Applicazioni Gis in Campo Territoriale e Ambientale

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1 Applicazioni Gis in Campo Territoriale e Ambientale Agripolis, 18 novembre 2009 Analisi della variabilità spaziale per il riconoscimento della morfologia d alveo in ambito montano Sebastiano Trevisani, Marco Cavalli & Lorenzo Marchi, CNR-IRPI Padova

2 Introduzione e obbiettivi Interesse crescente nei confronti della morfologia d alveo dei torrenti montani La morfologia è determinata dalle interazioni tra idrologia, topografia e apporto di sedimento ed è sensibile ai cambiamenti climatici, cambi dell uso del suolo e a mutamenti che interessano il reticolo idrografico a monte Lo studio della morfologia d alveo può quindi fornire importanti informazioni circa i processi sopra menzionati L analisi geomorfologica quantitativa risulta potenziata dalla disponibilità di dati topografici ad alta risoluzione (LiDAR aereo e terrestre) Geomorfometria Necessità di indici morfometrici capaci di leggere oggettivamente la morfologia Analisi delle relazioni tra indici morfometrici ed osservazioni compiute sul campo

3 Area di studio: il bacino Superficie bacino: 5km 2 Quota: da 1763 a 2748 m, Quota media: 2200 m Pendenza media: 27 Precipitazioni medie annue 1100 mm Assenza di rilevanti strutture antropiche Geologia: Dolomia, litologie del gruppo di Wengen (conglomerati ad elementi vulcanici ed arenarie tufacee) e depositi quaternari (materiale morenico, detrito di falda, accumuli di frana, etc ) Vegetazione: prevalentemente erbacea, superficie boscata (abete rosso e larice) 7%

4 Area di studio: l alveo l del Rio Cordon Lunghezza 1650 m Quota da1765 a 2050 m slope (m/m) d is t a n c e ( m ) Diversi lavori sulla morfologia d alveo d del Rio Cordon (Billi et al., 1998; Lenzi et al., 1999; Lenzi,, 2001).

5 Area di studio: base dati Caratteristiche rilievo LiDAR Rilievo in assenza di neve (ottobre 2006) Rilievo da elicottero ALTM 3100 OPTECH Acquisizione ortofoto alta risoluzione (pixel 15 cm) Altezza1000 m Velocità di volo 80 nodi Angolo di scansione 20 Frequenza di campionamento 71 KHz. Densità di campionamento 5 punti/m 2 Bassa profondità dell acqua nelle pozze Filtraggio manuale dei punti su vegetazione

6 Trasformazione del sistema di coordinate Sistema di coordinate allineato alla direzione di deflusso Procedura: Individuazione del dominio di analisi considerando il piede delle sponde (terreno, ortofoto,, rilievo ombreggiato, pendenza, multiple flow, openness) Costruzione della centerline (smoothed) Trasformazione del sistema di coordinate

7 Trasformazione del sistema di coordinate Motivazioni: Tale sistema di coordinate si conforma alle caratteristiche del processo prevalente (ovvero lo scorrere dell acqua verso il basso) Vantaggi durante l interpolazione l (eventuali anisotropie del variogramma,, calcolo del trend, criteri di ricerca dei dati vicini) Vantaggi nel calcolo di indici morfometrici direzionali (pendenza, curvatura, variogramma, etc.) Emula il punto di vista dell esperto esperto che in campo ragiona in termini di sezioni trasversali e di profili longitudinali Interpretazione degli indici morfometrici in termini di serie temporali

8 Interpolazione Interpolazione: Block kriging ordinario (0.5 m) Raggio di ricerca lungo la direzione di deflusso 1 m (in modo da minimizzare effetto del trend) Variogramma medio per tutto il dominio Filtraggio del nugget Controllo dei risultati mediante mappe di STD e cross validation Calcolo del modello di trend mediante polinomi locali residuals (m) 3 Derivazione dei residui d is t a n c e ( m )

9 Calcolo indici morfometrici Indici morfometrici utilizzati: media, varianza, variogrammi direzionali, pendenza longitudinale, curvatura longitudinale e trasversale, etc γ ( h) = 1 2N( h) N ( h) α = 1 [ z( u α ) z( u α + h)] 2 Calcolo effettuato mediante finestre mobili (passo di calcolo 1 m) di due diverse ampiezze longitudinali (2 m e 10 m). La finestra più piccola permette di evidenziare caratteristiche morfologiche di dettaglio (ad esempio singoli step o singole pool) La finestra più grande viene utilizzata per descrivere le caratteristiche morfologiche medie di un tratto più ampio.

10 Calcolo indici morfometrici Gli indici calcolati sono rappresentabili in termini di serie temporali (valore dell indice vs distanza lungo la centerline) Quindi ampia disponibilità di strumenti per la loro analisi ed interpretazione (analisi spettrale, wavelets, ecc ) s $ r y s$sg1mrx s $ r y s$sg1mry - s$lg1mry s$sg1mry s$z s $ r y s $ r y

11 Riscontri sul terreno Controllo DTM Confronto indici/morfologie Tablet (gps, ortofoto, shade,, indici) Mappe cartacee

12 Conclusioni e sviluppi futuri Risultati principali Gli indici proposti si sono dimostrati efficaci nel descrivere le principali caratteristiche morfologiche Per il Rio Cordon risultano maggiormente rappresentativi gli indici morfologici longitudinali Molto utili per analisi preliminari, anche per aree vaste Possono individuare caratteristiche morfologiche peculiari che potrebbero passare inosservate in una visita di campo Corroborano e complementano le analisi sul campo Sviluppi futuri Applicazioni degli indici in altri contesti torrentizi o fluviali (LiDAR batimetrico) Utilizzo degli indici con dati ad altissima risoluzione (LiDAR terrestre)