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
matricola1222076
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
1e2
1)
2)
3)
4)
AZIMUT = direzione
parallela all’orbita (N-S)
e 5m di risoluzione
SLANT RANGE =
direzione congiungente
sensore-bersaglio
OFF NADIR = angolo θ
di 23° di vista rispetto
alla verticale, con 8m di
risoluzione
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/Km2).
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 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
profilo abbassamenti C-C'
0
0,0
1000,0
2000,0
3000,0
4000,0
5000,0
6000,0
7000,0
8000,0
-20
2007
2006
2005
-60
2004
2003
-80
profilo abbassamento D-D'
-100
0
-120
0
2000
4000
6000
8000
10000
-20
Distanza m
h mm/anno
h mm/anno
-40
2007
-40
2006
-60
2005
2004
-80
2003
-100
-120
distanza
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 €/m2
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.
T0
T1
Industriali
Commerciali
Ospedali
Scuole
Sociali
Edifici
complessi
T2
Civ/Soc/Amm.
Stazioni e Caselli
Centrali Elettriche
Sportivo e Turistico
Chiese
Serra stabili
Monumenti
Autostrade
Strade
Ferrovie
Strade e
ferrovie
Uso del suolo
T3
Prati
Boschi
Zone umide
Agricolutura
Discariche
Colture speciali
Cave
Canali
Bacini d’acqua
T4
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 %
V0
0%
V1
0-5%
V2
5-10%
V3
10-20%
V4
> 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/m2), e dall’altra la vulnerabilità appena trovata.
e
CLASSI
VALORE DI ESPOSIZIONE
(euro/m2).
E0
0-100
E1
100-1000
E2
1000-10.000
E3
10.000-100.000
E4
>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
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=PXD
P=1
R=1XD
CARTA DEL DANNO
COINCIDE CON LA
CARTA DEL RISCHIO
CALCOLO DEL RISCHIO
Carta 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
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.