Previsione di frane indotte da piogge e zonazione del rischio da frana in Italia

Definizione di soglie pluviometriche per il possibile innesco di fenomeni franosi. Zonazione della suscettibilità, della pericolosità e del rischio da frana in Italia

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Background

In Italia le frane sono fenomeni frequenti, diffusi e pericolosi, che causano vittime e dispersi, ma anche danni economici rilevanti. Nel nostro paese le frane sono innescate principalmente da precipitazioni intense o prolungate. Prevedere l’occorrenza dei fenomeni franosi indotti dalle piogge è quindi di interesse sia scientifico che sociale. Per la previsione spaziale (geografica) e temporale di popolazioni di frane in territori ampi e diversificati sono generalmente utilizzate soglie pluviometriche empiriche. Le soglie sono definite analizzando eventi di pioggia passati che hanno innescato frane e sono comunemente rappresentate da curve nei piani durata di pioggia-intensità media (D,I) o durata di pioggia-pioggia cumulata (D,E) che separano le condizioni di pioggia che possono innescare dissesti (sopra la soglia) da quelle che presumibilmente non li innescano (sotto la soglia). Fino al 2010, le soglie empiriche erano ottenute tracciando visivamente il limite inferiore delle condizioni di pioggia (D,I) o (D,E) che avevano prodotto dissesti. In questo progetto sono stati introdotti metodi statistici per la definizione oggettiva e riproducibile delle soglie di pioggia empiriche. Le soglie pluviometriche possono essere utilizzate nei sistemi di allerta per la previsione dell’occorrenza di frane pluvio-indotte.
Utili alla previsione spaziale e temporale delle frane sono inoltre la valutazione della suscettibilità e della pericolosità da frana di una data area. La suscettibilità da frana è definita come la probabilità geografica dell’occorrenza di una frana in un dato territorio, la pericolosità è definita come la probabilità che una frana di una certa dimensione (o magnitudo) avvenga in un’area e in un periodo predeterminati. Tale definizione incorpora i concetti di “tempo”, quando o quanto frequentemente potrà accadere una frana), di “magnitudo” o dimensione, quanto grande o distruttiva sarà la frana, e di “spazio”, dove avverrà la frana. Nella maggior parte dei casi, le tecniche di zonazione della suscettibilità e della pericolosità sono state applicate a territori di piccola o media estensione (da alcune decine a poche migliaia di chilometri quadrati), ma esistono esempi di zonazione a scala regionale o nazionale. L’analisi del rischio cerca di determinare il tipo, la probabilità e l’intensità del danno causato da eventi naturali calamitosi, quali inondazioni e frane, e di stabilire soglie accettabili per i livelli di rischio individuale e collettivo. In particolare il rischio individuale è quello a cui è soggetto un singolo individuo ed è espresso dall’indice di mortalità, il rischio sociale è quello posto da un pericolo alla collettività, ed è definito sulla base dello studio delle relazioni fra la frequenza degli eventi calamitosi e la loro intensità, espressa dal numero di vittime.

Purpose

Il progetto mirava a definire soglie di pioggia empiriche per il possibile innesco di frane pluvio-indotte in Italia e al concepimento e allo sviluppo di un sistema di allerta prototipale per la previsione delle frane a scala nazionale basato sulle soglie.
Altri obiettivi del progetto sono stati la definizione della suscettibilità e pericolosità da frana per tutto il territorio nazionale e la definizione dei livelli di rischio individuale e sociale a varie scale ed in ambiti fisiografici diversi.

Methods

Il CNR IRPI ha effettuato una specifica attività di ricerca mirata alla raccolta di notizie relative a eventi di pioggia che hanno causato frane in Italia nel periodo 2002-2012. Le informazioni provengono prevalentemente da fonti cronachistiche (giornali in formato cartaceo o in archivi storici on-line, siti web riportanti notizie locali, etc.). Le informazioni sono raccolte nel catalogo IRPI-PG e, a oggi, sono state utilizzate per la definizione di soglie pluviometriche a nazionale e scala regionale. Nell’ambito del progetto, il CNR IRPI ha sviluppato due metodi statistici indipendenti (uno basato sull’applicazione della statistica bayesiana e uno basato su un approccio di tipo frequentista) per la definizione oggettiva e riproducibile di soglie di pioggia empiriche di tipo ID (intensità media della pioggia-durata della pioggia) e CD (cumulata della pioggia –durata della pioggia). Per il sistema di allerta prototipale sono state sviluppate procedure per l’importazione delle misure e delle stime quantitative della pioggia e per il loro confronto con le soglie calcolate.
Per la realizzazione del primo modello di suscettibilità da frana in Italia, si è adottata una strategia basata sulla classificazione statistica multivariata di dati tematici ed ambientali, a piccola scala. L’unità cartografica di riferimento adottata è il comune, le informazioni sulle frane utilizzate per la preparazione del modello di zonazione quale variabile dipendente per il modello di classificazione multivariata è stata utilizzata la presenza (o l’assenza) di eventi di frana storica in ciascun comune. 62 variabili geo-ambientali sono state utilizzate per l’analisi discriminante di tipo lineare. La percentuale di ogni variabile dipendente in ciascun comune è stata calcolata in un GIS. La presenza di eventi di frana storici in ciascun comune nel periodo 1950 – 1990 è stata utilizzata come variabile di raggruppamento (variabile dipendente).
La zonazione della pericolosità per il territorio italiano, è stata ottenuta applicando un modello probabilistico semplificato che prevede con quale frequenza le frane accadranno (Pt) e dove avverranno in futuro (Ps). Assumendo l’indipendenza delle due probabilità, la pericolosità da frana è stata valutata come la probabilità congiunta dell’occorrenza temporale e spaziale delle frane. Per l’occorrenza spaziale si è utilizzata la zonazione della suscettibilità elaborata a scala comunale e per la previsione temporale si è adottato il modello di Poisson che considera le frane come eventi puntuali, randomici, ed indipendenti nel tempo.
Per la definizione del rischio individuale, cioè il rischio a cui è soggetto un singolo individuo si è usato l’indice di mortalità, che viene calcolato come il numero di vittime ogni 100.000 persone in un periodo di tempo definito; il rischio sociale è quello posto da un pericolo alla collettività, ed è stato definito sulla base dello studio delle relazioni fra la frequenza degli eventi calamitosi e la loro intensità.

Results

Utilizzando informazioni provenienti da varie fonti, il CNR IRPI ha realizzato un catalogo di eventi di pioggia che hanno innescato frane in Italia. Il catalogo rappresenta il più vasto archivio unico di notizie su frane indotte da pioggia in Italia. Sono state definite soglie pluviometriche empiriche di tipo ID e CD per l’intero territorio italiano (soglie nazionali) e per singole regioni (soglie regionali). Per l’Italia centrale sono state calcolate soglie litologiche e stagionali. Le soglie nazionali sono state implementate in un sistema prototipale per la previsione delle frane indotte dalle precipitazioni basato sul confronto fra soglie empiriche di precipitazione e misure e stime di pioggia.

Products

  • Catalogo IRPI-PG degli eventi di pioggia che hanno innescato frane in Italia dal 2002 al 2012
  • Soglie di pioggia empiriche di tipo ID e CD a scale nazionale, regionale e sub-regionale
  • Sistema prototipale per la previsione dell’occorrenza di frane pluvio-indotte
  • Mappe sinottiche della suscettibilità e pericolosità da frana elaborate per tutto il territorio nazionale alla scala comunale.
  • Quantificazione dei livelli di rischio individuale e sociale calcolati per ciascuna regione e per ciascuna zona fisiografica in cui è classificato il territorio italiano.

Pubblicazioni:

  • Guzzetti, F., Peruccacci, S., Rossi, M., Stark, C.P., 2008. The rainfall intensity-duration control of shallow landslides and debris flow: an update. Landslides 5, 3–17.
  • Brunetti, M.T., Peruccacci, S., Rossi, M., Luciani, S., Valigi, D., Guzzetti, F., 2010. Rainfall thresholds for the possible occurrence of landslides in Italy. Hazards Earth Syst. Sci. 10, 447–458.
  • Peruccacci, S., Brunetti, M.T., Luciani, S., Vennari, C., Guzzetti, F., 2012. Lithological and seasonal control of rainfall thresholds for the possible initiation of landslides in central Italy. Geomorphology 139–140, 79–90.
  • Brunetti, M.T, Luino, F., Vennari, C., Peruccacci, S., Biddoccu, M., Valigi, D., Luciani, S., Cirio, C.G., Rossi, M., Nigrelli, G., Ardizzone, F., Di Palma, M., Guzzetti, F., 2013. Rainfall thresholds for possible occurrence of shallow landslides and debris flows in Italy. In: Stoffel, M., Bollschweiler, M., Luckman, B.H. (Eds.), Dating methods of alluvial processes on fans and cones. Advances in Global Change Research Series, Vol. 47, Part 3, 327-339, DOI:10.1007/978-94-007-4336-6_22, Springer Science+Business Media Dordrecht.
  • Salvati P., Bianchi C., Rossi M., Guzzetti F. (2010). Societal Landslide and Flood Risk in Italy. Natural Hazards and Earth System Sciences Vol. 10, 465-483. (http://www.nat-hazards-earth-syst-sci.net/10/465/2010/nhess-10-465-2010.pdf). ISI Impact Factor (2010) 1.345
  • Rossi, M., Guzzetti, F., Reichenbach, P., Mondini, A. C., & Peruccacci, S. (2010). Optimal landslide susceptibility zonation based on multiple forecasts. Geomorphology, 114(3), 129-142. doi:10.1016/j.geomorph.2009.06.020
  • Rossi M., Mondini A. C., Luciani S., Kirschbaum D., Valigi D., Guzzetti F. (2014) Probabilistic Prediction of Landslides Induced by Rainfall. In Vulnerability, uncertainty, and risk quantification, mitigation, and management. Proceedings of the second International Conference On Vulnerability And Risk Analysis And Management (ICVRAM) and the sixth International Symposium On Undertainty Modeling And Analysis (ISUMA)
  • Rossi M., Mondini A. C., Luciani S., Kirschbaum D., Valigi D., Guzzetti F. (2014) Probabilistic Prediction of Landslides Induced by Rainfall. In Vulnerability, uncertainty, and risk quantification, mitigation, and management. Proceedings of the second International Conference On Vulnerability And Risk Analysis And Management (ICVRAM) and the sixth International Symposium On Undertainty Modeling And Analysis (ISUMA)
  • Rossi M., Kirschbaum D., Luciani S., Mondini A.C., Guzzetti F. (2012) TRMM satellite rainfall estimates for landslide early warning in Italy: preliminary results. SPIE 8523, Remote Sensing of the Atmosphere, Clouds, and Precipitation IV, 85230D (November 8, 2012); doi:10.1117/12.979672; http://dx.doi.org/10.1117/12.979672.

Conclusions

I risultati del progetto sono utilizzabili per la previsione della possibile occorrenza di frane pluvio-indotte e possono contribuire alla mitigazione della pericolosità e del rischio da frana.