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.