CENTRO DI RICERCA CERI PREVISIONE PREVENZIONE E CONTROLLO

CENTRO DI RICERCA CERI PREVISIONE, PREVENZIONE E CONTROLLO DEI RISCHI GEOLOGICI Master di II Livello in “Valutazione e Mitigazione del Rischio Idrogeologico” TESI DI MASTER UTILIZZO DI DATI RADAR SATELLITARI PER IL MONITORAGGIO E LA MAPPATURA DEL RISCHIO IDROGEOLOGICO CONNESSO A FENOMENI DI SUBISIDENZA E DI FRANA. RELATORE: PROF. Prestinizi Alberto TUTOR: DOTT. Montini Giovanni Anno Accademico 2008/2009 CANDIDATO Loiacono Antonio matricola 1222076

UTILIZZO DI DATI RADAR SATELLITARI PER IL MONITORAGGIO E LA MAPPATURA DEL RISCHIO IDROGEOLOGICO CONNESSO A FENOMENI DI SUBISIDENZA E DI FRANA. OBIETTIVI Valutare il fenomeno di subsidenza. Monitorare l’attività delle frane

CARATTERISTICHE DEI SISTEMI RADAR • SISTEMI RADAR: • λ sistemi SAR 5, 66 cm ERS & RSAT • Frequenza 500 MHz – 10 GHz • Capacità di rilevamento indipendente dalle condizioni atmosferiche e di illuminazione della regione esaminata. • Quota media di osservazione 800 Km • Tempo di ritorno medio mensile. • Copertura di una striscia di terreno di 100 Km di larghezza.

INTERFEROMETRIA DIFFERENZIALE SAR E TECNICA PS ERS 1 e 2 Satelliti dell’ESA (European Space Agency) 1992 -2002 Tempo di ritorno 35 giorni RSAT Agenzia spaziale Canadese 2003 -2007 Tempo di ritorno 25 giorni

MODALITA’ DI ACQUISIZIONE DATI. GEOMETRIA DI AQUISIZIONE SAR CON LE PIATTAFORME ERS 1 e 2 1) AZIMUT = direzione parallela all’orbita (N-S) e 5 m di risoluzione 2) SLANT RANGE = direzione congiungente sensore-bersaglio 3) OFF NADIR = angolo θ di 23° di vista rispetto alla verticale, con 8 m di risoluzione 4) SWAT = campo visivo dell’antenna, circa 100 Km

ELABORAZIONE DELLE IMMAGINI RADAR GEOMETRIE DI DISTORSIONE • DECORELLAZIONE Alcuni esempi di disturbo Delle immagini dovuto A decorellazione temporale E geometrica. FORESHORTERING Con pendenze perpendicolare e parallela al bersaglio LAYOVER Con pendenza maggiore dell’angolo di cattura θ SHADOWING Con pendenze minore dell’angolo di cattura e zone d’ombra dove i versanti sono nascosti al satellite.

Tecnica dei Permanent Scatterers (PS) PRODOTTI DEI PS • Stima velocità medie mm/anno • Stima spostamenti relativi in mm ad ogni passaggio Utilizza elementi già presenti sul territorio con una firma elettromagnetica stabile Indipendentemente dalle condizioni ambientali in cui si trovano. Sono in genere Costituiti da elementi antropici (vetro, metallo) o naturali (affioramento di rocce). In ambienti urbanizzati si registrano alte densità di PS (>400 PS/Km 2).

VANTAGGI DEI PS • • • Possibilità di stime puntuali; Maggiore precisione (sino al millimetro su singole misure); Stima e rimozione dei contributi atmosferici. Presenza di un archivio storico (dal 1992), da cui la possibilità di indagini su fenomeni passati; Misure differenziali con precisione elevata sul trend di deformazione con velocità media PS fino a 0, 1 mm/anno e sulla singola misura spostamento verticale PS fino a 1 mm e spostamento est-ovest fino a 1 cm; Elevata densità spaziale di capisaldi radar, in area urbana fino a ~400 PS/km 2, già presenti sul territorio; Abbattimento dei costi e dei tempi di indagine su larga scala per la zonazione del territorio; Integrabilità in ambiente GIS; Applicazioni sinergiche con altre tecniche di rilevamento; Accuratezza verticale delle misure superiore rispetto alla tecnica GPS.

ANALISI DI SUBSIDENZA L’area di studio ricade nella linea d’orbita (track) 165 e riga (frame) 2727 per la modalità discendnete.

ANALISI DI SUBSIDENZA ERS 1992 -2002 in fase discendente 35309 PS RSAT 2003 -2007 in fase discendente 19078 PS

ANALISI DI SUBSIDENZA Velocità medie della deformazione del terreno nei due sottoperiodi ERS 1992 -2002 E RSAT 2002 -2007, ottenute elaborando i valori dei PS con l’algoritmo IDW (Inverse Distance Weighted ), Con risoluzione di 10 m per pixel.

ANALISI DI SUBSIDENZA CORRELAZIONE TRA FENOMENI DI SUBSIDENZA ED ENTITA’ PRELIEVI D’ACQUA N Particolare dell’area della piana di Pistoia con la rappresentazione delle intensità dei prelievi e le tracce dei profili che la attraversano. Elaborazione dell’algoritmo IDW con dati puntuali sul prelievo stimato delle portate dei Pozzi di un anno generico

ANALISI DI SUBSIDENZA Confronto tra media annua di emungimento dei pozzi con i movimenti verticali mediati nei due sottoperiodi 1992 -2002 dei dati ERS e 2003 – 2007 dei dati RSAT. EMUNGIMENTO ANNUO MEDIO LUNGO IL TRACCIATO DEL PROFILO NE-SW VELOCITA’ VERTICALI MEDIATE LUNGO TRACCIATO NE-SW NEL SOTTOPERIODO 1992 -2002 VELOCITA’ VERTICALI MEDIATE LUNGO TRACCIATO NE-SW NEL SOTTOPERIODO 2003 -2007

ANALISI DI SUBSIDENZA Confronto tra media annua di emungimento dei pozzi con i movimenti verticali mediati nei due sottoperiodi 1992 -2002 dei dati ERS e 2003 – 2007 dei dati RSAT. EMUNGIMENTO ANNUO MEDIO LUNGO IL TRACCIATO DEL PROFILO NW-SE VELOCITA’ VERTICALI MEDIATE LUNGO TRACCIATO NW-SE LUNGO IL SOTTOPERIODO 1992 -2002 VELOCITA’ VERTICALI MEDIATE LUNGO TRACCIATO NW-SE LUNGO IL SOTTOPERIODO 2003 -2007

ANALISI DI SUBSIDENZA INTENSITA’

ANALISI DI SUBSIDENZA

CALCOLO DEL RISCHIO R=PXV V = f(T, I) X e (€) P = Probabilità che un dato evento possa manifestarsi Evento già in atto, stiamo infatti studiando una sua evoluzione documentata. Nel caso in esame si assegna alla probabilità un valore pari a 1 (evento certo). V = Vulnerabilità , la capacità del soggetto vulnerabile (e) di resistere all’evento di determinata intensità I = Intensità con la quale l’evento si presenta. In questo caso velocità di subsidenza del terreno (mm/anno) e = Valore economico del bene in esposizione Definito in 5 classi, come €/m 2 T = Caratteristiche intrinseche del bene in esposizione (e) Definita in 5 classi in base ad uno studio dell’Uni. di Fi. 2006 Sulle caratteristiche tecniche delle strutture R= Il costo del danno connesso all’evento Il Rischio coincide con il Danno, ed è espresso in euro.

CALCOLO DEL RISCHIO Classificazione in 5 classi sulla base della tipologia degli elementi a rischio e alle loro Caratteristiche tecniche sviluppata dall’Uni. Di Firenze (2006), sull’esame di mappe catastali e CTR di periodi diversi. T 0 T 1 Industriali Commerciali Ospedali Scuole Sociali Edifici complessi T 2 Civ/Soc/Amm. Stazioni e Caselli Centrali Elettriche Sportivo e Turistico Chiese Serra stabili Monumenti Autostrade Strade Ferrovie Strade e ferrovie Uso del suolo T 3 Prati Boschi Zone umide Agricolutura Discariche Colture speciali Cave Canali Bacini d’acqua T 4 Vecchi edifici

CALCOLO DEL RISCHIO VULNERABILITA’ La stima della vulnerabilità include da un parte la valutazione dell’intensità del fenomeno di subsidenza e dall’altra la tipologia dell’elemento a rischio. I T Matrice di contingenza per la stima della vulnerabilità in funzione della tipologia degli elementi a rischio

CALCOLO DEL RISCHIO Carta delle classi di Vulnerabilità CLASSI Vulnerabilità % V 0 0% V 1 0 -5% V 2 5 -10% V 3 10 -20% V 4 > 20% suddivisione in classi dei valori di vulnerabilità.

CALCOLO DEL RISCHIO La stima del Danno include da un parte la valutazione dell’esposizione definita in 5 Classi avente come parametro (euro/m 2), e dall’altra la vulnerabilità appena trovata. e CLASSI VALORE DI ESPOSIZIONE (euro/m 2). E 0 0 -100 E 1 100 -1000 E 2 1000 -10. 000 E 3 10. 000 -100. 000 E 4 >100. 000 V Matrice di contingenza per la determinazione dell’indice del Danno

CALCOLO DEL RISCHIO Carta delle classi di Danno e del Rischio DANNO DESCRIZIONE D 0 Nullo Danno nullo D 1 Moderato Danno trascurabile, non sono necessari interventi di sistemazione D 2 Medio Danno sociale tollerabile, sono da valutare caso per caso interventi di sistemazione D 3 Elevato Danno in qualche caso non socialmente tollerabile, sono consigliati interventi di sistemazione D 4 Molto elevato Danno non socialmente tollerabile, sono necessari interventi di sistemazione con assoluta priorità R=PXD P=1 R=1 XD CARTA DEL DANNO COINCIDE CON LA CARTA DEL RISCHIO

CALCOLO DEL RISCHIO Carta del rischio CLASSI DI ESPOSIZIONE DEL RISCHIO (euro/m 2). R 0 nullo R 1 0 -50 R 2 50 -1000 R 3 1000 -20. 000 R 4 >20. 000

ANALISI E RILEVAMENTO DEI MOVIMENTI DI FRANA SUI VERSANTI INTORNO ALLA PIANURA DI PISTOIA. Dalla combinazione tra carte delle pendenze ottenute dall’elaborazione della topografia con L’inventario dei fenomeni franosi Fornito dall’Autorità di Bacino dell’Arno, si è individuato l’area di studio a noi di interesse.

CONFRONTO TRA PS MISURATI DA RSAT (2003 -2007) E LA BANCA DATI DEI FENOMENI FRANOSI DELL’AUTORITA’ DI BACINO DELL’ARNO.

Spazializazione IDW 10 m/pixel.