Quantificazione del rischio da invasione da flussi detritici tramite modelli numerici

Università della Calabria - CNR-ICAR

Risultato della ricerca:

I risultati della ricerca riguardano una metodologia per la quantificazione della suscettibilità da invasione da flusso tramite un approccio multidisciplinare basato sull’applicazione, in ambiente di Calcolo Parallelo, di un modello numerico evoluto ad Automi Cellulari e sulla definizione di una tecnica di analisi innovativa nel contesto della valutazione del rischio idro-geologico.

L’unità di ricerca ha sviluppato diversi simulatori numerici basati sul paradigma computazionale degli Automi Cellulari, già applicati alla simulazione di eventi franosi di tipo fluidodinamico. I modelli sono arricchiti per adattarsi alle peculiarità dei fenomeni che caratterizzano le aree di studio e, in riferimento ad eventi franosi, alla gestione dei processi legati all’erosione del suolo e alla dissipazione dell’energia. I modelli risultanti sono affidabili, numericamente stabili, e consentono l’impiego di dati topografici digitali ad alta risoluzione e sono caratterizzati da elevata efficienza computazionale.A seguito di opportune fasi di calibrazione con Algoritmi Genetici e di validazione, i modelli permettono la simulazione dinamica degli eventi considerati in questo studio con un elevato livello di affidabilità.

La metodologia adottata risulta dall’adattamento di una metodologia sviluppata e già applicata con successo alla definizione della suscettibilità da invasione da flussi lavici nell’area Etnea. In breve, essa si basa sulla simulazione numerica di un elevato numero di colate detritiche, il cui insieme costituisce un campione rappresentativo di tutte le tipologie di eventi caratterizzanti l’area di studio. Un’analisi preliminare e l’elaborazione di dati raccolti in campagna sono, pertanto, propedeutici alla fase di simulazione, così come la definizione di una griglia di sorgenti d’innesco per le differenti tipologie di frane da simulare.

In relazione alle classi di eventi individuate e al numero di sorgenti considerate, saranno eseguite (su calcolatori paralleli – per ridurre i tempi d’esecuzione) le simulazioni, a ognuna delle quali dovrà essere assegnata una probabilità di accadimento. I dati risultanti possono quindi inseriti in un sistema di elaborazioni dati geografici per permettere la produzione della mappa di suscettibilità valutando, per ogni punto dell’area di studio, la sommatoria delle probabilità associate alle colate simulate che hanno colpito quel punto. Ne risulterà una mappa estremamente dettagliata (il dettaglio sarà equivalente a quello della topografia digitale utilizzata) che quantificherà probabilisticamente la propensione di ogni punto dell’area di studio a essere colpita da eventi futuri.

Riferimento a finanziamenti precedenti:

  1. MIUR PON “RICERCA E COMPETITIVITÀ” 2007-2013 n. 01_01503: Landslides Early Warning – Sistemi integrati per il monitoraggio, l’early warning e la mitigazione del rischio idrogeologico lungo le grandi vie di comunicazione
  2. Progetto INGV – Etna 2008-2010 – Finanziato dal Dipartimento della Protezione Civile.
  3. Progetto INGV V3/6 – Etna 2005-2007 – Finanziato dal Dipartimento della Protezione Civile.
  4. PRIN 2006 – Integrazione di tecniche innovative di esplorazione geologica e geofisica a terra e a mare per lo studio dei processi di instabilità gravitativa costiera.
  5. FIRB (Fondo per gli Investimenti della Ricerca di Base) – Simulazione dei flussi lavici con gli automi cellulari.
  6. Progetto “Sviluppo di una Modellistica Sperimentale Spazio – Temporale dei Processi Evolutivi dell’Ambiente e del Territorio per la Mitigazione dei Rischi” – Finanziato dalla Regione Campania

Innovatività rispetto a soluzioni già esistenti:

L’utilizzo di metodologie numeriche per modellare colate di detriti e laviche per la definizione di mappe di suscettibilità da invasione da flusso quantitative con la possibilità di fornire servizi legati alla simulazione dei fenomeni sopra citati per la previsione dei loro effetti e alla valutazione dell’efficacia di opere di mitigazione del rischio è da considerarsi una reale innovazione.

La metodologia consiste di due fasi:

La Calibratura

Consiste nella determinazione dei valori dei parametri per ottenere i migliori risultati possibili confrontando le simulazioni con eventi reali già verificatisi nell’area. Saranno utilizzati gli Algoritmi Genetici, già ampiamente adoperati in passato per la calibratura di modelli con risultati più che soddisfacenti. Una procedura di ottimizzazione automatica esplorerà lo spazio delle soluzioni alla ricerca del risultato ottimale nei limiti di intervalli prefissati di variazione per i parametri del modello.

Mappe di rischio

Il gruppo di ricerca ha sviluppato una metodologia per la definizione di mappe di rischio, applicata alla definizione della suscettibilità da invasione lavica adottata come riferimento nel progetto di ricerca nazionale “INGV-ETNA (2007-2010): Definizione di carte di suscettività da invasione di lava per il monte ETNA”, finanziato dal Dipartimento della Protezione Civile. Gli obiettivi del progetto hanno previsto la definizione di un protocollo per la definizione automatizzata di mappe di suscettività da invasione lavica per l’area Etnea. La metodologia, basata su un massiccio utilizzo del modello di simulazione (migliaia di simulazioni), permette la produzione di dettagliate mappe di rischio nelle quali viene espressa quantitativamente la probabilità per ogni punto nell’area di studio di essere coinvolta in fenomeni futuri. L’estensione di tale metodologia a fenomeni idro-geologici, in cui verrà utilizzato il modello di simulazione SCIDDICA, sarà alla base della collaborazione proposta.

Titoli di proprietà intellettuale:

I risultati della ricerca non sono ancora oggetto di titoli di proprietà industriale.

Principali applicazioni e mercato di riferimento:

La naturale applicazione riguarda servizi avanzati per la valutazione e la mitigazione del rischio dovuto a fenomeni naturali potenzialmente dannosi all’ambiente, all’uomo e le sue attività economiche e sociali. I prodotti software, attualmente in versione prototipale e utilizzati in ambito di ricerca, sono già noti alla Comunità Scientifica e sono stati utilizzati per la simulazione di fenomeni di dissesto idrogeologico e vulcanico, anche in contesti operativi di Protezione Civile a livello nazionale. Infatti, i proponenti hanno sviluppato una metodologia per la definizione di mappe di rischio, applicata alla determinazione della suscettibilità da invasione lavica del Monte Etna. Il suo carattere innovativo, il dettaglio, la qualità e l’affidabilità dei risultati ottenuti hanno fatto sì che la stessa sia stata adottata come metodologia di riferimento in un progetto di ricerca finanziato dal Dipartimento della Protezione Civile che ha riguardato la definizione di un protocollo operativo per la generazione automatizzata di mappe di suscettività da invasione lavica e la sua applicazione all’intera area Etnea.

Il mercato dei servizi per l’ambiente non offre attualmente un tipo di servizio simile che, tuttavia, potrebbe avere importantissime ricadute sia in termini di Pianificazione Territoriale che di Mitigazione del Rischio Ambientale. Infatti, basti pensare che gran parte dell’Italia è, infatti, costantemente esposta a fenomeni di dissesto idrogeologico (come frane e flussi di detrito/fango), la cui previsione e mitigazione potrebbe apportare enormi e generalizzati benefici favorendo, al contempo, lo sviluppo del tessuto economico-imprenditoriale del territorio.

Il mercato dei servizi per l’ambiente è notoriamente esteso a livello globale, ma è particolarmente sviluppato nei paesi maggiormente industrializzati nei quali si sente con più forza l’esigenza di salvaguardare l’incolumità della popolazione e, al contempo, di garantire una continuità di business per le imprese che operano sul territorio.

Il mercato ambientale, in controtendenza rispetto al trend generale, vede peraltro un incremento della richiesta e della spesa, in particolar modo nel settore specifico dei servizi.  VI è da notare che le principali richieste di prodotti e servizi in campo ambientale provengono dai diversi soggetti, di grande peso nei settori sia pubblico, sia privato quali il Dipartimento della Protezione Civile, le Amministrazioni pubbliche (Regioni, Province e Comuni), le Infrastrutture e Trasporti (ANAS, RFI), gli Enti di ricerca (CNR, INGV) e Università.

Esigenze per l’ulteriore sviluppo – Industrializzazione:

I software, in versione prototipale, già noti alla Comunità Scientifica, sono stati utilizzati per la simulazione di fenomeni di dissesto idrogeologico e vulcanico, anche in contesti operativi di Protezione Civile a livello nazionale. Questi prodotti si differenziano dall’attuale offerta di mercato per l’approccio specialistico, in contrapposizione all’approccio di tipo general-purpose che accomuna i maggiori competitor che risultano complessi e poco efficienti dal punto di vista computazionale.

I modelli sviluppati sono caratterizzati da:

• Efficienza computazionale. I modelli sono basati sul paradigma computazionale degli Automi Cellulari, meno oneroso della maggior parte dei metodi numerici adottati per la risoluzione di modelli classici basati su sistemi di equazioni differenziali.

• Affidabilità dei risultati. SCIDDICA e SCIARA sono il frutto di un lungo lavoro di ricerca che ha visto un costante perfezionamento della qualità dei codici di simulazione. Questo è comprovato dai risultati ottenuti nella simulazione di svariati casi reali nel mondo e da numerose pubblicazioni.

Al fine della fruibilità del software da parte degli utenti, sarà necessario semplificarne l’utilizzo. I software dovranno essere ingegnerizzati, re-implementando sia i modelli computazionali sia l’interfaccia grafica.

Codice:

0090

Area di Innovazione:

Ambiente e Rischi Naturali