Provincia di Reggio Emilia Servizio Pianificazione territoriale e Difesa del Suolo Sistema Informativo Territoriale

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1 Provincia di Reggio Emilia Servizio Pianificazione territoriale e Difesa del Suolo Sistema Informativo Territoriale Modelli di simulazione degli incendi boschivi Calibrazione su alcuni casi di studio di interesse per il Piano provinciale di Protezione Civile Gruppo di lavoro: dott.f.manenti (coord.), dott.l. Bissoli, dott.a.campisi Provincia di Reggio Emilia dott.e.bertoluzza Corpo Forestale dello Stato, Coord. Prov. Reggio Emilia Consulenza-sviluppo modelli: ing.tatiana Arlotti, ing.alberto Pistocchi (coord.) - GECOsistema srl

2 Modelli di simulazione degli incendi Servono a descrivere l evoluzione di un incendio di cui si ipotizza il punto di innesco, su un paesaggio assegnato Consentono di effettuare valutazioni del tipo cosa succede se (what if ): p.es. dove e in che tempi si propaga un incendio senza interventi; che costi e tempi di spegnimento, che aree percorse dal fuoco ecc. si possono attendere con diverse azioni di spegnimento, uso dell aereo ecc. Richiedono di specificare dati relativi ai combustibili (vegetazione ecc.), alla topografia e alla meteoclimatologia Nascono in ambiente nordamericano per la gestione in tempo reale degli incendi, per la progettazione degli incendi controllati, per il dimensionamento degli interventi antincendio

3 Modelli di simulazione degli incendi Possono essere sviluppati per un area qualsiasi del territorio della provincia, grazie alla disponibilità di una carta forestale dettagliata e di un modello digitale del terreno desunto dalla CTR 1:5 Sono rapidi da implementare e relativamente poco costosi Si adattano a descrivere le situazioni di incendi osservati dal Corpo Forestale (Fogli notizie AIB) Si prestano a vari tipi di applicazioni di protezione civile Per il caso in esame si è fatto riferimento ai modelli BEHAVE e FARSITE dell USDA-NFFS

4 Attività di sviluppo di modelli Revisione della letteratura in materia di incendi boschivi Acquisizione dei dati necessari e costruzione di un GIS specifico Scelta di 6 situazioni rappresentative Calibrazione di primo tentativo/sensitivity assessment Sopralluoghi Calibrazione definitiva e Valutazioni per l uso dei modelli in Protezione Civile

5 Revisione della letteratura in materia di incendi boschivi Oggi pare largamente condiviso il ricorso all approccio dei modelli FARSITE e BEHAVE La maggior parte dei progetti sugli incendi mira a identificare i siti più propensi all innesco e alla propagazione Scarsa diffusione in Europa delle competenze e delle applicazioni circa la simulazione dinamica degli incendi Difficoltà all uso in tempo reale dei modelli soprattutto per la mancanza di dati e sistemi di monitoraggio adeguati allo scopo; finora non ci sono state molte criticità tali da giustificare investimenti in tal senso

6 Acquisizione dei dati necessari e costruzione di un GIS specifico Vegetazione, potenziale pirologico Classi di copertura del suolo Tipo di modello di combustibile Modello digitale del terreno Quota, Pendenza Aspect (giacitura) Stazioni meteoclimatiche Umidità Precipitazione temperatura vento

7 Scelta di 6 situazioni rappresentative

8 Calibrazione di primo tentativo/sensitivity assessment Oltre ai dati meteoclimatici e topografici, i parametri cui i modelli di propagazione degli incendi sono più sensibili sono quelli che definiscono il tipo di combustibile, che determinano la velocità di propagazione e i parametri energetici dell incendio Per ogni tipo di copertura vegetale definita dalla carta forestale della Provincia, si sono assegnati i parametri del modello di combustibile corrispondente, a partire dai modelli standard messi a punto dal NFFS dell USDA. Si sono effettuate varie prove di sensitività al fine di meglio definire i parametri cui i modelli sono più sensibili

9 1h Load Calibrazione di primo tentativo/ sensitivity assessment 1h Load 1h Load LH Load LW Load 1h SAV LH SAV LW SAV 2 t/ha Range 68,35 68,35 68,35 m /m 68,35 68,35 3 Fuel Bed Dead Fuel Depth Moist. Exct. m % Heat Dead Heat Live kj/kg ,2 1, Short grass 1, , Timber with grass and understory 4,49 2,25 1,12 1, , Tall grass 6,74, Chaparral 11,23 8,98 4,49 11, , Brush 2,25 1,12 4, , Dormant brush, hardwood slash 3,37 5,61 4, , Southern rough 2,54 4,2 3,37, , Closed timber litter 3,37 2,25 5, , Hardwood litter 6,54,93, , Timber with litter and understory 6,74 4,49 11,23 4, , Light logging slash 3,37 1,11 12,35, Medium logging slash 8,98 31,44 37,6,7 2 15,72 51,66 62,89, Heavy logging slash

10 FARSITE - FIRE AREA SIMULATOR Calibrazione di primo tentativo/ sensitivity assessment INPUT INPUT VARIABILI VARIABILI FONDAMENTALI OPZIONALI NOTE DATI PER LA STIMA EQUAZIONE IN CUI COMPARE IMPORTANZA (EFFETTI) LANDSCAPE QUOTE DTM PENDENZE DTM ORIENTAMENTO DEI VERSANTI DTM aggiustamento adiabatico della temperatura e dell'umidità, conversione della diffusione del fuoco dal piano orizzontale al piano inclinato (3) sull esposizione solare, sull esposizione ai venti, sulla propagazione del fuoco sull esposizione solare, sull esposizione ai venti, sulla propagazione del fuoco MODELLI DI COMBUSTIBILE peso per unità di area (1h, 1h, 1h, LH, LW), SAV (1h, 1h, 1h, LH, LW), altezza combustibile superficie, umidità di estinzione (D), potere calorifico (D, L) riclassificazione della carta forestale alla luce di potenziale pirologico e NNFL COPERTURA DELLE CHIOME superficie sul piano orizzontale ricoperta dalle chiome degli alberi dato di % di copertura della vegetazione fornito dal classificatore dell area forestale sull ombreggiamento, sulla riduzione della velocità del vento, sulla variazione del contenuto di umidità del combustibile altezza alla sommità delle chiome desumibile da sopralluogo sul fenomeno dello spotting, sulla riduzione della velocità del vento, sulle caratteristiche di propagazione del fuoco di chioma altezza alla base delle chiome desumibile da sopralluogo densità delle chiome desumibile da sopralluogo caratteristiche di propagazione del fuoco di chioma carico dello strato di materiale decomposto desumibile da sopralluogo combustione della zona retrostante il fronte attivo profilo del combustibile di dimensioni maggiori desumibile da sopralluogo combustione della zona retrostante il fronte attivo, consumo di combustibile TEMPO osservazioni giornaliere su precipitazioni (quantità e orari di inizio e fine), stazioni temperatura (max, min) e meteorologiche umidità dell'aria (min, max) con orari, quota rilevamento VENTO osservazioni ad intervalli da orari a sub-orari su velocità e direzione del vento, copertura nuvolosa UMIDITA' INIZIALE COMBUSTIBILE stazioni meteorologiche: velocità a 1 m da terra (km/h) contenuto di umidità iniziale combustibile (1h, 1h, 1h, LH, LW) di almeno un ipotesi di scenario giorno prima dell'inizio della simulazione (1), (4), (6), velocità di propagazione, (8) intensità del fuoco (9) per determinare il margine di transizione tra fuoco di superficie e fuoco di chioma variazione del contenuto di umidità del combustibile (2) determinazione del fattore di ventosità, variazione del contenuto di umidità del combustibile

11 Calibrazione di primo tentativo/ sensitivity assessment PRINCIPALE CONDUTTORE DEL FUOCO 1. short grass Erba Sottobosco (sterpaglia) Lettiera al di sotto del bosco Legname tagliato X 2. timber with grass and understory X 3. tall grass X 4. chaparral X 5. brush X 6. dormant brush, hardwood slash X 7. southern rough X X X 8. closed timber litter X 9. hardwood litter X 1. timber with litter and understory X X 11. light logging slash X 12. medium logging slash X 13. high logging slash X

12 Calibrazione di primo tentativo/ sensitivity assessment

13 Vezzano Il bosco (pineta) si presenta piuttosto chiuso. A terra, oltre alla lettiera, è presente un abbondante strato erbaceo. Il fuoco si è sviluppato proprio grazie all erba.

14 Vezzano inizio simulazione 18. termine simulazione 23. vettore principale del fuoco modelli su cui si propaga l incendio scenario di umidità utilizzato fattori di aggiustamento della velocità di propagazione caratteristiche del vento che risultano compatibili con i dati disponibili parametri cui il modello risulta sensibile discrepanze fra modello e osservazione e loro possibili cause erba 2 7 [1h, 1h, 1h, LH, LW] = [3%,4%,5%,7%,7%] [modello 2] = [3.8] [modello 7] = [1.] direzione - 18 velocità fuori dal bosco - 15 km/h punto d innesco temperatura e umidità dell aria velocità e direzione del vento andamento del fuoco sul fianco destro l incendio è stato contenuto lateralmente

15 ASSENZA DI COMBUSTIBILE MODELLO 2 MODELLO 7 Vezzano: Simulazione del decorso dell incendio senza considerare le azioni di contenimento sul lato est

16 Vezzano: Simulazione del decorso dell incendio senza considerare le azioni di contenimento sul lato est: andamento temporale della propagazione (ha/ore)

17 Vezzano: Simulazione del decorso dell incendio senza considerare le azioni di contenimento sul lato est: confronto fra aree percorse dal fuoco AIBFN (nero) e calcolate (rosso) la discrepanza può essere spiegata con l intervento di contenimento del fuoco

18 Valestra Il bosco appare da subito molto fitto e sporco. Sono presenti numerosi polloni e abbondanza di materiale aereo lianoso. La presenza del materiale erbaceo è irrilevante. Il fuoco si è propagato in superficie attraverso la lettiera e che abbia avuto inizio dalla strada adiacente (direzione sud est).

19 Valestra inizio simulazione 3. termine simulazione 23. vettore principale del fuoco modelli su cui si propaga l incendio scenario di umidità utilizzato lettiera 5 9 [1h, 1h, 1h, LH, LW] = [6%,7%,8%,12%,12%] fattori di aggiustamento della velocità di propagazione [modello 5] = [1.3] [modello 9] = [.7] caratteristiche del vento che risultano compatibili con i dati disponibili direzione - 13 velocità fuori dal bosco - 35 km/h parametri cui il modello risulta sensibile discrepanze fra modello e osservazione e loro possibili cause punto d innesco velocità e direzione del vento propagazione eccessiva del fuoco in direzione SO variabilità del vento in direzione e velocità

20 Valestra Propagazione dell incendio tenendo conto dell effetto barriera operato dalle strade sterrate ASSENZA DI COMBUSTIBILE MODELLO 2 MODELLO 5 MODELLO 9

21 Valestra Propagazione dell incendio tenendo conto dell effetto barriera operato dalle strade sterrate: andamento temporale della propagazione (ha/ore)

22 Valestra Propagazione dell incendio tenendo conto dell effetto barriera operato dalle strade sterrate: confronto fra aree percorse dal fuoco AIBFN (nero) e calcolate (rosso); le discrepanze possono essere dovute all azione di spegnimento e alla variabilità del vento

23 Castelnovo nei Monti La zona dalla quale è partito l incendio si presenta particolarmente secca, a causa dell esposizione in direzione SE. Nella parte inferiore del versante, la specie arborea prevalente è il Castagno, più in alto si trovano il Pino silvestre, il Pino nero e l Abete. In basso il fuoco è stato guidato dalla lettiera, mentre in alto dallo strato erbaceo (velocità del fuoco inferiore).

24 Castelnovo nei Monti inizio simulazione 1. termine simulazione 23. vettore principale del fuoco modelli su cui si propaga l incendio scenario di umidità utilizzato erba lettiera 2 9 [1h, 1h, 1h, LH, LW] = [4%,5%,7%,78%,78%] fattori di aggiustamento della velocità di propagazione [modello 2] = [.7] [modello 9] = [.5] caratteristiche del vento che risultano compatibili con i dati disponibili direzione - 32 velocità fuori dal bosco - 15 km/h parametri cui il modello risulta sensibile discrepanze fra modello e osservazione e loro possibili cause punto d innesco velocità e direzione del vento avanzamento del fronte in direzione NO superiore rispetto al caso reale il modello ha sovrastimato la velocità di propagazione alle quote più elevate, in quanto non si è tenuto conto della presenza crescente di strato erbaceo che presenta conducibilità minore rispetto al combustibile lettiera

25 Castelnovo nei Monti Propagazione dell incendio ASSENZA DI COMBUSTIBILE MODELLO 2 MODELLO 9

26 Castelnovo nei Monti Propagazione dell incendio: andamento temporale della propagazione (ha/ore)

27 Castelnuovo nei Monti Propagazione dell incendio: confronto fra aree percorse dal fuoco AIBFN (nero) e calcolate (rosso); le discrepanze possono essere dovute all azione di spegnimento e alla variabilità del vettore (lettiera/erba)

28 Vetto (Rosano) Il bosco ha una struttura aperta. Al di sotto delle piante, lo strato erbaceo è molto fitto e ben sviluppato in altezza. E chiaramente evidente che il fuoco si sia propagato grazie all erba.

29 Vetto inizio simulazione 22. del 24/3 termine simulazione 4. del 25/3 vettore principale del fuoco modelli su cui si propaga l incendio Scenario di umidità utilizzato erba 2 [1h, 1h, 1h, LH, LW] = [6%,7%,8%,12%,12%] fattori di aggiustamento della velocità di propagazione [modello 2] = [1.] caratteristiche del vento che risultano compatibili con i dati disponibili direzione - 25 velocità fuori dal bosco - 5 km/h parametri cui il modello risulta sensibile discrepanze fra modello e osservazione e loro possibili cause punto d innesco umidità dell aria mm/giorno di pioggia velocità e direzione del vento eccessiva propagazione del fuoco in direzione SO

30 Vetto Propagazione dell incendio ASSENZA DI COMBUSTIBILE MODELLO 2 MODELLO 9

31 Vetto Propagazione dell incendio: andamento temporale della propagazione (ha/ore)

32 Vetto Propagazione dell incendio: confronto fra aree percorse dal fuoco AIBFN (nero) e calcolate (rosso); le discrepanze possono essere dovute all azione di spegnimento e alla variabilità del vento

33 San Valentino L area boscata entro la quale si è diffuso l incendio risulta piuttosto sporca, con fitto strato erbaceo, cespugli sparsi e alberi di Robinia. Le piante di vite presenti nell area limitrofa non sono state toccate dal fuoco. Il conduttore del fuoco è stata l erba.

34 San Valentino inizio simulazione termine simulazione vettore principale del fuoco modelli su cui si propaga l incendio erba 2 [1h, 1h, 1h, LH, LW] = [6%,7%,8%,12%,12%] scenario di umidità utilizzato fattori di aggiustamento della velocità di propagazione caratteristiche del vento che compatibili con i dati disponibili risultano parametri cui il modello risulta sensibile discrepanze fra modello e osservazione e loro possibili cause [modello 2] = [.8] direzione - velocità fuori dal bosco - 4 km/h punto d innesco difficoltà nell interpretare la bontà del dato restituito in termini di contorno del fuoco rispetto al caso reale, data la limitata estensione dell area

35 Vetto Propagazione dell incendio ASSENZA DI COMBUSTIBILE MODELLO 2

36 Vetto Propagazione dell incendio: andamento temporale della propagazione (ha/ore)

37 Piolo. Dati AIBFN (non è stato possibile effettuare un sopralluogo) data inizio fuoco 15. segnalazione 15.3 inizio intervento 16. fine intervento 19.3 superficie totale percorsa dal fuoco 2 ha colture specie forestali prevalenti stato vegetazione erbacea alto fusto resinose (13 ha), ceduo semplice e matricinato (3 ha) Pino nero Roverella secca altitudine da 5 m a 1 m da 1 m a 15 m orografia montagna esposizione vento pendenza organizzazione preventiva A.I.B. viabilità di accesso alla zona dell incendio attrezzatura usata nelle operazioni di spegnimento mezzi intervenuti nelle operazioni di spegnimento SO forte oltre il 5% nel comprensorio incendiato non ci sono viali parafuoco pista (cattivo stato di manutenzione della viabilità) atomizzatori autobotti

38 Piolo. Propagazione dell incendio MODELLO 2 MODELLO 9

39 Piolo. Propagazione dell incendio Andamento temporale stimato (ha /ore)

40 Piolo. Propagazione dell incendio Confronto ricostruito (nero)/ Calcolato (rosso) NB Il confronto è puramente qualitativo per mancanza di cartografia AIBFN; il calcolo restituisce un area più ampia di quella ricostruita, ma quantitativamente più vicina al dato AIBFN

41 Valutazioni per l uso dei modelli in Protezione Civile Simulazione strategie di attacco: progetto degli interventi (eventualmente anche in real time)

42 Valutazioni per l uso dei modelli in Protezione Civile Simulazione strategie di attacco: training dei volontari/squadre antincendio, riproducendo diverse strategie Simulazione Attacco dal Cielo

43 Valutazioni per l uso dei modelli in Protezione Civile Simulazione di possibili dinamiche dell incendio al fine di ottimizzare le operazioni di protezione civile Evoluzione naturale dell incendio

44 Valutazioni per l uso dei modelli in Protezione Civile In generale, integrazione con altri strumenti di analisi in un sistema di supporto alle decisioni in grado di aiutare a definire le strategie di prevenzione e protezione, controllo e pianificazione territoriale Il modello digitale del terreno può essere utilizzato per valutare i migliori punti di osservazione di un incendio (esempio: Valestra).

45 Valutazioni per l uso dei modelli in Protezione Civile In generale, integrazione con altri strumenti di analisi in un sistema di supporto alle decisioni in grado di aiutare a definire le strategie di prevenzione e protezione, controllo e pianificazione territoriale I risultati della simulazione degli incendi forniscono elementi di Indice di aridità medio annuo Esposizione Pendenza percentuale Accessibilità Quota Modello di calcolo probabilistico Predittore rischio d incendi Sogliano al Rubicone Uso del suolo Incendi ultimi 5 anni Supporto per identificare I siti prioritari per il monitoraggio e per Il controllo. La figura mostra uno schema di integration modeling (da Pistocchi e Neri, 2)

46 Conclusioni La simulazione effettuata degli eventi di incendio considerati è in generale attendibile; i modelli considerati si prestano pertanto a descrivere il fenomeno di incendio anche nel contesto di interesse per la Provincia di Reggio Emilia Esistono limitazioni all accuratezza dei modelli, dovute a mancanza o incompletezza dei dati Introdurre nella simulazione l effetto delle azioni di spegnimento in generale migliora la simulazione In generale, l accuratezza nella mappatura della distribuzione spaziale dei combustibili oltre che delle caratteristiche topografiche del sito ha una notevole influenza sull accuratezza della simulazione.

47 Conclusioni I dati utilizzati, che hanno mostrato di essere sufficienti agli scopi della protezione civile, sono disponibili in senso generalizzato su tutto il territorio provinciale e consentono di mettere a punto in tempi rapidi un modello di evento con cui supportare la pianificazione degli interventi di soccorso e di controllo del fenomeno.

48 Conclusioni I modelli sono utilizzabili al fine di individuare e progettare strategie di controllo del fenomeno in siti particolarmente sensibili (es. centrali energetiche, industrie a rischio, ospedali ) Per un utilizzo dei modelli in tempo reale, come è uso consolidato nelle realtà del Nord America, il principale vantaggio dei modelli di simulazione è nella previsione di comportamenti qualitativi, mentre i dati sono limitanti per previsioni quantitative. In definitiva, la sperimentazione qui illustrata ha consentito di definire modalità di utilizzo dei modelli di simulazione degli incendi, che evidenziano l utilità e il buon rapporto costi/benefici di tali strumenti in seno alle attività di preparazione della protezione civile.