Relazione tecnica relativa ai risultati della Carta geomorfologica (Province Arezzo e Massa Carrara) Nell ambito delle attività conseguenti alla realizzazione del Continuum geologico, su finanziamenti dell assessorato all ambiente e energia ella Regione Toscana (Settore Prevenzione del Rischio Idraulico e Idrogelogico) è stata realizzata la Carta Geomorfologica della Toscana relativamente ad una porzione rappresentativa di un significativo contesto territoriale. La presente relazione si riferisce alle elaborazioni effettuate nelle Province di Arezzo e Massa Carrara che costituiscono una implementazione del Continuum Territoriale Geologico finalizzata all archiviazione di dati geomorfologici in una banca dati geografica ed alla produzione della relativa cartografia alla scala 1:10.000. Nell ambito della organizzazione del lavoro è stata dapprima elaborata una Legenda Geomorfologica che recepisce gli elementi desunti dai documenti di riferimento che sono consistiti nelle cartografie geomorfologiche allegate ai Piani Strutturali comunali e nelle carte e banche dati prodotte a livello regionale nel corso di precedenti progetti (VEL, SCAI, AVI) nonché nei dati reperiti presso le Autorità di Bacino (AdB). Proprio questi ultimi hanno costituito una base di partenza fondamentale e di questi la cartografia geomorfologica della Toscana recepisce i contenuti, adeguando le geometrie degli elementi franosi ed arricchendone il valore informativo attraverso specifiche analisi geomorfologiche. I dati delle AdB (recepiti a livello nazionale dal Progetto IFFI) contengono infatti informazioni finalizzate alla pianificazione territoriale e non mirano ad una vera classificazione dei morfemi secondo le specifiche riportate nel Quaderno del Servizio Geologico Nazionale, serie III, volume 4 Carta Geomorfologica d Italia-Guida al rilevamento che rappresenta ad oggi un riferimento nazionale per la realizzazione di cartografia geomorfologica. Nello specifico, per ogni area in frana rappresentata sul documento AdB, è stata realizzata la suddivisione nelle diverse zone di pertinenza dei processi erosivi (area di distacco) e di accumulo (corpo di frana) e si è operata la separazione delle stesse aree sulla base dei singoli fenomeni franosi individuati, per ciascuno dei quali è stata fornita la direzione di scorrimento. Tutto questo è stato fatto senza modificare il perimetro esterno del poligono proveniente dagli archivi AdB, rispetto al quale l insieme corpo di frana+area di distacco risulta geometricamente coerente. Si è quindi passati da un informazione di tipo esclusivamente areale, ad un informazione assai
più ricca, dove il criterio di rappresentazione non è solo geometrico, ma anche morfogenetico e morfoevolutivo. Il risultato finale consiste in una banca dati geomorfologica (BD_Geom) che, all interno dei bacini idrografici dei fiumi Arno e Serchio e relativamente al tematismo frane, è coerente in termini geometrici con i dati e le informazioni forniti dalle relative Autorità di Bacino, ma adegua le informazioni alla Legenda Geomorfologica individuando per ogni area in frana un orlo di scarpata, un area di distacco ed un area di accumulo con indicazione della direzione di scorrimento, inquadrando ogni fenomeno franoso nell ambito della dinamica del versante sul quale si sviluppa. In Figura 1 è rappresentata una porzione di territorio toscano entro la Provincia di Arezzo dove si vedono rappresentate le aree in frana derivate dalle informazioni AdB, suddivise in singole frane di cui si riporta l informazione orlo di scarpata, area di distacco e area di accumulo con indicazione della direzione di scorrimento. Perimetro di area in frana secondo le specifiche AdB-IFFI Orlo di scarpata Frane NO AdB Area di distacco Area di accumulo Direzione di movimento Figura 1 - Esempio di carta geomorfologica di una porzione di territorio all interno della Provincia di Arezzo: il prodotto dell elaborazione effettuata dai tecnici del CGT consiste nell individuazione, all interno delle aree in frana censita da AdB Arno/IFFI, dell area di distacco e dell area di accumulo con indicazione della direzione di movimento della frana e nella individuazione dei singoli fenomeni franosi all interno delle suddette aree. Il poligono mantiene la coerenza geometrica con il dato AdB ma fornisce molte più informazioni circa la dinamica del fenomeno e le morfologie connesse. È inoltre indicato l orlo della scarpata di frana come elemento geomorfologico lineare. Le forme associate ai fenomeni franosi sono classificate sulla base dello stato di attività e del tipo di movimento per cui la legenda appare fortemente arricchita nelle informazioni disponibili differenziando gli orli di scarpata di frana tra crolli, colamenti, scorrimenti e tipologie complesse/composite nonché tra forme attive/in evoluzione, senza segni di attività, antiche e senza indicazione sullo stato di attività. Tali informazioni trovano corrispondenza con le caratteristiche del corpo di accumulo cui fanno riferimento. Un elemento di rilevante importanza è infatti costituito dal legame biunivoco che è stabilito tra forme di denudazione e forme di accumulo per ogni fenomeno franoso per cui ad un corpo di frana corrisponde una ed una sola area di distacco ed uno ed un solo orlo di scarpata, secondo un legame genetico stabilito attraverso il codice numerico identificativo BD_franeID, unico per ogni entità, che si compone 2
dal codice istat del comune entro cui ricade il centroide del corpo di accumulo, cui segue un numero progressivo. Ogni corpo di frana e morfemi associati hanno lo stesso codice BD_franeID e non esistono due frane con lo stesso codice. È un progresso importante nella catalogazione delle frane e delle forme associate finalizzata alla pianificazione del territorio, che consentirà di riferirsi ad ogni fenomeno franoso attraverso un codice da cui è possibile risalire alla fonte da cui la frana è stata desunta e la coerenza con le cartografie geomorfologiche allegate ai Piani Strutturali. Con un archivio così strutturato saranno fortemente agevolate le analisi dei dissesti che potranno essere mirate sulla base delle caratteristiche cinematiche degli stessi andando ad analizzare le condizioni predisponenti delle diverse tipologie di frana. Ulteriori informazioni geomorfologiche sono derivate dall analisi della documentazione relativa alla Carta Geologica della Toscana a scala 1:10.000 (Continuum Territoriale Geologico della Regione Toscana) ed ai Piani Strutturali Comunali dei quali la BD_Geom recepisce le informazioni adeguandole alle specifiche della propria legenda. Nella BD_Geom sono pertanto immagazzinate tutte le informazioni geomorfologiche conosciute attraverso i diversi strumenti di pianificazione territoriale, con specifici campi di informazione relativi all origine del dato. È pertanto possibile, con opportune interrogazioni, conoscere la provenienza delle forme, processi e depositi rappresentati in termini di indicazione sull origine del dato e coerenza geometrica con la rappresentazione restituita. A tale riguardo, e sempre in riferimento ai fenomeni franosi, i dati AdB sono stati arricchiti con le informazioni recepite dai Piani Strutturali e dai rilevamenti per la Carta Geologica della Toscana a scala 1:10.000 e successive integrazioni, implementando un archivio frane che, solo per la provincia di Arezzo, riporta 10.611 occorrenze di cui 3.199 derivate dagli archivi Adb, 792 IFFI e 5.665 da altre fonti (Piani Strutturali comunali, Carta Geologica della Toscana ecc.). Nella provincia di Massa Carrara sono archiviate 10.580 frane di cui 29 derivate dagli archivi Adb, 2177 dall inventario IFFI, e le restanti da altre fonti. All interno della BD_Geom, oltre alle caratteristiche superficiali del territorio descritte da elementi lineari ed areali ed alle dinamiche morfo-evolutive dei versanti, sono rappresentate le formazioni geologiche del substrato presenti nel Continuum Territoriale Geologico della Regione Toscana attraverso la riclassificazione in unità litologiche che ne rappresentano le caratteristiche sulla base delle proprietà litologiche/litotecniche e delle diverse morfologie ad esse associate. Le 17 Unità Litologiche (UL) rispondono alle caratteristiche di resistenza fisica e competenza (distinzione tra rocce litoidi e rocce deboli), proprietà chimiche di solubilità più o meno marcata (rocce calcaree, rocce calcareo-marnose, rocce evaporitiche, anidritiche o gessose), proprietà strutturali legate alla presenza di uno o più litotipi (rocce costituite da alternanze di litotipi diversi) o di superfici di discontinuità di altra origine (rocce metamorfiche scistose). La Legenda Geomorfologica restituisce una descrizione accurata delle classi individuate e le proprietà del substrato risultano chiaramente legate alle morfologie osservabili in carta, al tipo ed intensità dei fenomeni franosi, all abbondanza delle coperture di versante, all acclività media dei versanti, alla densità di drenaggio ed alla presenza o meno di processi carsici o pseudocarsici. La BD_Geom costituisce pertanto un contenitore di grande valore conoscitivo territoriale e, per la quantità di dati che riporta, un esempio pressoché unico in termini di estensione e dettaglio. Sono censite circa 1900 frane di limitate estensioni ed in quanto tali catalogate come elementi puntuali (BD_Geom_FranaNoCart) di cui oltre 1.400 nella Provincia di Arezzo e circa 500 nella Provincia di Massa Carrara. Le frane cartografate come poligoni (BD_Geom_Frane) sono 21.191 per ciascuna delle 3
quali sono riportati, come detto, l orlo della scarpata, l area di distacco e la zona di accumulo con indicazione dello stato di attività di tutti gli elementi elencati e la direzione di movimento. Sono presenti elementi di rilevante interesse per lo studio dei dissesti e dell erosione dei suoli quali i soliflussi, le porzioni di versante interessate da franosità diffuse, i solchi erosivi prodotti dal ruscellamento idrico superficiale concentrato, le scarpate di erosione ecc. I dati resi disponibili dal lavoro di informatizzazione ed implementazione della banca dati permettono di analizzare dati territoriali di varia natura. Il caso delle frane permette di effettuare semplici ma significative statistiche sulla distribuzione dei fenomeni nei diversi comuni in funzione di varie caratteristiche delle frane stesse. Si riportano di seguito alcune elaborazioni di immediata ripetibilità. In Figura 2 è rappresentato, per i 39 comuni della provincia di Arezzo, l Indice di Franosità (IF=area in frana/area totale comune) calcolato utilizzando l area in frana totale (istogramma blu) e l area in frana attiva (istogramma rosso) rispetto all estensione dei singoli comun i. È possibile valutare il rapporto percentuale tra l area in frana attiva e l area in frana totale (Figura 3) scoprendo forti differenze nella distribuzione sia della franosità totale, sia delle frane attive che costituiscono, nel comune di Chiusi della Verna, oltre il 41% dell area in frana. Le stesse statistiche possono essere basate sul numero di frane anziché sull estensione areale (Figg. 4, 5) ed il confronto delle due statistiche permette di estrapolare dati sul tipo di franosità dell area indagata, rivelando come il comune di Pian di Scò sia quello che presenta la maggior frequenza di frane sul proprio territorio ed oltre la metà di queste (51,6%) risultano attive. Le stesse elaborazioni, per la provincia di Massa Carrara, sono riprtare nelle Figg. 6, 7, 8, 9. La rappresentazione cartografica dei dati sulla franosità sommariamente esposti nelle Figg. 2,, 9 mostra le distribuzioni spaziali di Figg. 10, 11, 12 e 13. 4
Figura 2 - IF Provincia di Arezzo. In blu IF totale, in rosso IF frane attive. 5
Figura 3 - % area in frana attiva rispetto all area in frana totale, Provincia di Arezzo. 6
Figura 4 - Frequenza delle frane in Provincia di Arezzo. In blu frequenza totale, in rosso frequenza frane attive. 7
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Figura 6 - IF Provincia di Massa Carrara. In blu IF totale, in rosso IF frane attive. 9
Figura 7 - % area in frana attiva rispetto all area in frana totale, Provincia di Massa Carrara. 10
Figura 8 - Frequenza delle frane in Provincia di Massa Carrara. In blu frequenza totale, in rosso frequenza frane attive. 11
Figura 9 - Frequenza delle frane attive rispetto al totale numero di frane in provincia di Massa Carrara. 12
Figura 10 - Distribuzione della franosità totale. 13
Figura 11 - Distribuzione della franosità con stato di attività in evoluzione. 14
Figura 12 - Distribuzione della franosità calcolata sul numero totale di frane per comune. 15
Figura 13 - Distribuzione della franosità calcolata sul numero di frane attive per comune. 16
Attraverso elaborazioni morfometriche realizzate con l utilizzo di un Modello Digitale del Terreno basato su celle 10x10 e della banca dati geologica regionale (Continuum Territoriale Geologico Regione Toscana) è stato possibile individuare le porzioni di versante caratterizzate da un assetto della stratificazione a franapoggio. Tale elaborazione ha richiesto l applicazione di un modello assai elaborato (ideato e sperimentato in collaborazione tra i tecnici del Laboratorio di Geomorfologia applicata del Centro di GeoTecnologie ed il personale LaMMA) che valutasse l esposizione dei versanti e l immersione delle misure di stratificazione e che in seguito estraesse quelle aree dove la differenza dei due valori è al di sotto di una certa soglia. Tale valore limite per l individuazione dei versanti con assetto a franapoggio è indicata in bibliografia su base euristica da diversi autori secondo valori soggettivi. In questo lavoro si è suddiviso l angolo di 360 in 8 porzioni di 45 secondo lo schema di Figura 14. Figura 14 - Assetto del versante classificato sulla base della differenza (espressa in gradi sessadecimali) tra esposizione del versante e immersione della stratificazione come riportata dai dati di giacitura del Continuum Territoriale Geologico della Regione Toscana. Di tutti i diversi tipi di assetto individuati è stato estratto soltanto quello a franapoggio, per evidenti ragioni di rappresentabilità e perché è quello di maggior interesse per la stabilità del pendio. È stata infine valutata l inclinazione del versante e delle giaciture estraendo quei casi in cui la stratificazione è meno inclinata del pendio e genera le condizioni di maggior suscettibilità al dissesto nonché le condizioni di interesse per l individuazione delle zone a maggior pericolosità sismica locale (ZMPSL) ai sensi del DPGR26/2007. Laddove l inclinazione del versante e quella della stratificazione risulta essere uguale entro un range di approssimazione di 3 è stata cartografata una superficie strutturale o substrutturale (Fig.15). 17
Figura 15 - Esempio del risultato ottenuto attraverso operazioni di analisi morfometrica per l'individuazione di versanti con assetto a franapoggio meno inclinato del pendio (colore marrone, codice in banca dati 5223) e di superfici strutturali o sub strutturali (colore verde, codice in banca dati 5222). L esempio si riferisce ad una porzione dei comuni di Castelfranco di Sopra, Pian di Scò, Loro Ciuffenna in provincia di Arezzo. Tali applicazioni rappresentano un esempio significativo delle possibilità di interrogazione incrociata delle diverse banche dati geografiche e del modello digitale del terreno finalizzate alla determinazione di specifici parametri, in questo caso di interesse per la stabilità dei versanti e per la cartografia della pericolosità sismica locale. È un applicazione di efficacia notevole che non è mai stata eseguita in contesti territoriali così ampi come quello provinciale. Si vuole evidenziare che, per le frane di scorrimento traslativo di grandi dimensioni, il parametro assetto del versante, valutato attraverso procedure di analisi probabilistica, è risultato essere quello di maggior importanza come fattore della franosità, restituendo valori di certezza (Certain Factor, Shortliffe & Buchanan, 1975 1 ; Heckerman, 1986 2 ) estremamente elevati nelle sperimentazioni condotte in alcune aree tipo. Inoltre la presenza delle aree di distacco (CODICE 1033 BD_Geom_FormaAreale, tipologia 1 Shortliffe E.H. & Buchanan G.G. (1975) A model of inexact reasoning in medicine. Mathematical Biosciences, 23: 351-379. 2 Heckerman P. (1986) - Probabilistic interpretation of MYCIN's certainty factors. In Kanal L.N. and Lemmer J.F. eds., Uncertainty in artificial intelligence. New York, Elsevier, 298-311. 18
Poligoni) per ogni fenomeno franoso censito permette di valutare le condizioni geologiche e morfologiche che hanno portato alla rottura del versante e di condurre le analisi di suscettibilità utilizzando i parametri delle aree in condizioni limite dello stato di equilibrio fisico. È un progresso importante nello studio della franosità e nella ricerca dei fattori predisponenti e di innesco, per una previsione del fenomeno basata su numerosi fattori e finalizzata alla mitigazione del rischio. La BD_Geom rappresenta la naturale evoluzione ed un importante progresso del contenuto conoscitivo del Continuum Territoriale Geologico della Regione Toscana, in particolare è l inizio del percorso che porta, dalla produzione di cartografie con valore essenzialmente informativo, alla realizzazione di strumenti operativi per la gestione del rischio e la pianificazione del territorio. La BD_Geom fornisce infatti gli elementi per le elaborazioni e le procedure analitiche di valutazione delle condizioni di suscettibilità da frana e di pericolosità sismica locale, ad una scala di dettaglio e per un estensione territoriale mai prima disponibile, con caratteristiche di omogeneità di legenda e possibilità di interrogazione pressoché illimitate. La ricchezza dei dati e la quantità enorme di informazioni territoriali archiviate nel presente progetto costituiscono un patrimonio da valorizzare e soprattutto da completare per le rimanenti province toscane, allo scopo di costruire un grande archivio regionale di dati geomorfologici che raccontino con inedito dettaglio la storia evolutiva del paesaggio toscano attraverso le dinamiche attuali e del passato, ma soprattutto permettano un nuovo approccio alla conoscenza ed alla valutazione del rischio geomorfologico, per una pianificazione territoriale efficace e sostenibile. 19