WS -PADOVA-16/11/2011

MODELLI per la SIMULAZIONE DI COLATE DI

DETRITO (DEBRIS FLOW) SU PIATTAFORMA GIS

Carlo Gregoretti e Massimo Degetto (Tesaf)

Colate di detrito, debris flow: what’s?

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Le colate di detrito, debris flow nella dizione anglosassone, sono miscugli solido-liquidi

(acqua, fango, sedimenti, detrititi legnosi) che si propagano con elevate velocità nei

canali naturali che incidono i versanti alla base delle pareti rocciose. Questo tipo di

fenomeno può essere visto in maniera semplificata come una via di mezzo od una

combinazione tra una frana ed una piena.

Fronte: immagine dell’avanzamento

Colata: disegno schematico

Colata: filmato

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16/11/2011

Deposito

Le colate si generano alla

testata dei canali che incidono i

versanti dove si concentrano i

deflussi superficiali provenienti

dalle pareti sovrastanti

Questi deflussi sono in grado di

movimentare il materiale

detritico presente nei canali

Deflusso

superficiale

Movimentazione del materiale

detritico

Formazione della colata

La colata prende velocità ed erode

sponde e fondo del canale dove si

propaga Formazione di una colata pienamente

sviluppata con selezione granulometrica

ldei sedimenti lungo il profilo

La colata rallenta ed inizia

il deposito della fase solida

Rock

cliffs

Sedimenti

(falda detritica)

Processi fisici relativi alla formazione

e propagazione di una colata detritica

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Precipitazione

Mobilizzazione di sedimenti e detriti

da parte del deflusso superficiale

Deflusso superficiale

Inglobamento di tale materiale solido nella corrente

liquida e sua propagazione verso valle

Modelli per simulare in modo

completo un fenomeno di colata detritica

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Modello idrologico che trasforma la precipitazione in

deflusso superficiale

Modello di inizio del trasporto per la mobilizzazione dei

sedimenti necessari a formare una colata da parte del

deflusso superficiale

Modello di idrogramma per l’inglobamento dei sedimenti

nella corrente fluida

Modello di propagazione del miscuglio verso valle

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Modelli GIS-based

I bilanci di massa e di quantità di moto sono eseguiti a livello di cella

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Progetto Paramount dell’Alpin Space Programme

PARAmount: imProved Accessibility: Reliability and security

of Alpine transport infrastructure related to mountainous

hazards in a changing climate (aumento della viabilità: affidabilità

e sicurezza della rete di trasporto dai rischi naturali tenendo conto

del cambiamento climatico)

Debris flow = natural hazard

Colata di detrito = rischio naturale

Uno degli output di questo progetto è un interfaccia GIS per la

modellazione completa dei fenomeni di colata detritica

PARAmountMain objective: Improve hazard management strategies

for infrastructure protection by the adaption of existing tools and

practices to the transport sector

Miglioramento delle strategie per la prevenzione e gestione del

rischio idro-geologico riguardo la rete di trasporto adattando

strumenti e metodi (pratiche) esistenti

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AdB ToolBox

un software GIS gratuito del Ministero dell’Ambiente

basato su OpenJUMP e sviluppato in Java

Scaricabile gratuitamente

- dal Portale Cartografico Nazionale previa registrazione

- senza registrazione dal gruppo di lavoro del Dip. TeSAF ( carlo.gregoretti@unipd.it )

- in futuro dal sito di PARAmount (http://www.paramount-project.eu/ )

È in rapida evoluzione ed ha già raggiunto un livello tale per cui probabilmente

sarà destinato a competere in tempi brevi con i migliori GIS attualmente disponibili.

L’interfaccia GIS è AdB ToolBox su cui

vengono inseriti i modelli che simulano i

diversi processi fisici che concorrano alla

formazione e propagazione di una colata

detritica

Il software (AdB-ToolBox) può lavorare e supportare formati digitali

trasmessi con un proxy web service usando i seguenti protocolli:

- WMS (Web Map Services) for image files (eg. web tiff image),

- WFS (Web Feature Service) for vector files (eg. web shapefile),

- WCS (Web Coverage Service) for raster files (eg. web grid file),

- ArcIMS (Arc Internet Map Server) for ESRI® image and vector files

Vector format file:

*.shp (ESRI shapefile)

*.gml, *.xml, *.fme (FME, GML file)

*.gml, *.xml (GML 2.0 file)

*.jml (Jump GML file)

*.dxf (drawing interchange format)

*.wkt (weel known text)

*.las (LiDAR file)

*.txt, *.xyz, *.$$$ (text file)

*.map, *.axl (for web gis map files)

O.G

.C.

Op

en

Geo

sp

ati

al

Co

nso

rtiu

m

Raster format file:

*.grd (grid file) + *.hdr file

*.flt (floating file) + *.hdr file

*.asc (ascii grid file)

*.asc (ascii xyz grid file)

tiff, tif, jpg, png, ecw (image raster)

AdB-ToolBox può utilizzare i seguenti formati:

AdB-ToolBox GIS

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AdB-ToolBox GIS Dal 2009 è in rapido sviluppo e rispetto a OpenJump, ancora primitivo,

presenta tools molto interessanti in particolare per le esigenze idrologiche-

ingegneristiche e ambientali:

- Tools statistici, queries, editing, elaborazione geometrie e database, analisi ed elaborazioni

vettoriali e raster, gestione dati da proxy web server

- Tools per esportazioni/importazione e conversioni dei files in vari formati

- Tools per la georeferenziazione e la visualizzazione 3D

- Tools idrologici classici (SCS cinematico distribuito), climatici, pluviometrici, nivometrici

- Tools per il calcolo di indici vari di vario genere (trasporto, stabilità, dissesto, etc..)

- Tools topografici, geomorfologici, morfometrici

- Tools per l’analisi delle reti ecologiche

- Tools per elaborazioni e analisi dei dati *.las - LiDAR

- Tools per analisi idrologiche avanzate (flash floods), idrogramma colate detritiche (triggering

model), per colate detritiche (modello empirico-statistico Dflowz, modello agli Automi Cellulari)

- implementazione di tutte le librerie (funzioni) di SEXTANTE (implementate di default anche

in gvSIG) e delle librerie di SAGA gis (Università di Hamburg) e di GRASS.

…e il tutto è distribuito gratuitamente ed open source!!!

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Ambiente AdB-toolbox

Nuovi menù realizzati nel progetto PARAmount

DebrisFlow Window Help

Versione base di AdB + Plugins PARAmount

DebrisFlow Sextante Window Help

AdB + Plugins SEXTANTE e PARAmount + altri plugins

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I Modelli implementati in AdB

1) Modello idrologico (hydromodel) per piene improvvise (flash floods)

di Gregoretti e Dalla Fontana (2008);

2) Modello di mobilizzazione e di idrogramma di una colata detritica di

Gregoretti (2011);

3) Modello empirico-statistico delle aree potenzialmente inondabili da

una colata detritica di Berti e Simoni (2007 – Dipartimento di

Scienze della Terra e Geologico-Ambientali, Università di Bologna)

con successive modifiche di Gregoretti (2011);

4) Modello agli Automi Cellulari per la propagazione di una colata

detritica di Segre e Deangeli (1995 – Dipartimento di Ingegneria del

Territorio, ambiente e Geotecnologie, Politecnico di Torino) con

successive modifiche di Gregoretti (2011)

DebrisFlow Window Help

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PARAmount Tools: Triggering Model menù

- Hydro Model tool che ha 4 sub-sub menù

- Debris flow hydrograph

Per il metodo SCS-CN

(Soil Conservation Service)

Modulo che crea l’idrogramma

dei deflussi superficiali

Modulo che crea l’idrogramma

della colata detritica

Window Debris Flow

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PARAmount Tools: Debris Flow menù

Dflowz originale di Berti and Simoni (Matlab)

Dflowz riscritto ed aggiornato da Gregoretti: un

codice empirico-statistico per simulare le aree

potenzialmente inondabili dalle colate detritiche

(Fortran).

Automata Cells Model di De Angeli e adattato da

Gregoretti: modello di propagazione di una colata

(Fortran).

Tools per file sezioni in

input per Dflowz

Tools files di input per diversi modelli

(Dflowz, Automi cellulari, modello a celle)

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Interfaccia routine “routing time” con velocità

scorrimento acqua superficiale in funzione

dell’uso del suolo

Interfaccia routine “idrogramma liquido” con

velocità collettori funzione dell’intensità della

pioggia e con funzioni di pioggia critica per

innesco delle colate detritiche

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Interfaccia routine “idrogramma solido-liquido” della colata detritica

Massima libertà di azione e scelta per l’utente e funzioni di calcolo

a supporto per determinati parametri geotecnici e geomorfologici

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Interfaccia routine “Dflowz”, modello

empirico-statistico per la determinazione

dell’area occupata dal deposito della colata

detritica Interfaccia routine

agli Automi Cellulari per la simulazione della

propagazione della colata detritica

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PARAmount Tools: Hydro results

da idrogramma liquido…

… a idrogramma solido-liquido

della colata detritica

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PARAmount Tools: Dflowz results

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PARAmount Tools: Automata results