Un GIS per la valutazione della vulnerabilità idrogeologica di un bacino della Regione Marche AUTORI Chiara Tagnani Dipartimento di Scienze della Vita e dell Ambiente, Università Politecnica delle Marche, Via Brecce Bianche, 60131 Ancona - ctagnani@yahoo.it Francesca Sini Regione Marche, Centro Funzionale per la Meteorologia, l Idrologia e la Sismologia, Via del Colle Ameno 5, 60126 Ancona francesca.sini@regione.marche.it Marco Pellegrini LIF srl, Via di Porto 159, 50018 Scandicci (FI) marcopellegrini75@yahoo.it Parole chiave: Vulnerabilità e rischio idrogeologico; indicatori di vulnerabilità antropica e territoriale; Protezione Civile ABSTRACT La valutazione della vulnerabilità è fondamentale per la comprensione ed una efficace riduzione del rischio idrogeologico. Al momento le modalità operative per l analisi della vulnerabilità sono ancora carenti. Obiettivo di questo lavoro è la valutazione della vulnerabilità idrogeologica nel bacino del fiume Musone nella Regione Marche. La metodologia proposta si basa sulla identificazione dei principali fattori di vulnerabilità antropica e territoriale, e sulla definizione di un insieme di indicatori per quantificare tali fattori. Le mappe di vulnerabilità sono state ottenute combinando gli indicatori, tramite opportuni pesi, su una griglia avente risoluzione 10 m e suddividendo il risultato in quattro classi di vulnerabilità. Le informazioni geografiche e statistiche utilizzate provengono dall Archivio Cartografico della Regione Marche, dal Geoportale Nazionale del Ministero dell Ambiente e dall Istat. Tali informazioni sono state elaborate tramite ArcGIS. I risultati mostrano come una parte significativa del bacino considerato raggiunga un livello di vulnerabilità medio-alto. Il metodo proposto è facilmente implementabile su qualsiasi bacino. 1. Introduzione Il rischio idrogeologico rappresenta un importante e diffuso problema in Italia. L alta densità di popolazione, l abbandono dei terreni montani, l abusivismo edilizio, il continuo disboscamento, l uso di tecniche agricole poco rispettose dell ambiente e la mancata manutenzione dei versanti e dei corsi d acqua hanno sicuramente aggravato il dissesto e messo ulteriormente in evidenza la fragilità del territorio italiano. L impatto di un evento alluvionale su un area densamente popolata o in cui siano presenti infrastrutture strategiche ha conseguenze spesso devastanti. Alla luce dei recenti e sempre più frequenti episodi di dissesto idrogeologico, la valutazione della vulnerabilità rappresenta una attività cruciale verso l individuazione delle condizioni di rischio e sull adozione di interventi per la sua riduzione. Le tecniche per la valutazione della vulnerabilità sono tuttavia spesso meno avanzate rispetto a quelle di pericolosità. Attività di pianificazione e gestione del rischio richiedono dunque strumenti e metodologie mirate a colmare tale mancanza.
L obiettivo di questo lavoro è presentare una metodologia di semplice applicazione basata sull identificazione dei principali fattori di vulnerabilità antropica e territoriale associati al rischio esondazione utilizzando strumenti GIS. Esso rappresenta una alternativa agli approcci basati sulle curve di livello/velocità-danno, dal momento che questi ultimi possono presentare considerevoli incertezze e non sempre sono disponibili misurazioni dirette di livello idrometrico e di portata.
2. Area di studio e dati utilizzati L area di studio analizzata per il presente lavoro è il bacino del fiume Musone, nella Regione Marche (mappa disponibile all indirizzo http://84.38.48.145/musone/watershed.jpg). Tale bacino copre un area di circa 650 km 2. Dorsali montuose e fasce collinari si alternano nella gran parte del territorio. La parte costiera del bacino è caratterizzata da aree densamente urbanizzate e dalla presenza di importanti infrastrutture civili ed industriali. I dati geografici utilizzati provengono dalle seguenti tre fonti istituzionali: Archivio Cartografico della Regione Marche (http://www.ambiente.marche.it/territorio.aspx); Geoportale Nazionale (PCN, http://www.pcn.minambiente.it); Istituto Nazionale di Statistica (ISTAT, http://www.istat.it). In particolare, gli strati informativi geografici utilizzati sono stati: mappa di uso del suolo (scala 1:10000); rete stradale (scala 1:10000); ortofoto (scala 1:10000); mappa geologica; confini comunali; Carta Tecnica Regione Marche, CTR (scala 1:10000); rete di monitoraggio meteo-idrologico della Regione Marche; dati di densità di popolazione ed edifici. 3. Metodologia Per la valutazione della vulnerabilità antropica e territoriale sono stati impiegati degli indicatori al fine di semplificare l analisi, l elaborazione e la gestione dei dati geografici [1]. L uso degli indicatori di vulnerabilità rappresenta un valido strumento di supporto alla decisione, facilitando la comparazione delle informazioni tra aree geografiche diverse. Una fase di pre-elaborazione è stata necessaria per classificare i dati spaziali utilizzati assegnando un peso alla tabella degli attributi dei vari strati informativi geografici (layers). Una griglia vettoriale avente risoluzione 10 m è stata utilizzata come base comune per analizzare le informazioni dei vari layers. Tale risoluzione è frutto di un compromesso tra complessità computazionale e livello di dettaglio delle informazioni spaziali. Gli indicatori sono stati poi pesati secondo la loro importanza relativa e successivamente suddivisi in 4 classi. Le classi ed i pesi assegnati ad ogni layer tengono conto delle peculiarità dell area considerata e delle informazioni territoriali disponibili. L indice di vulnerabilità è stato infine ottenuto sommando i vari indicatori ed assegnando al risultato una delle 4 classi. I software utilizzati nell ambito del presente lavoro sono stati ESRI ArcGIS 9.3 e Quantum GIS. I fattori presi in considerazione per la definizione dell indice di vulnerabilità antropica sono stati la densità della popolazione e degli edifici, oltre che l uso del suolo e la tipologia di strade presenti nell area di studio. Tale indice consiste di 3 indicatori: l indicatore umano (human system indicator, HSI), sociale (social system indicator, SSI) ed infrastrutturale (infrastructure system indicator, ISI). L indicatore HSI viene calcolato a partire dalla percentuale di individui sotto i 5 e sopra i 65 anni di età residenti a livello comunale. Questi valori sono stati poi normalizzati e moltiplicati per la densità di popolazione [2]. I risultati sono stati infine classificati in 4 categorie. L indicatore SSI si basa sulle mappe di uso del suolo di una data area. L area di studio è stata suddivisa in aree boschive, ad uso agricolo, aree industriali e residenziali [3]. L indicatore ISI include strade ed edifici. Il fattore che tiene conto delle strade (roads, R) è definito come il prodotto tra la lunghezza di una determinata strada ed un peso dipendente dalla tipologia della strada
stessa. Gli edifici (building, B) sono considerati tramite il rapporto tra numero di edifici in una data area e l area in chilometri quadrati. Data la loro peculiarità, le infrastrutture ospedaliere sono state considerate a parte assegnando ad esse il peso maggiore. Per quanto riguarda l indice di vulnerabilità territoriale, esso è stato definito considerando tre indicatori: la presenza sul territorio di sistemi di monitoraggio e salvaguardia ambientale (monitoring and prevention system indicator, MPSI), la morfologia (morphology indicator, MI) e la presenza di infrastrutture idrauliche significative (waterway infrastructure indicator, WII). MPSI si basa sul rapporto tra numero di stazioni di monitoraggio idro-meteorologico in tempo reale e/o gruppi ed associazioni di Volontariato di Protezione Civile e l area del Comune considerato. L indicatore MI tiene conto dei complessi idrogeologici principali presenti nel bacino del fiume Musone. Sono stati identificati i seguenti quattro tipi: complesso delle rocce calcaree, depositi fluviali dei corsi d acqua primari, complesso di rocce impermeabili e rocce sedimentarie. Ad ogni tipo è stato assegnato un peso [4]. L indicatore WII descrive l impatto sul territorio della diga di Castreccioni, la principale infrastruttura idraulica posta nella parte montana del fiume Musone, a circa 40 km a Sud Ovest di Ancona. La mappa delle aree inondabili nell ipotesi di collasso della diga è stata fornita dal Consorzio di Bonifica del Musone, Potenza, Chienti, Asola e Alto Nera (http://www.bonificamacerata.it/), ente gestore della diga. In base al D.L. 79/2004, alle aree inondabili è stato assegnato il peso massimo, mentre al resto del territorio è stato assegnato il peso minimo. In Tabella 1 sono riportati i pesi assegnati ai vari indicatori impiegati in questo lavoro per definire l indice di vulnerabilità associato al rischio idraulico del bacino del fiume Musone. Tabella 1 - pesi assegnati ad ogni indicatore per la definizione dell indice di vulnerabilità Indicatori di vulnerabilità antropica Territoriale HSI SSI R B MI Peso 28 57 Aree boschive Strade locali 0.7 26.3 Complesso rocce calcaree 0.25 58 98 Uso agricolo Provinciali 26.4 44.5 Rocce sedimentarie 0.5 99 200 Aree industriali Statali 44.6 54.2 Depositi fluviali 0.75 >200 Aree residenziali Autostrade 54.3 149.1 Rocce impermeabili 1 Le mappe di vulnerabilità antropica e territoriale ottenute mediante la metodologia proposta sono disponibili ai seguenti indirizzi: http://84.38.48.145/musone/vulnerabilitaantropica.jpg http://84.38.48.145/musone/vulnerabilitaterritoriale.jpg La distribuzione spaziale della vulnerabilità antropica evidenzia come in corrispondenza dei principali centri urbani lungo la costa e nelle località vicine alla diga di Castreccioni siano presenti alti livelli di vulnerabilità. Le zone industriali della valle del Musone, situate per lo più lungo il corso d acqua principale, raggiungono valori intermedi di vulnerabilità. Bassi valori di vulnerabilità sono stati riscontrati nella restante parte del territorio, ovvero le aree boschive ed a destinazione agricola che coprono la gran parte del bacino. Questo mette in luce la maggiore criticità del territorio considerato, cioè la presenza di importanti infrastrutture e centri abitati densamente popolati concentrati in aree di ridotte dimensioni. Per quanto riguarda la vulnerabilità territoriale, il bacino del Musone risulta caratterizzato da valori intermedi di vulnerabilità, ad esclusione delle aree inondabili nell ipotesi di collasso della diga di Castreccioni dove si raggiungono livelli medio-alti. I valori più alti di vulnerabilità sono stati riscontrati nella parte montana del bacino. Il 43% del territorio è stato classificato secondo i due livelli più alti di vulnerabilità, il livello medio in un altro 43% ed il livello più basso nel restante 14%. Gli alti livelli di vulnerabilità sono da attribuire all effetto combinato di basso MPSI e suolo di tipo impermeabile, quest ultimo presente in più della metà del territorio.
La mappa relativa all indice di vulnerabilità complessiva, ottenuta combinando i layers di vulnerabilità antropica e territoriale attraverso opportuni pesi, è mostrata in Figura 1. Figura 1 Indice di vulnerabilità associato al rischio idraulico, relativo al bacino del fiume Musone. La mappa mostra alti valori di vulnerabilità per le aree residenziali e nella parte montana a valle della diga di Castreccioni. Lo studio ha messo in luce come per questo tipo di analisi sia fondamentale raffinare l informazione sulle tipologie costruttive degli edifici (tipo di costruzione, livello di manutenzione e quote degli edifici), al fine di fornire una valutazione di vulnerabilità antropica più accurata. 4. Conclusioni L obiettivo del presente lavoro è stato lo sviluppo di una metodologia di facile applicazione per la valutazione della vulnerabilità associata al rischio idraulico nel bacino del fiume Musone. La metodologia descritta si è dimostrata efficiente nel discriminare differenti livelli di vulnerabilità, avendo a disposizione una base dati limitata. Una fase critica nell implementazione della metodologia è stata l identificazione degli indicatori di vulnerabilità e la loro rappresentazione in ambiente GIS. L attenzione è stata rivolta alla definizione dei fattori di vulnerabilità, distinguendo gli aspetti territoriali da quelli antropici. I pesi assegnati ai vari indicatori riflettono le criticità del territorio preso in esame. Le mappe prodotte sono state ottenute combinando opportunamente gli indicatori su una griglia comune a risoluzione 10 m. I risultati mostrano come il fattore antropico ed il fattore infrastrutturale siano gli indicatori più rilevanti nella definizione della vulnerabilità.
La vulnerabilità antropica risulta più alta nella zona costiera del bacino, ed in particolare nella valle dell Aspio, suo principale affluente. Recentemente, considerevoli danni economici e danni alle infrastrutture sono stati causati dall esondazione del torrente su queste aree. In generale tutto il territorio considerato raggiunge livelli di vulnerabilità non trascurabili. Le mappe prodotte possono offrire un efficace contributo in fase di pianificazione per la valutazione e la prevenzione del rischio a livello locale. Gli autori sono coscienti del fatto che la metodologia presentata non prende in considerazione tutti gli aspetti di esposizione e di vulnerabilità al rischio. Nonostante ciò, data la sua semplicità e facilità di implementazione, essa costituisce un utile strumento di pianificazione territoriale. Ulteriori sviluppi devono concentrarsi nella direzione di una analisi multi-rischio. Infatti, elementi sensibili come popolazione e infrastrutture sono vulnerabili in contemporanea a differenti tipi di rischio e devono essere quindi considerati come tali in fase di pianificazione. Ambito del lavoro Il presente lavoro è stato svolto nell ambito della Convenzione tra l Università Politecnica delle Marche, il Dipartimento per le Politiche Integrate di Sicurezza e per la Protezione Civile regionale ed il Dipartimento della Protezione Civile della Presidenza del Consiglio dei Ministri. Il lavoro è stato completato sull area campione nell anno accademico 2011-2012. Il metodo proposto è rivolto agli operatori di Protezione Civile come supporto alla pianificazione territoriale e nella gestione delle emergenze. Bibliografia 1. C. Di Mauro, S. Bouchon, A. Carpignano, E. Golia, e S. Peressin, Definition of Multi-Risk Maps at Regional Level as Management Tool: Experience Gained by Civil Protection Authorities of Piemonte Region, Università degli Studi di Pisa, 2006. 2. T6 Ecosystems Srl, Progetto di ricerca ARMONIA (Applied multi Risk Mapping of Natural Hazards for Impact Assessment), http://www.t-6.it/projects/armonia. 3. M. Bossard, J. Feranec e J. Otahel, Technical report No 40: CORINE land cover technical guide Addendum 2000, European Environment Agency (EEA), Copenhagen 2000, disponibile all indirizzo http://www.eea.europa.eu/publications/tech40add. 4. R.W. Romeo, P. Tiberi, M. Floris, M. Mari, M. Perugini, G. Pappafico e F. Veneri, Indagine dei rapporti esistenti tra uso del suolo e dissesto idrogeologico nella Regione Marche, Giornale di Geologia Applicata 4, pag. 253-256, 2006. Autore Chiara Tagnani Consegue la Laurea in Scienze Ambientali presso l Università di Urbino Carlo Bo nel 2010 e la Laurea Magistrale in Scienze Ambientali (indirizzo Sostenibilità Ambientale e Protezione Civile) presso l Università Politecnica delle Marche nel 2013. Co-autore Francesca Sini Consegue la Laurea quinquennale in Ingegneria per l Ambiente e il Territorio presso l Università di Roma La Sapienza nel 2001 ed il Dottorato di Ricerca in Metodi e Tecnologie per il Monitoraggio Ambientale presso l Università della Basilicata nel 2006. Dal 2006 Funzionario tecnico presso Regione Marche, Dipartimento per le Politiche Integrate di Sicurezza e per la Protezione Civile. Dal 2009 è inoltre Professore a contratto di Strumenti GIS nella Protezione Ambientale e Civile, corso di Laurea Magistrale in Sostenibilità Ambientale e Protezione Civile, Facoltà di Scienze, Università Politecnica delle Marche. Co-autore Marco Pellegrini
Consegue la Laurea quinquennale in Ingegneria delle Telecomunicazioni presso l Università di Firenze nel 2001 ed il Dottorato di Ricerca in Metodi e Tecnologie per il Monitoraggio Ambientale presso l Università della Basilicata nel 2006. Dal 2007 ingegnere delle telecomunicazioni presso LIF srl. Dal 2010 è inoltre Coadiutore didattico per i corsi di Fisica presso la Facoltà di Agraria, e per i corsi di Reti di telecomunicazione e Reti e sistemi multimediali presso la Facoltà di Ingegneria, Università Politecnica delle Marche.