossia calcolo dei coefficienti della regressione logistica
5. Scelta e verifica del modello di regressione
6. Creazione della mappa di suscettibilitàSoftware usati
GRASS 6 (piattaforma GIS)
GRASS Interfaces to statistical software R
R 2.8.1 (analisi statistiche)
Caso di studio - Caso di studio - TimetoTimeto
Definizione di un’unità territoriale di base e scelta dell’area in studio
Bacino idrografico del Torrente Timeto
Disponibilità di dati
Disponibilità di dati
Presenza di aree in franaPresenza di
aree in frana
APAT Rapporto delle frane in Italia 2007
Caso di studio – Caso di studio – TimetoTimeto
Carta Inventario delle Frane
Variabile dipendente dicotomica
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 – TimetoCaso di studio – Timeto Fattori predisponenti: variabili
policotomicheLitologi
a
Assessorato Territorio e Ambiente Provincia di Messina
Uso del suolo
Pedologia
Caso di studio – TimetoCaso 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 – TimetoCaso di studio – Timeto Determinazione della mappa di suscettibilità
Determinazione coefficienti della regressioneDeterminazione coefficienti della regressione
Valutazione probabilità di occorrenza frana
Valutazione probabilità di occorrenza frana
ZonazioneZonazione
Fissando il cutoff delle probabilità di occorrenza P
a 0.5, oltre il 90% del bacino è stato classificato
correttamente
Caso di studio – TimetoCaso di studio – Timeto Problemi sui dati - Pedologia
Caso di studio – TimetoCaso di studio – Timeto Problemi sui dati – Uso/Copertura dei suoli
Aspetti innovativiAspetti 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.