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

valerio@idra.unipa.itDDipartimento 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.