Come definire soglie pluviometriche in modo automatico

Come definire in modo automatico gli eventi di pioggia, le condizioni di innesco e le soglie pluviometriche per l’innesco di frane

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Le soglie pluviometriche, pur rappresentando un approccio molto utile per prevedere il verificarsi di frane in aree estese, sono influenzate da diverse incertezze legate all’accuratezza delle informazioni di pioggia e frane nonché dalla ricostruzione delle condizioni di pioggia che innescano i fenomeni di instabilità necessarie per la definizione delle soglie stesse. Ricostruire le condizioni di pioggia responsabili delle frane è complesso e può contribuire a ridurre il rischio di frane, ma i criteri usati per definirle sono ancora carenti e incerte. Inoltre, questo lavoro viene generalmente svolto da un team di ricercatori esperti che utilizzando procedure non completamente oggettive fanno sì che l’incertezza aumenti. Per tentare di risolvere questi problemi, abbiamo sviluppato uno tool chiamato CTRL-T che ricostruisce automaticamente (e quindi in modo oggettivo) sia gli eventi di pioggia che le condizioni di innesco responsabili delle frane. Il tool inoltre calcola le soglie pluviometriche a diverse probabilità di superamento. CTRL-T fornendo una serie di file in output con tutti i risultati (PDF e file di testo in formato csv).

Il programma di calcolo è stato implementato utilizzando il software open source R (www.r-project.org). La struttura dell’algoritmo del tool è composta da tre blocchi distinti. Il primo blocco esegue la ricostruzione degli eventi delle piogge in termini di durata (D, in h) e precipitazione cumulata di eventi (E, in mm) utilizzando serie di precipitazioni e diversi parametri che tengono conto delle diverse impostazioni stagionali e climatiche. I parametri degli eventi di pioggia possono essere calibrati adottando il modello mensile di bilancio idrico del suolo e l’analisi di evapotraspirazione nell’area di studio che interessa. Il secondo blocco esegue la selezione del pluviometro rappresentativo della frana, la modellizzazione della pioggia antecedente e la ricostruzione delle condizioni di pioggia singola o multipla (Multiple Rainfall Condition, MRC) responsabili dei fenomeni di instabilità (il tool associa una probabilità a ciascuna condizione individuata). Il terzo blocco infine, calcola le soglie pluviometriche utilizzando le condizioni di pioggia multipla o la condizione con la massima probabilità (Maximum probability rainfall condition, MPRC) definita per ciascuna frana. I parametri dell’evento di pioggia, la posizione dei pluviometri, le serie storiche di pioggia associate ad essi, la posizione e la data/ora delle frane rappresentano i dati di input utilizzati da CTRL-T.

Risultati

La definizione di soglie di pioggia affidabili e accurate pone diversi problemi critici legate ai metodi soggettivi utilizzati per la loro definizione. L’uso di una procedura standardizzata e automatizzata per la ricostruzione delle condizioni delle precipitazioni responsabili delle frane e per il calcolo delle soglie è necessario per migliorare l’oggettività e la riproducibilità delle soglie.

CTRL-T, a partire dalle serie storiche di pioggia e dalle informazioni riguardanti le frane, consente di: (1) ricostruire gli eventi di pioggia; (2) selezionare automaticamente gli eventi pluviometrici rappresentativi; (3) identificare più condizioni di pioggia responsabili delle frane superficiali in termini di D (durata) ed E (cumulata), modellando la pioggia cumulata dell’evento; (4) attribuire una probabilità a ciascuna condizione di pioggia; e (5) calcolare le soglie delle precipitazioni probabilistiche e le relative incertezze.

CTRL-T incorpora tutte queste procedure consentendo di standardizzare e accelerare considerevolmente il lento e noioso processo di ricostruzione degli eventi delle piogge riducendo la soggettività insita nel trattamento manuale dei dati.

Inoltre, grazie all’uso di CTRL-T, l’ aggiornamento periodico e riproducibile delle soglie è un’operazione molto più pratica e veloce, questo ha un impatto positivo sull’applicazione delle soglie nei sistemi di allarme rapido per la previsione operativa delle frane.

Finanziatori

Questo lavoro è stato sostenuto finanziariamente dal Dipartimento nazionale per la protezione civile (DPC) ...

Questo lavoro è stato sostenuto finanziariamente dal Dipartimento nazionale per la protezione civile (DPC) (Accordi di Collaborazione 2014, 2015, 2016), che ha anche fornito l’accesso al database delle precipitazioni.

Per saperne di più

Melillo M., Brunetti M. T., Peruccacci S., Gariano S. L., Roccati A., Guzzetti F. (2018). A tool for the of ...

Melillo M., Brunetti M. T., Peruccacci S., Gariano S. L., Roccati A., Guzzetti F. (2018). A tool for the automatic calculation of rainfall thresholds for landslide occurrence. Environmental Modelling & Software, 105, 230–243. doi:10.1016/j.envsoft.2018.03.024