Tecniche GIS per la valutazione del rischio idrogeologico

Progetto PROMED 2
La protezione dell'ambiente nelle isole del Mediterraneo
attraverso la valorizzazione di un sistema colturale arboreo
Progetto co-finanziato dall’Unione Europea
Fondo Europeo di Sviluppo Regionale
UNIONE EUROPEA
Seminario: “Applicazione delle tecniche GIS per la gestione dell’ambiente e del territorio agricolo”
Tecniche GIS per la valutazione del rischio idrogeologico
Geol. Ph.D. Gino Romagnoli – Università di Catania
[email protected]
Ragusa, 26 novembre 2015
c/o CoRFiLaC, SP25 Km. 5 - Ragusa
Organizzato da:
Centro Studi di Economia
Applicata all’ingegneria
Regione Siciliana
Istituto Regionale del Vino
e dell’Olio – IRVO
Con il patrocinio di:
Ordini Ingegneri
Provincia di Ragusa
Ordine dei Dr. Agronomi e Dr. Forestali
Provincia di Ragusa
Collegio Geometri e Geometri Laureati
Provincia di Ragusa
Ordine Regionale dei Geologi
di Sicilia
Ordine Architetti, Pianificatori,
Paesaggisti e Conservatori della Provincia di Ragusa
Dipartimento di Agricoltura,
Alimentazione e Ambiente
Università degli Studi di Catania
Consiglio della Federazione Regionale degli Ordini dei
Dottori Agronomi e Forestali della Sicilia
il rischio idrogeologico
rischio idraulico e geomorfologico
dissesto idrogeologico: insieme di processi di degradazione del territorio e del suolo,
che hanno conseguenze notevolmente gravi, soprattutto quando si verificano
determinate condizioni meteorologiche avverse.
(http://www.cngeologi.it/wp-content/uploads/2015/03/Ecologiae-Dissesto-idrogeologicodefinizione-significato.pdf)
nov 2011 Genova
Oct 1963 Frana Monte Toc, disastro
Vajont
Equazione del rischio
R=HxVxE
Dove:
• H (hazard) rappresenta la “pericolosità”, ovvero la probabilità di
occorrenza dell’evento calamitoso di una certa intensità entro un
certo intervallo di tempo;
• V è la “vulnerabilità”, ovvero il grado di perdita (espresso in una
scala da zero = "nessun danno" a uno = "perdita totale") prodotto
su un certo elemento o gruppo di elementi esposti a rischio
risultante dal verificarsi dell’evento calamitoso temuto.
• E costituisce l’ “entità” dell’elemento a rischio, ovvero il valore (che
può essere espresso in termini monetari o di numero o quantità di
unità esposte) della popolazione, delle proprietà e delle attività
economiche, inclusi i servizi pubblici, a rischio in una data area.
Moltiplicando vulnerabilità e valore V x E e si ottiene una stima delle
conseguenze per l’uomo e l’ambiente di un determinato evento
(potenziali vittime, danni alle risorse naturali, danni economici ecc.).
Il rischio
idrogeologico in Italia
L’Italia è uno dei paesi europei
maggiormente interessato da
fenomeni di dissesto idrogeologico
costituiti principalmente da frana e
alluvioni.
Circa il 7,1 % del territorio italiano è
a potenziale rischio idrogeologico
più alto ( di cui il 63,8%,per frane e il
36,2% per alluvioni). Sono il 68,9%
dei comuni interessati.
Fonte: Ministero dell’Ambiente e
della Tutela del Territorio - Report
aprile 2003
http://www.minambiente.it/sites/defa
ult/files/archivio/biblioteca/ds_sintesi
_rischio_idrogeologico.pdf
Ogni anno, durante la stagione delle piogge (da settembre a novembre e da marzo a
giugno) il territorio italiano viene interessato da frane e alluvioni che causano vittime,
ingenti danni a centri abitati e a infrastrutture di comunicazione, perdita di terreni
produttivi, ecc…
Fragilità del territorio nazionale che è predisposto ai dissesti a causa della sua conformazione
geologica e geomorfologica:
•
complessa
orografia
prevalentemente
montuosa e
accidentata
eterogeneità
litologica con
prevalenza di rocce
argillose
Perché così tante alluvioni e frane negli ultimi anni?
- componente naturale relativa al mutamento del regime di precipitazioni, con un
aumento delle piogge a maggiore intensità che avvengono in periodi più brevi, dando
luogo eventi meteorologici “estremi”;
Basile e Panebianco 2010
Antropizzazione: progressiva urbanizzazione, spesso caotica che ha prodotto un incremento della
superficie impermeabile, l’abbandono dei terreni montani, l’abusivismo edilizio, il continuo
disboscamento, l’uso di tecniche agricole poco rispettose dell’ambiente e la mancata manutenzione
dei versanti e dei corsi d’acqua, hanno sicuramente aumentato l’esposizione ai fenomeni e quindi il
rischio stesso.
Giampilieri 1 oct 2009 (Foto: Corpo Nazionale dei
Vigili del Fuoco)
Sarno, 5 mag1998 (Foto: Corpo Nazionale dei
Vigili del Fuoco)
Altolia 1 oct 2009 (Foto: Corpo Nazionale dei
Vigili del Fuoco)
Importanza del GIS nella pianificazione territoriale.
La politica di previsione e prevenzione non è più incentrata sulla riparazione dei
danni, ma sull’individuazione delle condizioni di rischio e sull’adozione di
interventi per la sua riduzione e mitigazione.
In questo contesto il GIS (Geographic Information System) solitamente adottato
per indicare un Sistema Informativo Territoriale (SIT) è uno strumento utilissimo
in quanto permette di gestire una notevole quantità di dati, tramite
l’acquisizione, la registrazione, l’analisi, la visualizzazione e la restituzione di
informazioni derivanti da dati geografici (georeferenziati), associando a ciascun
elemento geografico una o più descrizioni alfanumeriche.
I sistemi GIS si articolano secondo tre principali approcci complementari che
rappresentano uno strumento completo per tutte le applicazioni a carattere
geografico.
Strumenti operativi per l’analisi geografica e l’elaborazione
delle informazioni.
Consente di costruire
rappresentazioni
geografiche complete e
complesse (mappe)
georeferenziate.
database spaziale,
contenente dataset
che comprendono
l’informazione
geografica
Il P.A.I. Piano Stralcio per l’ Assetto Idrogeologico, «è lo strumento conoscitivo,
normativo e tecnico-operativo mediante il quale sono pianificate e programmate
le azioni, gli interventi e le norme d’uso riguardanti la difesa dal rischio
idrogeologico del territorio siciliano»
http://www.sitr.regione.sicilia.it/pai/
CARTA DEI DISSESTI
Shapefile del PAI dal SITR: descrive spazialmente punti, polilinee e poligoni; a
ciascun elemento vettoriale vengono associati attributi http://www.sitr.regione.sicilia.it/
PERICOLOSITA' E RISCHIO
GEOMORFOLOGICO
Esempio di studi geologici e geomorfologici effettuati mediante l’utilizzo del GIS durante le
attività condotte dal DPC dopo il disastro di Giampilieri
Cause predisponenti:
- Carattesistiche geologico-strutturali e geomorfologiche
- caratteristiche geotecniche dei terreni di copertura
Cause innescanti: 1 ott 2009 violento nubifragio
In Sicilia NE
Oltre 600 frane principalmente colate detritiche
(debris flows)
flows) in un area di circa 50 kmq
31 vittime e 6 dispersi
Colate detritiche molto veloci costituite da detirti non
plastici saturi che scorrono in canali ripidi
precipitazioni giornaliere e cumulative tra il
2007 e il 2009 in due stazioni in Sicilia NE
Realizzazione di una Carta Inventario delle Frane tramite l’utilizzo del GIS
Ardizzone et al., 2012
Carta inventario delle frane (LIM): rappresentazione cartografica delle diverse tipologie di frane
distinte anche in base all’età.
Tecniche utilizzate per produrre una LIM:
1) Raccolta di dati da analisi storiche e ricerche bibliografiche, pubblicazioni, banche dati e
cartografie geologiche, idrogeologiche e geomorfologiche, utili all’individuazione di dissesti;
2) Catalogazione e georeferenziazione dei dati utilizzabili in ambiente GIS
2) Analisi e interpretazione di immagini aeree o satellitari e di ortofoto georeferenziate di età
diversa, possibilmente pre e post evento;
3) Rilevamenti in campagna e georeferenziazione dei risultati ottenuti.
Utilizzi
Identificazione di zone interessate da frane d’evento e individuazione di zone a più elevata
pericolosità e rischio idrogeologico.
Utilità ai fini delle ricerche e studi sull’erosione e sulle statistiche delle aree in frane.
Topografia
CTR (Carte Tecniche Regionali, in scala 1:10000);
Carte dei dissesti e della pericolosità e del rischio geomorfologico del PAI 2006
Caricamento di layer esterni - Servizi di Web Map Service (WMS) disponibili:
Attraverso i servizii WMS, è possibile sovrapporre i tematismi su altri livelli informativi disponibili su
Internet o contenuti in locale nel proprio personal computer
L’Inventario dei fenomeni franosi in Italia IFFI è una banca dati sulle frane con totale copertura del
territorio nazionale
http://www.geoservices.isprambiente.it/arcgis/services/IFFI/Progetto_IFFI_WMS_public/MapServer/WMSServer
ISPRA, dal 2005, pubblica il servizio di cartografia online del Progetto IFFI
(http://www.progettoiffi.isprambiente.it)
Carte geologiche disponibili in letteratura
Lentini 2000
Carte tematiche:
•
Geologica
•
Litologia
•
Idrogeologica
•
geomorfologica
•
Pubblicazioni
•
Studi geologici
a supporto di
PRG
•
Etc.
Servizio Geologico d’Italia - Foglio CARG 601
Messina – Reggio Calabria 2007
Analisi e interpretazione di foto aeree
Caricamento di layer esterni - Servizi di Web Map Service (WMS) disponibili:
dal SITR
(http://www.sitr.regione.sicilia.it/geo
portale/it/Home/ServiceCatalog)
dal PCN, portale cartografico
nazionale
(http://www.pcn.minambiente.it/GN/en/
accesso-ai-servizi-eng/wms-displayservice)
Foto aeree e ortofoto (fotografie aeree georeferenziate e assoggettate a orto
rettifica) di età diversa
mar 1989
lug 1997
mag 1999
2007-08
Ortofoto a colori alluvione
Messina con relative date
del volo - Ottobre 2009
2012
Immagini da google earth e bing maps
Ortolani e Spizuoco
Ortolani e Spizuoco
Prodotto finale Carta inventario frane es. Ardizzone et al., 2012
Pai carta dei dissesti I aggiornamento 2010
Pai pericolosità e rischio geomorfologico su ortofoto nov 2009
Carta geologica di Giampilieri con ubicazione delle colate detritiche dell’evento del 1 ott 2009
Del Ventisette et al. 2012
Approccio integrato allo studio di colate detritiche catastrofiche - Del Ventisette et al. 2012
Ortofoto successiva al nubifragio
di Giampilieri; in rosso le colate
detritiche del 1 ott 2009, mentre in
grigio I detriti depositati alla base
del versante. La definizione dei
limiti è stata ottenuta confrontando
le ortofoto pre e post evento. Le
linee gialle delimitano I bacini. Le
frecce verdi indicano accumuli di
acqua causati da attività antopica
(strade, terrazzamenti),
Analisi di un DEM (Digital Elevation Model, modello digitale di elevazione in formato raster, in cui a
ogni pixel è associata la quota assoluta del punto del territorio rappresentato)
CTR
hillshade
Estrazione e analisi dei parametri topografici
hillshade
Slope gradient
(Carta delle pendenze o
inclinazioni dei versanti)
Aspect
Carta dell’orientazione
dei versanti
Asimmetria del bacino
Analisi del DEM: carta delle inclinazioni e dell’esposizione dei versanti
L’inclinazione e
l’esposizione dei
vesanti hanno una
forte influenza nella
produzione di
materiale detritico
Da DEM pre-evento
Da DEM post-evento
Del Ventisette et al. 2012
Sono stati sovrapposti i
limiti delle frane ottenuti dal
confronto tra ortofoto pre e
post evento
Influenza dell’urbanizzazione nel reticolo idrogafico ricostruito tramite elaborazione GIS
Del Ventisette et al. 2012
Confronto tra reticolo ottenuto con elaborazione flow accumulation “naturale” e “artificiale”
Alterazione del reticolo prodotta dall’urbanizzazione. Gli assi di drenaggio coincidono con le
principali vie del paese
Tunusluoglu et al. (2008) definì l’indice di sorgente di detrito (debris source intensity index DSI
index )
Per ogni litologia è il rapporto tra il num di pixel che comprendono le aree sorgenti dei detriti di una
litologia (NPDSi ) e il totale dell’area di affioramento della litologia nell’area di studio (ALi ):
DSIindex = (NPDSi)/ALi
Parameters involved in the calculation of the DSI
index. Ph = Phillites and metasandstones of
Mandanici Unit; Amp = Amphibolites
of the Aspromonte Unit and Gn = Gneiss of
Aspromonte Unit
Del Ventisette et al. 2012
Carta delle aree propense a frana:
frana carta tematica ottenuta in ambiente GIS attraverso
l’integrazione dei dati relativi all’analisi del dem (inclinazioni ed esposizione dei versanti), area
drenata e litologia
Del Ventisette et al. 2012
Conclusioni
L’utilizzo del GIS è ormai di fondamentale importanza,
importanza, in quanto
quanto,, oltre a poter archiviare e
gestire notevoli quantità di dati georeferenziati,
georeferenziati, rappresenta un sistema dinamico che può
essere facilmente implementato e aggiornato che permette l’elaborazione di carte tematiche,
tematiche,
fornendo informazioni utili ai fini della pianificazione e del monitoraggio territoriale
territoriale,, e come
nei casi presentati anche ai fini della mitigazione del rischio idrogeologico.
idrogeologico.
Grazie per l’attenzione