e la gestione delle emergenze di Protezione Civile

Seminario: “Applicazione delle tecniche GIS per la gestione dell’ambiente e del territorio agricolo”

Ragusa, 26 novembre 2015 c/o CoRFiLaC, SP25 Km. 5 - Ragusa

Applicazioni GIS per l'elaborazione di scenari di danno e la gestione delle emergenze di Protezione Civile

dott. ing. Antonio Condorelli

Azienda Metropolitana Trasporti Catania Spa - acondor74@gmail.com

UNIONE EUROPEA

Progetto PROMED 2

La protezione dell'ambiente nelle isole del Mediterraneo attraverso la valorizzazione di un sistema colturale arboreo

Progetto co-finanziato dall’Unione Europea Fondo Europeo di Sviluppo Regionale

Con il patrocinio di:

Ordini Ingegneri Provincia di Ragusa

Ordine dei Dr. Agronomi e Dr. Forestali

Provincia di Ragusa Ordine Regionale dei Geologi

di Sicilia Ordine Architetti, Pianificatori,

Paesaggisti e Conservatori della Provincia di Ragusa Collegio Geometri e Geometri Laureati

Provincia di Ragusa

Consiglio della Federazione Regionale degli Ordini dei Dottori Agronomi e Forestali della Sicilia

Dipartimento di Agricoltura, Alimentazione e Ambiente Università degli Studi di Catania Centro Studi di Economia

Applicata all’ingegneria

Regione Siciliana Istituto Regionale del Vino

e dell’Olio – IRVO

Organizzato da:

Riferimenti dei lavori oggetto di presentazione…

1

DANNO SU RETI VIARIE

“MODELLAZIONE GIS PER IL MONITORAGGIO SU VASTA SCALA DELLA STABILITÀ DEI PENDII E DEGLI SPOSTAMENTI PERMANENTI DI ORIGINE SISMICA” - 7^a Conferenza Nazionale ASITA, Vol. II, pp. 1445 -1450 – Verona 28-31 Ottobre 2003 [A.Condorelli, G.Mussumeci, M.Maugeri e G.Biondi]

STRUMENTI DI ANALISI E METOLOGIE DI RAPPRESENTAZIONE IN UN SIT “SPECIALIZZATO” SUL RISCHIO SISMICO DI FRANA” – Bollettino SIFET n°1/2005, pp.53-70, ISSN: 1721-971X, ed atti del Convegno Nazionale SIFET ISBN 88-901939-0-5 - Chia Laguna (Cagliari), 23-25 Settembre 2004 [A.Condorelli, M.Maugeri, G.Biondi, G.Mussumeci]

“EARTHQUAKE-TRIGGERED LANDSLIDE HAZARD IN THE CATANIA AREA” 4^th International Conference on Computer Simulation in Risk Analysis and Hazard Mitigation RISK ANALYSIS 2004 (Wessex Institute of Technology), pp.115-130 - ISBN: 1-85312-736-1 – 27-29 Settembre 2004, Rhodes (Greece)

[A.Condorelli, M.Maugeri, G.Biondi, G.Mussumeci] - http://dx.doi.org/10.2495/RISK040111

http://library.witpress.com/pages/PaperInfo.asp?PaperID=14291

“METHODOLOGICAL CONSIDERATIONS FOR THE EVALUATION OF SEISMIC RISK ON ROAD NETWORK” - Pageoph (Pure and Applied Geophisics), volume 162 No.4, pp. 767-782, ISSN: 0033-4553, Pageoph Topical Voulmes “Messina Seismological Observtory Memoriale Volume” editing di A.Bottari, D.Mayer-Rosa, J.Ibanez, M.Maugeri; edizioni Birkhauser, Berlino, 2005 [A.Condorelli , A.

D’Andrea e S. Cafiso] - http://dx.doi.org/10.1007/s00024-004-2640-0

Riferimenti dei lavori oggetto di presentazione…

2

SIMULAZIONE GIS EVOLUZIONE INCENDIO

BOSCHIVO

“SIMULAZIONI IN AMBIENTE GIS DELLA FUNZIONALITA’ DELLA RETE STRADALE ETNEA IN CASO DI INCENDIO” – 3a Conferenza nazionale ASITA, “Informazioni territoriali e rischi ambientali”, Vol II, pp.

1001-1006– Napoli, 9-12 Novembre 1999.

[con G. Mussumeci, L. Leone, F. Colombrita].

“GESTIONE DELL’EMERGENZA INCENDIO. UN GIS PER LA PREVISIONE DELL’AVANZAMENTO DEL FRONTE DI FUOCO E LA DETERMINAZIONE DEIPERCORSI DI AVVICINAMENTO AI FINI DELLE OPERAZIONI DI SPEGNIMENTO” – Rivista Documenti del Territorio n° 48/2001, pp.22-27, ISSN: 0394-7246, http://www.centrointerregionale-gis.it/Rivista/Arretrati/Rivista_48.asp [con G.Mussumeci].

“UN SIT PER LA SIMULAZIONE DELL’EVOLUZIONE SPAZIO TEMPORALE DI UN INCENDIO BOSCHIVO” – 12a Conferenza Nazionale ASITA – Vol.I, pp.803-808, ISBN: 978-88-903132-1-9, L’Aquila, 21-24 Ottobre 2008

[con G.Mussumeci, F.Gatto]

“GIS PROCEDURE TO FORECAST AND MANAGE WOODLAND FIRES” – Cartography and Geoinformatics for Early Warning and Emergency Management: Towards Better Solutions - Joint Symposium of ICA Working Group on CEWaCM and JBGIS Gi4DM – pp.111-117, ISBN 978-80-210-4796-9 - Praga, Czech Republic – 19-22 Gennaio 2009 - 978-3-642-03441-1 Springer book -- http://dx.doi.org/10.1007/978-3-642-03442-8_7 [con G.Mussumeci]

Tema n°1:

Stabilità dei versanti

in condizioni sismiche

e valutazione dei danni

sulle reti viarie

Tema 1: Obiettivo

Principiali vantaggi:

• Possibilità di avviare una vera e propria pianificazione preventiva in relazione ai rischi valutati ed ai diversi scenari elaborati

• Nelle immediate fasi post-evento, è possibile realizzare rapidamente scenari di danno verosimili, fondamentali per la migliore gestione delle risorse (sempre limitate) in emergenza

Strutturare ed implementare un SIT “specializzato”

sulla valutazione del rischio di frana in condizioni sismiche che, attraverso opportune simulazioni e modellazioni dei fenomeni naturali che intervengono, permetta di effettuare previsioni sui possibili danni alle infrastrutture territoriali eventualmente coinvolte

Frane indotte da eventi sismici: le dimensioni del problema ….

L’esperienza degli ultimi decenni ha evidenziato che:

• le frane indotte da eventi sismici rappresentano uno dei più

elevati rischi connessi a forti terremoti

• I danni sulle infrastrutture viarie e sui centri abitati sono spesso molto gravi

• Eventuali danni alle lifelines viarie possono rendere molto difficoltosa la gestione

dell’emergenza

• Frana causata in Kentucky dal terremoto di Nisqually

• I terreni interessati sono costituiti da argille tipiche delle zone dell’ Ohaio e delle valli del fiume Mississippi

• L’amplificazione per effetto topografico è stata individuata tra le cause del fenomeno

Nisqually (Washington) earthquake (28/02/2001)

Terremoto di El Salvador (2001, M=7.6) Centri abitati

• da 300.000 a 500.000 m³

• danni per circa 1 miliardo di US $

• 4962 abitazioni distrutte

• 16.148 abitazioni danneggiate

• 87 chiese danneggiate

• circa 1000 vittime (fonte: polizia di stato)

Danni alle infrastrutture:

Blocco della Pan-American Highway

Taiwan, 25.04.2010

Giappone, 2004

Giappone, Joban expressway 12.04.2011

Mynmar, 25.03.2011

Filippine, 06.02.2012

Procedura di analisi

“Progetto Catania” (CNR-GNDT) Zonazione del rischio di

frana nel territorio Catanese Valutazione degli effetti sulla funzionalità delle infrastrutture viarie

Definizione di uno scenario sismico

Scelta di un modello geotecnico

• Sismicità di riferimento

• Parametri sismici

• Stabilità statica

• Stabilità sismica

• Funzionalità post-sismica

•Leggi di attenuazione

•Pendio indefinito

•Metodo degli spostamenti

•Relazione danno-spostamento

GIS

Quote (m s.l.m)

Area campione

• DTM

• Litologia

• Caratterizzazione Catania

Necessità di gestione di banche dati geografiche fortemente eterogenee

GIS

• Cartografia e banca dati geografica “orientata”

esclusivamente alle finalità prefissate

• Carta vettoriale della Provincia di Catania (agg. 1999) – formato DWG e SHP, scala nominale 1:10000,

• DTM della Regione Sicilia a maglia 40m (agg. 1999)

– formato ASC  116 fogli con taglio del 1:10000 mosaicati

• Carta geologica vettoriale del territorio provinciale (agg. 1998) – formato SHP poligonale, successivamente convertito in GRD – DB con 36 differenti classi di unità geo-litologiche

• Possibilità di adottare una grande scala di dettaglio cartografica ed informativa

• Impiego di modellazioni geotecniche di dettaglio

• Considerate le elevate potenzialità di calcolo, è possibile di estendere anche ad aree vaste (piccola scala) approcci tradizionalmente utilizzati solo per studi di dettaglio (grande scala)

Caratteristiche generali del SIT specializzato

Carta dell’altimetria e Carta delle pendenze

Quote [m]

Epicentri

Generata dal mosaico di 116 DTM a maglia 40m

Sovrapposta a HillShade

 = angolo di pendio [°]

Generata dal DTM mediante la funzione DERIVE SLOPE

dello Spatial Analyst

Carta geologica e sue derivazioni …

 c’

’_min ’_med ’_max

’

S S_a S_s

Generazione di GRD a 40m da DB associati a layers vettoriali poligonali delle caratteristiche geologiche e geotecniche

Rete viaria della Provincia di Catania

Area di Studio: la Provincia di Catania

• 3415 kmq

• Uno dei territori a più alto rischio sismico nel Mediterraneo

• Caratteristiche geo- morfologiche

estremamente variabili:

– ampie zone alluvionali pianeggianti – aree rocciose ad

elevata pendenza (>65°) sul monte Etna

Massime Intensità macrosismiche osservate [MCS]

• Magnitudo = 7.3

• Epicentro più probabile

localizzato in mare sulla faglia Ibleo-Maltese a circa 10 Km.

dalla città di Catania

• Tempo di ritorno 300 anni

Terremoto di riferimento: Sicilia Orientale 11.01.1693

Mappa storica del danno

Scenario sismico: attenuazione PGA , PGV

• PGA , PGV : Sabetta & Pugliese (1987) - Italia

• PGA : Ambraseys et al. (1996) - Europa

• PGA : Spudich et al. (1999) - America

• PGA , PGV : Tromans & Bommer (2000) - Europa

• PGV : Bommer et al. (2000) - Europa

• Distanza sito-sorgente

• Natura del suolo

PGA_Max(g)

M=7.3 (1693)

PGV_Max (cm/s)

PGA =

Peak Ground Acceleration

PGV =

Peak Ground

Velocity

Legge di attenuazione sismica: Sabetta & Pugliese (1987)

S R

M

PGA   1 . 562  0 . 306   log  5 . 8  0 . 169 

log

R = distanza dall’epicentro

M = magnitudo di scenario S = tipologia del terreno

Legge di attenuazione sismica: Ambraseys et al. (1996)

S A

2

2 3.5 0.117 0.124

lo g 922

. 0 266

. 0 512 . 1

lo g PGA    M   R    S   S

Legge di attenuazione sismica: Tromans & Bommer (2000)

S A

2

2 7.2 0.058 0.085 lo g

049 . 1 214

. 0 080

. 2

lo g PGA    M  R    S   S

Legge di attenuazione sismica: Spudich et al. (1999)

 ^M  ^{R S}

PGA  0 . 299  0 . 229   6  1 . 052  lo g  7 . 27  0 . 112 

lo g

Schema di calcolo della PGA nell’ambito del SIT

• Definizione di uno SHP vettoriale puntuale mediante la georeferenziazione degli epicentri individuati come i più probabili

• Selezione di un epicentro

• Calcolo del GRD delle distanze mediante la funzione DISTANCE STRAIGHT LINE dello Spatial Analyst in relazione all’epicentro selezionato

• Calcolo della PGA o PGV mediante la funzione RASTER CALCULATOR dello Spatial Analyst

• Definizione degli intervalli di classificazione e creazione della carta tematica

• Esempio: sintassi della legge di attenuazione sismica di Sabetta & Pugliese (1987)

• Exp10(([S] * 0.169) + (0.306 * 7.3) - Log10(Sqrt(Pow(([Dist1] / 1000), 2) + 33.64)) - 1.562)

Raster Calculator

GRID

Distanze da epicentro

PGA

Ulteriori elaborazioni sulle PGA

I GRD con le accelerazioni PGA calcolate in base ai diversi modelli sono stati successivamente elaborati mediante le funzioni ZONAL STATISTIC come segue:

• generazione di un GRD in cui ogni cella ha il valore della MEDIA aritmetica delle 4 PGA calcolate

• generazione di un GRD in cui ogni cella ha il valore pari al MASSIMO delle 4 PGA calcolate

I due GRD sono stati assunti come scenari di riferimento per le successive elaborazioni: pessimistico (max PGA) e conservativo (average PGA)

NB: Ciascuno dei GRD sinora elaborati si compone di più di 6.000.000 di celle!

La PGA dello scenario sismico di riferimento

viene indicata nel seguito

con il simbolo

K _max

Modello geotecnico: il pendio indefinito

H_w H

t s'

u



a(t) w

 H H_w  ’ c’ w

F

•  = Angolo di pendio

• H = profondità superficie di scorrimento

• Hw = altezza di falda

•  = peso specifico del terreno

• ’ = angolo di resistenza a taglio

• c’ = coesione efficace

• w = direzione della forza sismica

Calcolo del Fattore di Sicurezza Statico Fs

W kW

(*) Calcolo effettuato per w = w critico = ’ -  = angolo che rende max kw

Calcolo del Fattore di Sicurezza Statico Fs





s 1

tan ' tan cos

s in

' r

H

F c  



 











 

H r ^w H^w







 

u r_u=0,0 ……..0,5

H_w H

t s'

u



a(t) w

W kW

Coeff. di pressione neutro

con

Non disponendo di dati esaustivi relativi alle altezze di falda, il calcolo è stato effettuato nei due casi limite:

• ru = 0 terreno totalmente insaturo (ipotesi ottimistica)

• ru = 0,5 terreno totalmente saturo (ipotesi pessimistica)

Fattore di Sicurezza Statico

Fs

r_u = 0

Fattore di Sicurezza Statico

Fs

r_u = 0,5

Fs dovrebbe essere ovunque =>

1, perché, se così non fosse, ci si troverebbe nelle condizioni di un pendio instabile anche

staticamente.

A seguito del calcolo sono emerse piccole aree con Fs<1 che sono state corrette

imponendo Fs=1. L’errore è imputabile a:

• inevitabili approssimazioni nell’assegnazione alle differenti unità geologiche dei valori di ’ = angolo di resistenza a taglio e c’

= coesione efficace

• limiti della cartografia

disponibile (DTM a maglia 40 m)

Modello geotecnico: l’accelerazione critica

 H H_w  ’ c’ w

k

 

       









 w



 w





























 













 

sen '

tan cos

sen

* 1

1 ' tan cos

sen '

tan cos

sen cos

' _u

c

u r

H k c

H_w H

t s'

u



a(t) w

W kW

L’ accelerazione critica Kc di pendio rappresenta la soglia superata la quale si innesca il movimento.

E’ il valore che va puntualmente confrontato con Kmax ottenuto dalle simulazioni sismiche per verificare la stabilità dinamica del pendio.

A questa scala di analisi è possibile porre il fattore di riduzione u* = 0 se si suppone che non sussistano variazioni del regime idraulico durante il sisma

Accelerazione critica di

pendio Kc (r_u=0)

L’elaborazione è stata effettuata solo per le celle in si verifica che l’angolo di pendio >5°

Accelerazione critica di

pendio Kc (r_u=0,5)

La Kc in condizioni sature risulta minore di quella calcolata in condizioni insature

E’ sufficiente una accelerazione sismica Kmax minore per innescare il moto

K_c/k_max

PGA_Media (g) r_u=0.0

Valutazione delle zone potenzialmente instabili

K_c/k_max

PGA_Max (g) r_u=0.5

Instabilità ?  Spostamenti

Possono verificarsi spostamenti solo nelle zone in cui Kc/Kmax <1

k

K

/ k

1

k

K

/ k

<1

L’entità degli spostamenti permanenti è stata valutata (solo per le celle in cui solo nelle zone in cui Kc/Kmax <1) mediante 4 differenti modelli empirici, sviluppati mediante regressioni basate su analisi di Newmark applicate ad ampi database sismici.

I modelli, ritenuti molto affidabili nella comunità scientifica, differiscono per alcuni dati di input (in funzione dei DB adottati) e nella formulazione matematica a causa delle diverse tipologie di regressione utilizzate.

R = 2 5 k m

0 , 1 1 1 0 1 0 0 1 0 0 0

0 0 , 2 0 , 4 0 , 6 0 , 8 1

k_c/k_{m a x}

d (cm)

R o m e o ( 2 0 0 0 ) - S u o lo R o m e o ( 2 0 0 0 ) - R o c c ia C a i & B a t h u r s t ( 1 9 9 6 ) A m b r a s e y s & M e n u ( 1 9 8 8 ) A m b r a s e y s & S r b u lo v ( 1 9 9 5 )

R = 5 0 k m

0 , 1 1 1 0 1 0 0 1 0 0 0

0 0 , 2 0 , 4 0 , 6 0 , 8 1

k_c/k_{m a x}

d (cm)

R o m e o ( 2 0 0 0 ) - S u o lo R o m e o ( 2 0 0 0 ) - R o c c ia C a i & B a t h u r s t ( 1 9 9 6 ) A m b r a s e y s & M e n u ( 1 9 8 8 ) A m b r a s e y s & S r b u lo v ( 1 9 9 5 )

Valutazione degli spostamenti

• Romeo (2000): k_c/k_max , M , R , Suolo

• Cai & Bathurst (1995): k_c/k_max , PGV , PGA

• Ambraseys & Menu (1988): k_c/k_max

• Ambraseys & Sbrulov (1995): k_c/k_max , M , R

Valutazione degli spostamenti: Romeo (2000)

k S R k

M

d  1.281  0.648   0.934 log _e  3.5  3.699   0.225  log

m ax 2 c

2

d (cm)

Romeo (2000)

PGA medio

r_u=0.0

d (cm)

Romeo (2000)

PGA max

r_u=0.5

Valutazione degli spostamenti: Cai & Bathurst (1995)

49 . 0

m ax c m ax

c m ax

2

87 . 5 exp

2 . 9 log





 







 



 

 



 k

k k

k k

g d PGV

d (cm)

r_u=0.0

Cai & Bathurst (1995):

PGA medio

d (cm)

Cai & Bathurst (1995):

PGA max r_u=0.5

Valutazione degli spostamenti: Ambraseys & Menu (1988)

09 . 1

m ax c 53

. 2

m ax

1 c

log 90

. 0 log





 







 



 



 k

k k

d k

d (cm)

Ambraseys &

Menu (1988)

PGA medio

r_u=0 Ambraseys &

Menu (1988)

PGA max

r_u=0.5 d (cm)

Valutazione degli spostamenti: Ambraseys & Sbrulov (1995)















 



 



 



 















1.02

m ax c 91

. 2

m ax 2 c

2 log 1

log 01

. 0 47

. 0 41 . 2

log k

k k

h k R

M d

Ambraseys &

Sbrulov (1988)

PGA medio

r_u=0

d (cm)

Ambraseys &

Sbrulov (1995)

PGA max

r_u=0.5

d (cm)

d (cm) d (cm) Analisi dei risultati: relazione danno-spostamenti

Classe Livello danno Idriss (1985) Legg et al. (1982)

I Modesto <3 cm < 0.5 cm

II Medio 15 cm 0.5-5 cm

III Alto 30 cm 5-50 cm

IV Molto alto 90 cm 50-500 cm

V Catastrofico 300 cm > 500 cm

Modesto Medio Alto Molto alto Catastrofico

d (cm)

Analisi dei risultati: relazione danno-spostamenti

Analisi dei risultati: relazione danno-spostamenti

Analisi dei risultati: relazione danno-spostamenti

Analisi dei risultati: relazione danno-spostamenti

Analisi dei risultati: relazione danno-spostamenti

Tema n°2:

Simulazione GIS dell’evoluzione

temporale di un incendio boschivo

Tema 2: Obiettivo

Considerato che la tecnologia GIS oggi mette a disposizione:

• Numerosi e potenti strumenti per l’implementazione di modelli analitici finalizzati alla simulazione dell’evoluzione spazio temporale di fenomeni

• Specifiche funzionalità per la gestione delle reti e delle flotte anche in tempo reale

 È possibile creare un Sistema di Supporto alle Decisioni (DSS) per l’ottimizzazione dell’uso delle sempre limitate risorse disponibili per gli interventi in emergenza

Strutturare ed implementare un prototipo di SIT

dinamico in grado di supportare la previsione

dell’evoluzione temporale del fenomeno incendio

boschivo e gestire in modo ottimale le risorse

disponibili per le operazioni di spegnimento.

GIS come strumento di Simulazione e Gestione di emergenze ambientali

• Simulare l’evoluzione dei fenomeni di incendio boschivo

• Individuare la più vicina Sala Operativa

• Definire il percorso di avvicinamento ottimale

• Valutare i tempi di percorrenza dei mezzi di soccorso verificando contemporaneamente l’avanzamento del fronte d’incendio

L’Evoluzione dell’incendio

puo’ modificare lo scenario

originario

• Allertamento ed individuazione della destinazione dei mezzi per lo spegnimento

• Interrogazione del GIS per la definizione della più vicina centrale operativa e del percorso di avvicinamento ottimale

• Valutazione dei tempi di percorrenza (in base alle distanze, alle caratteristiche dei percorsi, etc.)

• Simulazione dell’avanzamento del fronte nel tempo di percorrenza calcolato al punto precedente

• Verifica della destinazione originaria ed eventuale aggiornamento della stessa del relativo percorso di avvicinamento

• Possibile aggiornamento anche della centrale operativa

Fasi della gestione dell’emergenza in

ambiente GIS

Condizioni meteorologiche favorevoli

Interventi per lo spegnimento

Titolo diagramma

morfologia del terreno favorevole

disponibilità di grandi quantità d'acqua mezzi aerei

possibilità di un rapido intervento

conoscenza della rete viaria mezzi di terra

gestione

degli interventi

Simulazione GIS della

propagazione dell’incendio

Modello di ROTHERMEL Spatial Analyst

Ricerca del percorso

ottimale e della Sala Operativa

più vicina

Network Analyst

Integrazione di analisi e simulazioni GIS parallele

• Anche se non è molto recente (1972) è, ancora oggi, uno dei più utilizzati per valutare la velocità del fronte di fiamma

• Consente di rappresentare il comportamento dell’avanzamento di fronte di fiamma che si diffonde attraverso un combustibile omogeneo e continuo, come una serie di accensioni che progredisce per "contagio", portando le fasce di combustibile vicino al fronte del fuoco alla temperatura di accensione

• Ipotesi di strati superficiali continui, uniformi e adiacente al suolo, con materiali infiammabili vivo e morto, dello spessore di due metri, in condizioni stazionarie e distanti dalla fonte di calore che ha dato inizio al fuoco

• Facile da implementare in ambiente GIS

Modello di Rothermel

Modello di Rothermel

dove :

R = Velocità di propagazione del fuoco in m / min I_r = Intensità del fronte di fiamma in Kcal / m² min x^. = Coefficiente di propagazione del flusso calorico F_W= Fattore di Ventosità

F_S = Fattore di Declivio

r_b = Concentrazione combustibile secco in Kg / m³ e^…… = Indice di Preriscaldamento

Q_ig= Calore di Preignizione in Kcal / kg

Rothermel, R.C. (1972), “A mathematical model for predicting fire spread in wildland fuels”, General Technical Report INT-115, USDA Forest Service, Intermountain Forest and Range Experiment Station.

 

ig b

S W

r

Q R I









  

 1

conservazione dell'energia adattato da molte prove e sperimentazioni

numeratore = la quantità di calore che il materiale combustibile ha ricevuto

denominatore = la quantità di calore necessaria per portare il combustibile alla temperatura di accensione

Poiché una conoscenza dettagliata di questi fattori è molto difficile, le diverse tipologie vegetali sono state ricondotte a diversi

"modelli" combustibili

• Il modello Rothermel è stato implementato nel GIS con una serie di tematismi GRID, ciascuno corrispondente ad una delle variabili nell'equazione, utilizzando le funzioni di Spatial Analyst

• Alcuni temi (Ig , ξ , ρb , ε , QIG ) sono stati ottenuti da dati di letteratura scientifica (modelli combustibili) delle caratteristiche delle specie vegetali dominanti nelle aree boschive studiate ( densità degli alberi, media della concentrazione di materiali combustibili al suolo, ecc ... )

• Il tematismo GRID del coefficiente di pendenza (Φs) è stato calcolato dalla mappa delle pendenze generata da un modello digitale del terreno (DTM)

• Il coefficiente di vento (Φw) è stato assunto, per ipotesi, un valore uniforme su tutte le celle

• Per ciascuno dei temismi GRID realizzati è stata adottata un’unica dimensione di cella (10 x 10 m), adeguata alla necessità di una continua sovrapposizione con i temismi vettoriali di rete stradale

Implementazione del modello di Rothermel

TEMATISMI GRID IMPLEMENTATI CON IL MODELLO DI ROTHERMEL

Classe di vegetazione

S_value: c.i.r. al tipo di vegetazione

dominante nel bosco

Intensità del fronte di fiamma

Coef. di

propagazione del flusso calorico

Fatt. di declivio

Fatt. di ventosità

Calore di preignizione

Indice di

preriscaldamento

Area di studio  Parco dell’Etna (zona est)

Lo studio è stato sviluppato in un area campione del parco dell’Etna, sul versante est del vulcano, dove è presente una fitta rete stradale anche interna ad aree boschive

Applicando nel GIS l’equazione di Rothermel ai tematismi sopra descritti , si è ottenuta una nuova mappa GRID in cui il valore di ogni cella rappresenta la potenziale velocità di propagazione del fronte di fiamma [m / min]

Mappa della velocità di propagazione potenziale del fronte di fiamma

• Calcolo di un nuovo tematismo GRID in ad cui ogni cella è associato l'inverso della velocità propagazione del fuoco, utilizzato nelle fasi successive come "impedenza"

• Localizzazione di un'origine puntuale dell’incendio

• Applicazione della funzione Distance  CostWeighetd per ottenere un nuovo tematismo GRID, in cui il valore di ogni cella rappresenta il tempo [min] necessario perché la stessa cella sia raggiunta dal fuoco dall'origine supposta. La funzione opera moltiplicando i valori di ciascuna cella [min/m] del GRID dell’inverso delle velocità per le distanze relative [m] dal punto d’origine ipotizzato

Simulazione GIS incendio boschivo 1/3

• Localizzazione di una "destinazione" puntuale del fuoco, che, partendo dall'origine, definisce la direzione principale del vento che, in caso di notevole velocità dell'aria, è la stessa direzione della probabile diffusione del fronte del fuoco

• Applicazione della funzione Distance

ShortestPath per individuare il percorso di avanzamento più probabile del fuoco. La funzione lavora sul GRID ottenuto dalla funzione CostWeighetd, trovando un percorso composto dalle celle di "costo minimo": queste sono le celle in cui è più probabile la propagazione del fuoco, perché è più alta è la tendenza a bruciare

Simulazione GIS incendio boschivo 2/3

• Estrapolazione delle curve isocrone in base al tematismo GRID ottenuto dalla funzione CostWeighetd: esse rappresentano il luogo dei punti (celle) potenzialmente raggiungibili dall’incendio nello stesso tempo dall’origine supposta

• L’osservazione delle intersezioni tra le curve isocrone ed il percorso preferenziale di diffusione del fronte del fuoco valutato con la funzione ShortestPath, rappresenta un metodo per prevedere l'avanzamento nel tempo e nello spazio del fuoco

• È possibile utilizzare una nuova origine "virtuale" e riavviare la procedura per tener conto della variabilità del fenomeno in relazione alle condizioni meteorologiche (direzione principale del vento)

Simulazione GIS incendio boschivo 3/3

Simulazione evoluzione temporale incendio

calcolo del grid dei tempi potenziali

georefernziazione del punto d’innesco - applicazione funzione Cost Distance

- generazione automatica curve isocrone

È possibile ottimizzare la gestione dell'emergenza, sulla base delle risorse territoriali e infrastrutturali disponibili, utilizzando il modulo GIS Network Analyst.

Ecco i passaggi :

• individuazione del miglior centro operativo (caserma VVFF) in grado di raggiungere nel minoro tempo possibile il fronte del fuoco con il propri mezzi di terra

• Scelta del migliore (più veloce) percorso di avvicinamento

• valutazione del tempo di viaggio

• previsione dell’avanzamento del fronte di fiamma durante il tempo di percorrenza stimato

Gestione dell’emergenza sulla base di un

analisi dinamica della rete stradale

• Verifica (ed eventuale nuova definizione) del primo percorso selezionato, aggiornando la destinazione e, se necessario, la caserma di partenza

• Esclusione dei tratti stradali non utili o non disponibile (a causa di danni) per gli interventi

• il centro operativo principale potrebbe essere in grado di valutare, in tempo reale, movimenti e possibili ritardi (per esempio a causa di traffico) delle squadre utilizzando la trasmissione della posizione rilevata dai ricevitori GPS installati su mezzi per lo spegnimento

Ottimizzazione del centro operativo di

partenza, del percorso e della destinazione

Individuazione del percorso ottimale di avvicinamento dei mezzi di terra, in funzione della più probabile posizione del fronte di fiamma

Calcolo del percorso tenendo conto dell’evoluzione del fenomeno

(Network Analyst)

Schema logico della procedura

ALLERTAMENTO DELLA SALA OPERATIVA

SEGNALAZIONE DELL’INCENDIO

PREVISIONE DELL’ EVOLUZIONE DEL FENOMENO

INDIVIDUAZIONE DELLA DESTINAZIONE DEI MEZZI DI SOCCORSO

INTERROGAZIONE DEL GIS

INDIVIDUAZIONE DEL CENTRO OPERATIVO DA MOBILITARE E DEL PERCORSO DI

AVVICINAMENTO

ITINERARIO VALIDO

(tempo di percorrenza compatibile con la prevista destinazione)

FINE DELLA PROCEDURA

no no

CONTROLLO REAL TIME (PERIODICO O SU SEGNALAZIONE)

si

Necessità di individuare una NUOVA DESTINAZIONE

DESTINAZIONE RAGGIUNTA

si si

no

CONDIZIONI METEO STABILI

no

si

Antonio CONDORELLI

Applicazioni GIS per l'elaborazione di scenari di danno e la gestione delle

emergenze di Protezione Civile

acondor74@gmail.com SEMINARIO sul tema

Applicazione delle tecniche GIS per la gestione dell’ambiente e del territorio agricolo

Progetto

“La protezione dell'ambiente nelle isole del Mediterraneo attraverso la valorizzazione di un sistema colturale arboreo – PROMED 2”

Progetto co-finanziato dall’Unione Europea - Fondo Europeo di Sviluppo Regionale

Unione Europea

GRAZIE PER L’ATTENZIONE