UTILIZZO DI DATI RADAR SATELLITARI PER IL MONITORAGGIO E LA MAPPATURA DEL RISCHIO

IDROGEOLOGICO CONNESSO A FENOMENI DI SUBISIDENZA E DI FRANA.

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

RELATORE: CANDIDATO PROF. Prestinizi Alberto Loiacono Antonio

matricola1222076

TUTOR: DOTT. Montini Giovanni

Anno Accademico 2008/2009

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)1992-2002Tempo di ritorno 35 giorni

RSAT

Agenzia spaziale Canadese2003-2007Tempo 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 5m di risoluzione

2) SLANT RANGE = direzione congiungente sensore-bersaglio

3) OFF NADIR = angolo θ di 23° di vista rispetto alla verticale, con 8m di risoluzione

4) SWAT = campo visivo dell’antenna, circa 100 Km

ELABORAZIONE DELLE IMMAGINI RADAR

GEOMETRIE DI DISTORSIONE

• 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.

DECORELLAZIONE

Alcuni esempi di disturboDelle immagini dovutoA decorellazione temporale E geometrica.

Tecnica dei Permanent Scatterers (PS)

Utilizza elementi già presenti sul territorio con una firma elettromagnetica stabileIndipendentemente dalle condizioni ambientali in cui si trovano. Sono in genereCostituiti da elementi antropici (vetro, metallo) o naturali (affioramento di rocce).In ambienti urbanizzati si registrano alte densità di PS (>400 PS/Km2).

PRODOTTI DEI PS•Stima velocità medie mm/anno •Stima spostamenti relativi in mm ad ogni passaggio

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 1mm e spostamento est-ovest fino a 1 cm;

• Elevata densità spaziale di capisaldi radar, in area urbana fino a ~400 PS/km2, 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 perla modalità discendnete.

ANALISI DI SUBSIDENZA

ERS 1992-2002 in fase discendente RSAT 2003-2007 in fase discendente 35309 PS 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

N

Elaborazione dell’algoritmo IDW con dati puntuali sul

prelievo stimato delle portate dei

Pozzi di un anno generico

Particolare dell’area della piana di Pistoia con la rappresentazione delle intensità dei prelievi e le tracce dei profili che la attraversano.

CORRELAZIONE TRA FENOMENI DI SUBSIDENZA ED ENTITA’ PRELIEVI D’ACQUA

ANALISI DI SUBSIDENZAConfronto 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 MEDIATELUNGO TRACCIATO NE-SW

NEL SOTTOPERIODO 1992-2002

VELOCITA’ VERTICALI MEDIATELUNGO TRACCIATO NE-SW

NEL SOTTOPERIODO 2003-2007

ANALISI DI SUBSIDENZAConfronto 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 MEDIATELUNGO TRACCIATO NW-SE

LUNGO IL SOTTOPERIODO 1992-2002

VELOCITA’ VERTICALI MEDIATELUNGO TRACCIATO NW-SE

LUNGO IL SOTTOPERIODO 2003-2007

ANALISI DI SUBSIDENZAINTENSITA’

ANALISI DI SUBSIDENZAprofilo abbassamenti C-C'

0,0 1000,0 2000,0 3000,0 4000,0 5000,0 6000,0 7000,0 8000,0

Distanza m

h m

m/a

nno 2007

2006

2005

2004

2003

profilo abbassamento D-D'

-120

-100

-80

-60

-40

-20

0

0 2000 4000 6000 8000 10000

distanza

h m

m/a

nno

2007

2006

2005

2004

2003

CALCOLO DEL RISCHIO

R = P X V 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)

V = f(T,I)

e = Valore economico del bene in esposizione

Definito in 5 classi, come €/m2

T = Caratteristiche intrinseche del bene in esposizione (e)

Definita in 5 classi in base ad uno studio dell’Uni.di Fi. 2006Sulle 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

T0 T1 T2 T3 T4

Edifici complessi

IndustrialiCommercialiOspedaliScuoleSociali

Civ/Soc/Amm.Stazioni e CaselliCentrali ElettricheSportivo e Turistico

ChieseSerra stabiliMonumenti

Vecchi edifici

Strade e ferrovie

AutostradeStradeFerrovie

Uso del suolo PratiBoschiZone umide

Agricolutura DiscaricheColture specialiCaveCanali

Bacini d’acqua

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.

CALCOLO DEL RISCHIOVULNERABILITA’

La stima della vulnerabilità include da un parte la valutazione dell’intensità delfenomeno 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 RISCHIOCarta 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

CLASSI VALORE DI ESPOSIZIONE (euro/m2).

E0 0-100

E1 100-1000

E2 1000-10.000

E3 10.000-100.000

E4 >100.000

La stima del Danno include da un parte la valutazione dell’esposizione definita in 5Classi avente come parametro (euro/m2), e dall’altra la vulnerabilità appena trovata.

e V

Matrice di contingenza per la determinazione

dell’indice del Danno

CALCOLO DEL RISCHIOCarta delle classi di Danno e del Rischio

DANNO DESCRIZIONE

D0 Nullo Danno nullo

D1 Moderato Danno trascurabile, non sono necessari interventi di

sistemazione

D2 Medio Danno sociale tollerabile, sono da valutare caso per caso

interventi di sistemazione

D3 Elevato Danno in qualche caso non socialmente tollerabile, sono

consigliati interventi di sistemazione

D4 Molto elevato

Danno non socialmente tollerabile, sono necessari interventi di sistemazione

con assoluta priorità

R = P X D

P = 1

R = 1 X D

CARTA DEL DANNOCOINCIDE CON LA

CARTA DEL RISCHIO

CALCOLO DEL RISCHIO

CLASSI CLASSI DI ESPOSIZIONE DEL RISCHIO (euro/m2).

R0 nullo

R1 0-50

R2 50-1000

R3 1000-20.000

R4 >20.000

Carta del rischio

Dalla combinazione tra

carte delle pendenze ottenute

dall’elaborazione della topografia

conL’inventario dei

fenomeni franosi Fornito

dall’Autorità di Bacino dell’Arno, si è individuato

l’area di studio a noi di interesse.

ANALISI E RILEVAMENTO DEI MOVIMENTI DI FRANA

SUI VERSANTI INTORNO ALLA PIANURA DI PISTOIA.

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

DELL’ARNO.

Spazializazione IDW10 m/pixel.