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Italian Journal of Engineering Geology and Environment, Special Issue 1 (2011)
© Casa Editrice Università La Sapienza
www.ijege.uniroma1.it
DOI: 10.4408/IJEGE.2011-01.S-01
E
NRICA
CAPORALI,
T
IZIANA
PILEGGI & G
IORGIO
FEDERICI
Università degli Studi di Firenze, Dipartimento di Ingegneria Civile e Ambientale
Via S. Marta, 3 - 50139 Firenze, Italy - Email: enrica.caporali@unifi .it
INTEGRAZIONE DELLA MODELLAZIONE DEGLI EVENTI ESTREMI CON I DATI STORICI
E LA PERCEZIONE DEL RISCHIO DELLE CALAMITÀ NATURALI
INTEGRATING EXTREME EVENTS MODELING WITH DIACHRONIC DATA
AND RISK PERCEPTION OF NATURAL HAZARDS
RIASSUNTO
I fenomeni coinvolti in eventi alluvionali estremi sono complessi
e la loro previsione è fortemente infl uenzata da un certo grado di in-
certezza, che rende la comunicazione degli stati di allarme molto dif-
fi cile da realizzare. La promozione della percezione dei rischi naturali
e il miglioramento della comunicazione degli allarmi, volti a ridurre
le perdite di vite umane, diventa dunque quanto mai auspicabile.
In questo lavoro viene esaminato il disastroso evento alluvionale
che si è verifi cato il 19 giugno 1996 nei bacini idrografi ci delle Alpi
Apuane in Italia centrale. L’evento è stato eccezionale, gli impatti
sulla popolazione drammatici, catastrofi ci sono stati gli effetti sugli
edifi ci e sulle infrastrutture.
Facendo riferimento all’evento, è stato progettato e sviluppato un
geodatabase che integra i dati diacronici con i risultati dei modelli
idrologici e sedimentologici. L’obiettivo è quello di fornire un aiuto
prezioso alla previsione delle inondazioni improvvise, alla valutazio-
ne del rischio e agli interventi di mitigazione.
E’ stato inoltre effettuato un primo tentativo, di combinare tutte
le informazioni disponibili sull’evento e sulla storia delle alluvioni in
Versilia, con l’esposizione sociale al rischio di alluvione improvvisa.
L’obiettivo è quello di indagare le circostanze di tipo idrometeorolo-
gico dettagliate che portano a perdite accidentali e meglio compren-
dere i fattori fi sici predominanti di rischio.
L’importanza della promozione della percezione del rischio idro-
geologico è stata infi ne evidenziata in occasione di una specifi ca
esperienza formativa realizzata a seguito dell’evento.
P
AROLE
CHIAVE
: eventi idrometeorologici estremi, modellazione idrologica e
sedimentologica distribuita, dati diacronici, esposizione della collettività agli
stati di rischio, percezione del rischio.
INTRODUZIONE
L’attivazione di eventi alluvionali estremi è causatiadal verifi carsi
contemporaneo di condizioni critiche delle componenti meteorologi-
che, idrologiche e geologiche. La capacità di modellare eventi passati
conduce pertanto ad una migliore valutazione del rischio idrogeolo-
gico e delle possibili misure e strategie di mitigazione (N
EPPEL
et alii,
2006). Inoltre, i dati di alluvioni passate possono essere considerati
come un indice preliminare per la valutazione delle zone vulnerabili
e allo stesso tempo utili elementi di validazione dei modelli fi sici.
ABSTRACT
The phenomena involved in extreme fl ood events are complex
and their prediction is affected by a given degree of uncertainty, that
makes the warning communication very diffi cult to achieve. The
promotion of the natural hazards perception and the improvement in
warning communication, aimed at human life losses reduction, there-
fore, became extremely desirable.
This work analyzes the disastrous fl ash-fl ood occurred on 19 June
1996 in the mountain river basins of the Apuanian Alps in Central
Italy. The event was exceptional, the impacts on the population were
dramatic, the effects on building and infrastructures were catastrophic.
With reference to the event, a geodatabase integrating diachronic
data with the results of hydrological and sedimentological modeling,
has been implemented. The purpose is to provide valuable aid to
fl ash-fl oods prediction, risk assessment and mitigation activities.
The attempt, to combine all the information available on the event
and on the history of fl oods of Versilia region together with human
exposure to fl ash-fl ood risk, has also been explored. The aim is to in-
vestigate the detailed hydrometeorological circumstances that lead to
accidental casualties and to better understand the predominant physi-
cal factors of risk.
The importance of the promotion of the hydrogeological risk
perception was also highlighted during a specifi c training experience
carried out after the event.
K
EY
WORDS
: extreme idrometeorological events, distributed hydrological and
sedimentological modeling, diachronic data, human exposure to risk, risk per-
ception.
INTRODUCTION
The triggering mechanisms of extreme fl ood events are caused
by the contemporaneous critical situation of meteorological, hydro-
logical and geological components. The capacity to model past events
leads, therefore, to a better evaluation of hydrogeological risk and of
the possible mitigation measures and strategies (N
EPPEL
et alii, 2006).
Furthermore, the data of past fl oods can be considered as a prelimi-
nary index for the vulnerable areas assessment and at the same time
suitable elements of validation for physical models.
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INTEGRAZIONE DELLA MODELLAZIONE DEGLI EVENTI ESTREMI CON I DATI STORICI E
LA PERCEZIONE DEL RISCHIO DELLE CALAMITÀ NATURALI
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E. CAPORALI, T. PILEGGI & G. FEDERICI
The statements above are particularly evident when the events
have short lead times and high levels of uncertainty or low predict-
ability, as the fl ash fl ood event, occurred on the Apunian Alps, in Cen-
tral Italy, on 19 June 1996, analyzed and discussed here (B
URLANDO
&
R
OSSO
, 1998; G
OZZINI
et alii, 1998; M
ANCINI
, 1998).
The monitoring of these events is in fact very often problematic,
due to the size of the phenomena and to the lack or failure of appro-
priate real-time monitoring networks (B
ECCHI
et alii, 1999; C
APORALI
,
2001). Furthermore the forecasting potentiality is implicitly limited
either by the fast hydrologic response of the catchment area and the
uncertainty in the description of the dynamic and spatial variability of
rainfall fi elds and the hydrological soil hydrological properties. The
scale dimension of the basin becomes in fact very often comparable
to that of clusters of rain cells forming during the storms and the
hydrological response is strongly dependent on the soil local char-
acteristics.
The relevance of physically based reconstruction of past events
is therefore recognized and the increasing knowledge of the complex
hydrological and sedimentological processes has stressed the neces-
sity to analyze the phenomena at quite fi ne spatial resolution (C
AS
-
TELLI
et alii, 1996; B
ECCHI
et alii, 1999; C
APORALI
, 2001; F
ATICHI
&
C
APORALI
, 2007b).
Moreover, the hydro-sedimentological phenomena described
here are very peculiar, but not so rare, like testify the documenta-
tion about similar episodes in the Mediterranean area (N
EPPEL
et alii,
2006). Modelling this kind of events is important also in order to
offer a valuable aid to the knowledge about the spatial distribution of
rainfall and the routing dynamic of water and sediment.
The disastrous fl ash fl ood occurring on 19 June 1996 in the moun-
tain river basins of the Apuanian Alps in Central Italy is analyzed here.
The event was exceptional, with a rainfall intensity of about 150 mm
per hour concentrated over an estimated area of 5x5 km. The conse-
quences of the event have severely hit the population. In the mountain
part of the Versilia river basin, the event took 13 human lives. Costly
damages to buildings and infrastructure have been also recorded.
The event has been analyzed from the meteorological, hydrological
and sedimentological point of view. Major results related to the simula-
tion of the rainfall and runoff process, sediment production and routing,
are reported. The possible improvement related to this kind of simula-
tion in warning communication and natural hazards risk perception is
also discussed. Natural hazards mitigation processes are complex and
require several perspectives. Investigation on past events can provide
a precious support for prediction and mitigation activities as well as
promotion of the hydrogeological risk perception of the community.
In order to enhance and improve this aspects, a geodatabase of the
modeling input data and results, combined with the historical fl oods
data of Versilia region, has been designed and developed. More re-
cently, the database has been populated also with the chronology of
the event and the sequence of interventions. Documented casualties
and accidents have been located in time and space. The objective is
Tali affermazioni diventano particolarmente evidenti quando gli
eventi sono caratterizzati da brevi tempi di risposta e livelli elevati di
incertezza o di scarsa prevedibilità, come l’evento alluvionale che si è
verifi cato sulle Alpi Apuane, nel Centro Italia, il 19 giugno 1996, qui
di seguito analizzato e discusso (B
URLANDO
& R
OSSO
, 1998; G
OZZINI
et alii, 1998; M
ANCINI
, 1998).
L’analisi di questi eventi è infatti molto spesso problematica, a cau-
sa delle dimensioni del fenomeno e per la mancanza o insuffi cienza di
adeguate reti di monitoraggio in tempo reale (B
ECCHI
et alii, 1999; C
A
-
PORALI
, 2001). Inoltre, la potenzialità della previsione è implicitamente
condizionata sia dalla rapidità della risposta idrologica del bacino, sia
dall’incertezza della descrizione della dinamica e della variabilità spa-
ziale dei campi di precipitazione, nonchè delle proprietà idrologiche
del suolo. La dimensione del bacino idrografi co diventa, infatti, molto
spesso paragonabile a quella dell’evento di precipitazione e la risposta
idrologica è fortemente dipendente dalle caratteristiche locali del suolo.
Risulta, in questo modo, riconosciuta la rilevanza della ricostru-
zione fi sicamente basata degli eventi passati e allo stesso tempo il
miglioramento della conoscenza dei complessi processi idrologici
mette in evidenza la necessità di analizzare i fenomeni a risoluzione
spaziale di dettaglio (C
ASTELLI
et alii, 1996; B
ECCHI
et alii, 1999; C
A
-
PORALI
, 2001; F
ATICHI
& C
APORALI
, 2007b).
Inoltre, i fenomeni idrosedimentologici descritti sono molto parti-
colari, ma non così rari, come testimonia la documentazione su episo-
di simili nell’area del Mediterraneo (N
EPPEL
et alii, 2006). Modellare
questo tipo di eventi è quanto mai importante ai fi ni della conoscenza
della distribuzione spaziale delle precipitazioni e della dinamica della
propagazione della portata liquida e solida.
Qui di seguito viene analizzata la disastrosa alluvione verifi catesi
il 19 giugno 1996 nei bacini montani dei fi umi delle Alpi Apuane.
L’evento è stato eccezionale, con una intensità di pioggia di circa 150
mm per ora, concentrata su una superfi cie di 5x5 km. Le conseguenze
hanno gravemente colpito la popolazione; le vittime sono state 13 e
ingenti sono stati i danni registrati agli edifi ci e alle infrastrutture.
L’evento è stato analizzato sia dal punto di vista meteorologico che
idrologico; vengono riportati, i principali risultati relativi alla simulazio-
ne della trasformazione affl ussi-defl ussi, della produzione e della propa-
gazione dei sedimenti. Viene inoltre discusso il possibile miglioramento
connesso a questo tipo di simulazione nelle comunicazioni di stati di
allerta e nella percezione dei rischi naturali. I processi di mitigazione dei
rischi naturali sono complessi e richiedono diversi punti di vista; le inda-
gini sugli eventi del passato possono fornire un supporto prezioso per le
attività di previsione e di mitigazione, nonché per il miglioramento della
percezione del rischio idrogeologico da parte della collettività.
Al fi ne di potenziare e migliorare questi aspetti, è stato progettato
e sviluppato un geodatabase con i dati di input e i risultati della mo-
dellazione, combinati con i dati storici delle inondazioni nella Versilia.
Più recentemente, il database è stato popolato anche con la cronologia
dell’evento e la sequenza degli interventi. Le vittime documentate e
gli incidenti sono stati collocati nel tempo e nello spazio. L’obiettivo è
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INTEGRATING EXTREME EVENTS MODELING WITH DIACHRONIC DATA AND
RISK PERCEPTION OF NATURAL HAZARDS
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Italian Journal of Engineering Geology and Environment, Special Issue 1 (2011)
© Casa Editrice Università La Sapienza
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quello di combinare le informazioni sul numero di vittime con le con-
dizioni idrometeorologiche dominanti, riscontrate nella zona in cui è
avvenuto l’incidente. In effetti, il miglioramento delle previsioni e dei
sistemi di allerta è sempre auspicabile e deve essere volto a ridurre le
perdite di vite umane (A
NDAH
et alii, 2002; M
ONTZ
& G
RUNTFEST
, 2002).
L’indagine sulle circostanze idrometeorologica che portano a perdite
accidentali e sui fattori fi sici predominanti possono essere un valido
aiuto per realizzare l’obiettivo di cui sopra e al tempo stesso essere un
effi cace supporto per la promozione della percezione dei pericoli natu-
rali e della comunicazione degli allarmi (R
UIN
et alii, 2008).
Nell’ambito della promozione della percezione dei rischi naturali,
i risultati delle indagini condotte sull’evento della Versilia sono sta-
ti condivisi e discussi con il personale che può essere coinvolto nel
sistema di allerta e nelle attività di protezione civile. In particolare,
sono stati organizzati dei di corsi di formazione e tirocini (CERAFRI,
2005), per il personale che opera sul territorio con diversi ruoli e in
diversi settori (ad esempio polizia municipale, polizia provinciale,
Corpo Forestale nazionale italiano, associazioni di volontariato, ecc )
con l’obiettivo di migliorare la loro percezione dei precursori di even-
to e le conoscenze per comprendere i principali fenomeni che creano
le condizioni di rischio idraulico e di frana sul territorio.
L’EVENTO ALLUVIONALE DEL 19 GIUGNO 1996 IN
VERSILIA
Il 19 giugno 1996, un disastroso evento alluvionale, ha colpito i ba-
cini idrografi ci di montagna delle Alpi Apuane, una catena montuosa
relativamente elevata (i.e. le vette più alte raggiungono 1600-1800 m
s.l.m), molto vicina al Mar Tirreno, situata nella parte nord-occidentale
della Toscana (Fig. 1). Questo lavoro, concentra l’analisi sul bacino
idrografi co del fi ume Versilia, il più colpito dall’evento, che si estende
su una superfi cie di circa 105 km
2
(C
ASTELLI
et alii, 1996; B
URLANDO
&
R
OSSO
, 1998; G
OZZINI
et alii, 1998; M
ANCINI
, 1998; B
ECCHI
et alii, 1999).
to combine the information on the fatal casualties and the prevailing
hydrometeorological conditions, encountered in the area where the
accident occurred. In fact, improvement in forecasts and warnings of
fl ash - fl ood events are still desirable and must be aimed at human life
losses reduction (A
NDAH
et alii, 2002; M
ONTZ
& G
RUNTFEST
, 2002).
The investigation on the hydrometeorological circumstances that lead
to accidental casualties and on the predominant physical factors of
risk can be a valuable aid to achieve the above task and at the same
time an effi cient support to the promotion of natural hazard percep-
tion and warning communication (R
UIN
et alii, 2008).
In the framework of enhancing natural hazards perception, the re-
sults of the investigations carried out on the Versilia fl ash fl ood event,
have been shared and discussed with personnel that can be involved
in the warning system and the Civil Protection activities. In particular
a series of training courses and stages have been organized (CERA-
FRI, 2005), for personnel that work on the territory with different
roles and in different areas (i.e. municipal police, provincial police,
Italian national forest body, voluntary association, etc.) with the aim
to enhance their perception of event precursors and their knowledge
to understand the main phenomena that create the conditions for hy-
draulic and landslide risk on the territory.
THE VERSILIA FLASH FLOOD EVENT ON 19 JUNE
1996
On 19 June 1996 a disastrous fl ash-fl ood, in terms of dramatic im-
pacts on the population and on the territory, has interested the mountain
river basins of the Apuanian Alps, in North-West Tuscany, Central Italy
(Fig. 1). A relatively high mountainous chain (i.e. 1600-1800 m a.s.l.
the higher peaks) very close to the Tyrrhenian Sea. We focus here the
attention on the Versilia catchment, the most affected one, that covers
an area of about 105 km
2
(C
ASTELLI
et alii, 1996; B
URLANDO
& R
OSSO
,
1998; G
OZZINI
et alii, 1998; M
ANCINI
, 1998; B
ECCHI
et alii, 1999).
Fig. 1 - Rappresentazione 3D del bacino idrografi co del
Fiume Versilia (Tuscany), coordinate UTM ED50
[LL;UR] [596053,4870181;608053,4878181]
- 3D view of the Versilia river basin, bound-
ary coordinate UTM ED50 [LL;UR]
[596053,4870181;608053,4878181]
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INTEGRAZIONE DELLA MODELLAZIONE DEGLI EVENTI ESTREMI CON I DATI STORICI E
LA PERCEZIONE DEL RISCHIO DELLE CALAMITÀ NATURALI
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E. CAPORALI, T. PILEGGI & G. FEDERICI
I fenomeni idrometeorologici che si sono verifi cati durante
l’evento in esame sono stati molto intensi anche per una regione come
quella di studio caratterizzata da quasi 2000 mm di precipitazione an-
nua. La precipitazione più elevata registrata è stata di 478 millimetri,
in meno di 15 ore (Fig. 2). Anche la precipitazione oraria massima è
stata eccezionale, con un picco di 153,4 millimetri (paragonabile alle
tempeste tropicali più intense). L’estensione delle aree interessate da
una precipitazione nelle 24 ore superiori a 100, 200, 300 e 400 milli-
metri, sono state stimate rispettivamente di circa 662, 202, 62.1 e 4.8
km
2
(C
ASTELLI
et alii, 1996; B
ECCHI
et alii, 1999). Per i valori registrati
dalle stazioni di precipitazione, per tutte le durate confrontabili con i
tempi di risposta idrologica dei bacino idrografi co, sono stati stimati
tempi di ritorno tra 250-500 anni (B
URLANDO
& R
OSSO
, 1998).
La grande quantità di precipitazione è stata causata dalla forma-
zione di un sistema convettivo enorme, veloce e violento, connesso
alle alte temperature e all’umidità al livello del mare, nonché alla pre-
senza di vento dal mare verso la montagna, associato alla circolazione
sinottica e al ruolo della complessa situazione orografi ca delle Alpi
Apuane (G
OZZINI
et alii, 1998). La zona interessata presenta, infatti,
alte vette distanti solo 15 km dal Mar Tirreno.
Le registrazioni pluviometriche dell’evento evidenziano il carat-
tere eccezionale delle precipitazioni locali. D’altra parte, alcune evi-
denze a terra suggeriscono che anche la distribuzione delle precipita-
zioni su scale spaziali ridotte, non del tutto spiegate dalle misure dei
pluviometri, deve aver avuto un ruolo importante nella produzione di
tali effetti drammatici. Gli eventi di precipitazione registrati, infatti,
sono caratterizzati da valori di variazione ed intermittenza elevati e,
allo stesso tempo, da bassi valori di correlazione, anche su scala spa-
ziale di poche centinaia o migliaia di metri e sulla scala di tempo di
meno di un’ora (C
ASTELLI
et alii, 1996; B
ECCHI
et alii, 1999).
La distanza di tempo tra i massimi relativi di pioggia, per lo più
intervallati da piogge di modesta intensità, nonché la diversa esten-
sione e localizzazione delle aree maggiormente interessate dall’even-
The hydro-meteorological phenomena occurred during the event
were very intense, even for this region that has an annual precipitation
of almost 2000 mm. The recorded highest total rainfall was of 478
mm in less than 15 hours (Fig. 2). The maximum hourly precipitation
has been also exceptional with a peak of 153.4 mm (comparable with
the most intense tropical storms). The extension of the areas interest-
ed by a 24 hours total rainfall of 100, 200, 300 and 400 millimeters,
have been estimated respectively of about 662, 202, 62.1 e 4.8 km
2
(C
ASTELLI
et alii, 1996; B
ECCHI
et alii, 1999). For the values recorded
at the rain gauges, at all the durations related to the hydrologic re-
sponse time of the catchment, return periods between 250-500 years
have been estimated (B
URLANDO
& R
OSSO
, 1998).
The large amount of rainfall has been caused by the formation
of an enormous, fast and violent convective system associated to the
high temperature and humidity at sea level, as well as to the presence
of wind from the sea to the mountains associated to the synoptic cir-
culation and the role of the complex orography of the Apuanian Alps
(G
OZZINI
et alii, 1998). The interested zone presents, in fact, moun-
tains of 1600 1800 m a.s.l. of elevation, which are distant only 15 km
from the Tyrrhenian Sea.
Pluviographic records of the event underline the exceptional
character of the point rainfall. On the other side, particular ground
evidences suggest that the short-scale spatial rainfall distribution, not
fully resolved by the point measurements, should also have had an
important role in producing such dramatic effects. The recorded pre-
cipitations are, in fact, characterized by an elevated value of variation
and intermittence but also by low values of correlation, also on spatial
scale of a few hundreds or thousands of meters and on a time scale
less than one hour (C
ASTELLI
et alii, 1996; B
ECCHI
et alii, 1999).
The time-distance among the relative rainfall maxima, mostly al-
ternated by rains of modest intensity, and the different extension and
location of the zones mainly interested by the event, suggest that two
successive showers were produced that might have been originated
Fig. 2 - Dati pluviometrici della stazione di Pomezzana (UTM Est:
607750 m, UTM Nord: 4873470 m, Quota 600 m s.l.m.)
- Rainfall records at Pomezzana rain-gauge (UTM East:
607750 m, UTM North: 4873470 m, Elevation 600 m a.s.l.)
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INTEGRATING EXTREME EVENTS MODELING WITH DIACHRONIC DATA AND
RISK PERCEPTION OF NATURAL HAZARDS
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Italian Journal of Engineering Geology and Environment, Special Issue 1 (2011)
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to, suggeriscono il susseguirsi di due eventi di precipitazione che po-
trebbero essere stati originati da celle convettive sviluppatesi in modo
indipendente, anche se prodotte dalla stessa condizione meteorologi-
ca. Il primo evento è iniziato alle 6.00 del mattino, nella parte sud-
est del bacino, proseguendo fi no alle ore 9.00 circa; esso ha prodotto
alcuni movimenti di massa e ha causato condizioni critiche e instabili
della superfi cie del suolo. Il secondo, iniziato alle ore 12.00, ha pre-
sentato il suo epicentro nella parte nord-est del bacino ed ha raggiunto
l’intensità massima alle ore 13.00 terminando alle ore 15.00. Alla fi ne
della mattinata, molti sono stati i segnali che preannunciavono la ca-
tastrofe che di li a poco si sarebbe verifi cata.
A causa delle condizioni iniziali di suolo asciutto ovvero un’ele-
vata capacità di infi ltrazione, la portata è aumentata improvvisamente
solo durante il secondo evento, producendo numerose esondazioni lun-
go la rete idrografi ca. Congiuntamente alla propagazione delle piene,
fenomeni di erosione, frane e movimenti di massa hanno contribuito
alla formazione di una enorme quantità di sedimenti (P
ARIS
, 1996).
I principali dissesti si sono verifi cati dopo le ore 13.00 negli abi-
tati della parte montuosa del bacino, con gravi perdite di vite umane;
13 sono state le vittime. Numerosi e onerosi sono stati anche i danni
agli edifi ci e alle infrastrutture che sono stati registrati.
RICOSTRUZIONE DEGLI EFFETTI AL SUOLO
La ricostruzione degli effetti al suolo è stata effettuata sia dal
punto di vista idrologico che sedimentologico. La descrizione dei fe-
nomeni e l’indagine su tutte le componenti coinvolte, del ciclo idro-
logico e sedimentologico, sono fondamentali per la valutazione dei
rischi e per defi nire le diverse strategie di protezione oltre che utili per
defi nire le opportune misure di mitigazione (N
EPPEL
, 2006).
Il modello idrologico descritto brevemente qui di seguito permet-
te di simulare l’evoluzione e la variabilità dei complessi processi fi sici
coinvolti nel ciclo idrologico e la propagazione della portata di piena
(C
APORALI
, 2001). I fenomeni idrologici nelle diverse classi di suolo non
sono da attribuire a un unico fattore, poiché dipendono da numerosi pro-
cessi, come ad esempio l’infi ltrazione, l’assorbimento, la percolazione,
il fl usso ipodermico e l’evapotraspirazione. La complessità dell’evento
alluvionale improvviso verifi catosi in Versilia è stata analizzata utiliz-
zando un modello distribuito fi sicamente basato in modo congiunto alla
ricostruzione dei campi di precipitazione (B
ECCHI
et alii, 1999).
Più recentemente, è stato sviluppato un modello idrologico e di
propagazione dei sedimenti, semidistribuito, a scala di bacino idrogra-
fi co, focalizzando l’attenzione sulla parte montana del bacino Versilia,
la più colpita dall’evento del 1996, che si estende su una superfi cie di
circa 67 km
2
(F
ATICHI
& C
APORALI
, 2007b). L’obiettivo del modello è di
quantifi care l’ammontare del carico sedimentologico e caratterizzare
la dinamica dell’onde di fango, durante l’evento estremo del 1996. In
particolare, è stato applicato un modello concettuale di trasporto di
sedimenti, basato su un insieme di serbatoi lineari in cascata (F
ATICHI
& C
APORALI
, 2007a). Vengono, infi ne, brevemente descritti la simula-
zione della produzione dei sedimenti e la loro propagazione.
from convective storm-cells independently developed, even if forced
by the same meteorological situation. The fi rst began at 6 am in the
south east part of the catchment and it continued until about 9 am. The
second, initiated at 12 am, has presented its epicenter in the north east
side of the catchment and it has reached the maximum intensity at 1
pm to the end at 3 pm. The fi rst storm, which started in the early hours
of the dawn, produced some mass movements and caused critical and
unstable ground conditions. At the end of the morning, many were
the signals of the catastrophe that occurred shortly after. The dis-
charge, because of the previous soil dry conditions or high infi ltration
capacity, increased suddenly only during the second intense storm,
producing several fl oods along the hydrographic network. Jointed
to the fl ood propagation, erosion phenomena, mass movements and
landslides contributed to the formation of a huge amount of sediment
(P
ARIS
, 1996).
Major instability phenomena occurred after 1.00 pm in the settle-
ments in the mountain parts of the river basin, with dramatic casual-
ties. The consequences of the event have severely affected the popu-
lation. In the catchment upstream of the Versilia River 13 casualties
were counted. Numerous and costly damage to buildings and infra-
structure have been also registered.
THE RECONSTRUCTION OF GROUND EFFECTS
The phenomena description and the investigation on all the in-
volved components, of the hydrological and sedimentological cycle,
are crucial in natural hazards assessment and in the defi nition of dif-
ferent protection strategies as well as of appropriate mitigation meas-
ures (N
EPPEL
, 2006).
The hydrological model, here in the following briefl y described,
allows simulating the evolution and the variability of the complex
physical processes involved in the hydrological cycle and fl ood rout-
ing (C
APORALI
, 2001). The hydrological phenomena in the different
soil classes are attributed to several factors, as they depend upon sev-
eral processes, such as infi ltration, capillary absorption, percolation,
hypodermic fl ow and evapotranspiration. The complexity of the Ver-
silia fl ash - fl ood event, has been analyzed using a physically based
distributed model coupled with the reconstruction of precipitation
fi eld (B
ECCHI
et alii, 1999).
More recently, a semi distributed hydrological model and sedi-
ment routing, at river basin scale, has been also applied focusing the
attention on the mountain part of the Versilia catchment, the most
affected during the 1996 event, that covers an area of about 67 km
2
(F
ATICHI
& C
APORALI
, 2007b). The aim of the model is to quantify
the amount of the sediment load and to characterize the dynamic of
the mud wave, through the reconstruction of the sedigraph during
the 1996 severe event. Particularly, a conceptual sediment transport
model, based on linear reservoir cascades concept, coupled with sedi-
ment deposition and degradation representation (F
ATICHI
& C
APORALI
,
2007a), has been applied. Finally, the simulation of the sediment pro-
duction and of the sediment routing of the event are briefl y discussed.
background image
INTEGRAZIONE DELLA MODELLAZIONE DEGLI EVENTI ESTREMI CON I DATI STORICI E
LA PERCEZIONE DEL RISCHIO DELLE CALAMITÀ NATURALI
10
E. CAPORALI, T. PILEGGI & G. FEDERICI
Nonostante il numero considerevole di stazioni di misura della pre-
cipitazione, anche con una risoluzione nel tempo elevata (5 minuti), i
dati di livello idrico e di portata sono piuttosto limitati. La rete idrometri-
ca in tempo reale era stata istallata nelle settimane precedenti all’evento
e collaudata solo all’inizio di giugno, ma sfortunatamente alcune delle
stazioni sono state rimosse durante l’alluvione (B
ECCHI
et alii, 1999).
La calibrazione dell’idrogramma è stato effettuata sull’idrometro
di Seravezza, situato nella parte terminale dell’aerea montuosa del
bacino del Versilia, e l’unico disponibile. Lo strumento ha registrato i
dati fi no alle ore 15.00, subito dopo è stato rimosso dall’onda di pie-
na. Qualche incertezza è presente anche sulla scala di defl usso stimata
dopo l’evento (M
ANCINI
, 1998; B
ECCHI
et alii, 1999).
IL MODELLO IDROLOGICO
Il modello descrive il comportamento idrologico del bacino idro-
grafi co, utilizzando mappe digitali in formato raster, ovvero griglie
equispaziate a maglie rettangolari, e migliorando il signifi cato fi sico
della modellazione riproducendo le proprietà idrologiche distribuite
spazialmente del bacino idrografi co, come la capacità di infi ltrazione,
il tempo di risposta idrologica, la velocità di propagazione nella rete
idrografi ca, l’infl uenza dell’umidità del suolo. Il modello permette, in
particolare, il controllo del fl usso del fi ume, valutando la distribuzio-
ne nello spazio della capacità di assorbimento del bacino idrografi co
e producendo mappe della distribuzione spaziale della saturazione del
suolo, al fi ne di dare una stima dei fenomeni di defl usso superfi ciale.
Il modello idrologico distribuito è composto da due moduli se-
parati. Il primo descrive il suolo e vari processi del sottosuolo che
contribuiscono al defl usso totale mediante una equazione di bilancio
idrologico sviluppata ad una ridotta scala spaziale (≤ 1 km), ovvero
della griglia equispaziata di discretizzazione. Per ogni cella della gri-
glia, considerata come un sistema unitario, la varianza interna delle
variabili coinvolte è stata analizzata attraverso un approccio stocasti-
co che assume, a livello locale nello spazio, funzioni di distribuzione
stazionarie (C
APORALI
& P
ETRUCCI
, 1994). Il trasferimento di massa
idrica tra celle adiacenti avviene su base geomorfologica. Il secondo
modulo è dedicato alla propagazione dell’onda di piena. Per valutare
la dinamica del primo ordine dell’onda di piena, ciascun ramo del re-
ticolo idrografi co, considerato come un insieme di celle, è modellato
come un serbatoio lineare. La portata alla sezione fl uviale di controllo
viene calcolata, tenendo conto delle caratteristiche idrauliche dei cor-
si d’acqua a monte (C
APORALI
, 2001).
Il modello digitale del terreno (DTM) dell’area analizzata è sta-
to utilizzato per la costruzione delle griglie delle esposizioni, delle
pendenze, dei puntatori idrologici, ovvero della direzione di fl usso di
ogni cella rispetto alle otto celle circostanti, e della griglia dell’ordine
di calcolo, per il controllo della formazione del defl usso dalle celle di
sorgente fi no alla foce. Per la caratterizzazione delle proprietà idro-
logiche del suolo si è fatto riferimento alla carta pedologica d’Italia
(M
ANCINI
, 1966), disponibile per tutto il territorio nazionale. Riferi-
mento è stato fatto anche a studi precedenti nei quali è stata analizzata
Even though a considerable number of rain - gauges observations,
also with a fi ne time resolution (5 minutes), the stage and discharge
data recorded are very limited. The hydrometric real time network
was installed in the weeks preceding the event and just tested at the
beginning of June, but unfortunately some of the stations were re-
moved during the fl ash-fl ood event B
ECCHI
et alii, 1999).
The hydrological calibration has been carried out on the hydrom-
eter of Seravezza, located in the last reach of the mountain part of the
Versilia catchment, which is the only one available. It has recorded
data until 3 pm, immediately after the hydrometer was removed by
the fl ood. Some uncertainty exists also on the rating curve estimated
after the event (M
ANCINI
, 1998; B
ECCHI
et alii, 1999).
THE HYDROLOGICAL MODEL
The model describes the river basin hydrologic behavior, employ-
ing digital maps in raster format (i.e. equispaced grids with a rectan-
gular mesh), and reproducing the spatially distributed physical prop-
erties of the basin, such as infi ltration capacity, runoff concentration
time, network propagation velocity. In particular the model allows the
control of river fl ow by spatially evaluating the absorption capacity of
the catchment area and producing distributed maps of soil saturation,
in order to give an estimation of the runoff phenomena.
Two sub-models compose the distributed hydrological model.
The fi rst one describes the various soil and subsoil processes, which
contribute to the total runoff, on the basis of an hydrological budget
equation at a small-scale (≤1 km) discretization or equispaced grid.
Inside each grid-cell, considered as a unitary system, the internal vari-
ance of all the involved quantities is analyzed through a stochastic ap-
proach, which assumes locally stationary, in space, distribution func-
tions (C
APORALI
& P
ETRUCCI
, 1994). The water mass transfer among
adjacent cells is considered on geomorphological basis. The second
sub-model addresses the fl ood routing. To evaluate the fi rst order dy-
namics of the fl ood event each stream-branch, considered as a group
of cells, is modeled as a linear reservoir. The discharge to the control
river cross-section is calculated, taking into account the hydraulic and
geometric characteristics of the upstream branches (C
APORALI
, 2001).
A Digital Terrain Model (DTM) of the analyzed area has been
processed to produce some geomorphological grids used in the
model, such as aspect and slope, and hydrological pointers rep-
resenting the fl ow direction for each cell to the eight surrounding
cells, and the calculation order raster, which controls the develop-
ment of the runoff from the soil cells, to the drainage system, to
the outlet. A pedological map of Italy available for the whole na-
tional territory (M
ANCINI
, 1966), has been used to characterize the
soil hydraulic properties. Reference has been made also to previous
studies (C
APORALI
& P
ETRUCCI
, 1994) where the correlation among
the pedological classes and some soil physical properties, such as
porosity and thickness have been analyzed. Also the hydro-meteor-
ological data obtained by point measurements, i.e. air temperature
and humidity, to calculate the evapotranspiration, rainfall and the
background image
INTEGRATING EXTREME EVENTS MODELING WITH DIACHRONIC DATA AND
RISK PERCEPTION OF NATURAL HAZARDS
11
Italian Journal of Engineering Geology and Environment, Special Issue 1 (2011)
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la correlazione esistente tra le classi pedologiche e alcune caratteristi-
che del suolo, come porosità e spessore (C
APORALI
& P
ETRUCCI
, 1994).
Anche i dati idrometeorologici ottenuti da misure di punto, come
temperatura e umidità dell’aria, utilizzate per calcolare l’evapotraspi-
razione, la probabilità di assenza di precipitazione per la stima delle
precipitazioni effi caci, sono in forma di griglia.
Per modellare la propagazione dell’onda di piena, è stato necessa-
rio reperire anche informazioni sulla topologia e sulle caratteristiche
della rete idrografi ca. Tutte le informazioni sono state connesse alle
caratteristiche geomorfologiche ed idrologiche dei bacini idrografi ci
mediante un raster di “puntatori al reticolo idrografi co”.
La variabilità della trasformazione affl ussi-defl ussi è stata ana-
lizzata attraverso un approccio Monte Carlo. Al fi ne di descrivere la
struttura spaziale dei campi di precipitazione, con una risoluzione con-
gruente con il modello, e per caratterizzare l’evento meteorologico, è
stato usato un algoritmo stocastico; attraverso il quale è stato prodotto
un insieme elevato di campi di precipitazioni equiprobabili, vincolati ai
punti di misura e ai parametri statistici delle grandezze misurate dispo-
nibili. Ad ogni campo di pioggia generato corrisponde una simulazio-
ne del modello idrologico (B
ECCHI
et alii, 1999). Diversi sono i campi
di precipitazione generati utilizzando diverse scale spaziali. I risultati
della modellazione sono stati infi ne analizzati in termini probabilistici.
Le indicazioni che si ottengono dalle diverse simulazioni confer-
mano l’eccezionalità dell’evento meteorologico e consentono anche
di considerare suffi cientemente attendibile la ricostruzione delle por-
tate. Inoltre, come mostrato in Figura 3, le simulazioni evidenziano
l’elevata sensibilità della risposta idrologica alla struttura spaziale
delle precipitazioni alla scala di poche centinaia di metri. L’esperi-
mento ha mostrato la bontà della modellistica idrologica distribuita
nel ricostruire eventi improvvisi di alluvione, sia per quanto riguarda
le portate al colmo sia per i tempi di picco. Il modello distribuito ha
zero-rainfall probability maps to estimate the effective rainfall, are
in equispaced grid form.
In order to model the dynamics of fl ood routing, information on
the topology and on the hydraulic and geometric characteristics of
the hydrographic network were also collected. All the hydrographic
network properties were connected with the geomorphological and
hydrological characteristics of the river basin trough a “network
pointer raster”.
The variability of rainfall-runoff processes has been analyzed
through a Monte Carlo approach. In order to describe the spatial
structure of the rainfall-fi elds, in a congruent resolution with the
model, and with the aim to characterize the meteorological event,
a stochastic algorithm was used. Through the algorithm, an elevat-
ed set of equiprobable rainfall-fi elds, constrained to point obser-
vations and to the statistic parameters of the available rainfall on
site measurements, was produced. To each generated rainfall-fi eld
corresponds a simulation of the hydrological model (B
ECCHI
et alii,
1999). Different rainfall fi elds were generated using different values
of the spatial correlation scale. The model results were analyzed in
probabilistic terms.
The indications from the different simulations confi rm the excep-
tionality of the meteorological event and they also allow to consider
suffi ciently reliable the discharge reconstruction. Furthermore, as
shown in fi gure 3, the simulations underline the high sensibility of the
hydrological response to the spatial structure of rainfall at the scale of
few hundred meters. The experiment show a good performance of the
distributed analysis in reconstructing the fl ash fl ood event, in terms
of both peak fl ow and time-to-peak. The distributed model exhibits a
good consistency in estimating the fl ood characteristics in different
cross-sections of the channels network.
The analysis highlights the relevance of an explicit representa-
Fig. 3 - Statistiche degli idrogrammi di piena simulati alla sezione idrometrica di Seravezza, ottenute con diverse scale di correlazione delle precipitazioni. Le serie
idrometriche sono ricostruite con scala di defl usso teorica derivata dalla geometria della sezione
- Statistics of the simulated discharge at the Seravezza river cross - section, obtained with different rainfall correlation scale. The estimated discharge has
been calculated using a theoretical rating curve derived from the cross-section geometry
background image
INTEGRAZIONE DELLA MODELLAZIONE DEGLI EVENTI ESTREMI CON I DATI STORICI E
LA PERCEZIONE DEL RISCHIO DELLE CALAMITÀ NATURALI
12
E. CAPORALI, T. PILEGGI & G. FEDERICI
mostrato inoltre una buona robustezza nel valutare le caratteristiche
dell’onda di piena in diversi punti della rete idrografi ca.
L’analisi effettuata ha evidenziato la rilevanza di una rappresenta-
zione esplicita della distribuzione spaziale delle proprietà idrauliche
del suolo e la sensibilità del modello alle condizioni iniziali di satura-
zione del suolo. Anche la ricostruzione della struttura spaziale e della
dinamica dei campi di precipitazione svolge un ruolo fondamentale,
dato il comportamento non-lineare del modello idrologico per quan-
to riguarda l’infi ltrazione e i processi di assorbimento, ma principal-
mente data la peculiarità dell’evento idrologico estremo.
IL MODELLO IDROSEDIMENTOLOGICO
Più recentemente è stato messo a punto e sviluppato anche un
modello concettuale di trasporto dei sedimenti, basato su serbatoi li-
neari in cascata, e sui concetti di erosione e deposito dei sedimenti
(F
ATICHI
& C
APORALI
, 2007b). In particolare, è stato realizzato uno
studio dell’eterogeneità spaziale e temporale dei processi di propaga-
zione dei sedimenti e delle sue interazioni con le precipitazioni e le
caratteristiche del bacino idrografi co. Lo scopo è stato di quantifi ca-
re l’ammontare del carico di sedimento e caratterizzare la dinamica
dell’onda di fango durante l’evento. Al fi ne di simulare la portata,
è stato messo a punto un modello idrologico semidistribuito di pro-
pagazione della portata di piena. L’area del bacino è stata divisa in
unità morfologiche (i.e. canali e versanti). Per la stima della preci-
pitazione effi cace e dell’infi ltrazione è stato utilizzato il metodo del
SCS-CN Curve Number. La propagazione dei defl ussi sui versanti è
stata realizzata mediante lo schema a serbatoi lineari. Per la propaga-
zione delle portate nella rete idrografi ca è stato applicato il metodo
Muskingum-Cunge.
La portata ottenuta dalla modellazione è stata confrontata con le
misure disponibili della stazione idrometrica di Seravezza. Alcuni pa-
rametri del modello, come la perdita iniziale di pioggia del metodo
del CN, il coeffi ciente di Manning e altri ancora, sono stati calibrati
mediante una procedura di ottimizzazione. Particolare attenzione è
stata data all’introduzione di un coeffi ciente di attenuazione del de-
fl usso dipendente da un fattore di scala dell’ampiezza del canale.
La simulazione della produzione e della propagazione dei sedimen-
ti è stata fatta attraverso un modello concettuale che schematizza la
dinamica del complesso processo di propagazione dei sedimenti, con
una cascata di serbatoi lineari insieme ai processi di erosione e deposito
(F
ATICHI
& C
APORALI
, 2007a). Il bilancio dei sedimenti invece è legato
al fattore di capacità di trasporto (F
ATICHI
& C
APORALI
, 2007b).
La bontà dei risultati ottenuti è stata valutata sulla base delle
quantità di sedimenti coinvolti nel processo e depositati nel bacino
tion of the spatial distribution of the soil hydraulic properties and the
sensitivity of the model to the soil saturation initial conditions. Also
the reconstruction of the spatial structure and dynamic of rainfall fi eld
plays a crucial phase in the application, given the non-linear behavior
of the hydrological model with respect to the infi ltration and the ab-
sorption processes, but mainly given the peculiarity of the hydrologi-
cal extreme event.
THE HYDRO-SEDIMENTOLOGICAL MODEL
A conceptual sediment transport model, based on linear reser-
voir cascades, coupled with sediment degradation and deposition
concepts, has been also used in the more recent studies done on the
event (F
ATICHI
& C
APORALI
, 2007b). Particularly a study of the spa-
tial and temporal heterogeneity of sediment routing processes and
its interactions with rainfall and catchment characteristics has been
carried out. The aim has been to quantify the amount of the sediment
load and to characterize the dynamic of the mud wave, reproducing
the sedigraph, during the event. To simulate the discharge along
the river network, a semi-distributed hydrological model of fl ow
routing, has been implemented. The catchment area is divided into
morphologic units (i.e. channels and sub watersheds). The Curve
Number-CN method is used to estimate the net precipitation and the
infi ltration. The fl ow routing in the sub watersheds and the subsur-
face fl ow is calculated with a linear reservoir scheme. To propagate
the water fl ow in the hydrographic network, the Muskingum-Cunge
method is applied.
The discharge obtained from the model has been compared with
the measurement available at the Seravezza gauge-station. An optimi-
zation procedure was performed to calibrate some model parameters,
like the initial abstraction of the CN method, the Manning coeffi -
cients, and others. A particular attention has been given to the intro-
duction of a fl ow attenuation coeffi cient, dependent by a scale factor
of the channel width.
The simulation of the sediment production and the sediment rout-
ing was performed using the conceptual model, that schematizes the
dynamic of the complex process of sediment routing, with a cascade
of linear reservoirs coupled with deposition and degradation proc-
esses (F
ATICHI
& C
APORALI
, 2007a). The sediment balance is instead
related to a transport capacity factor (F
ATICHI
& C
APORALI
, 2007b).
The goodness of the obtained results was evaluated on the ba-
sis of the sediment amount involved in the process and deposited in
Tab. 1 - Valori delle quantità di sedimenti (105 ton) stimati nell’analisi a posteriori e simulati nella modellazione
- Values of the sediment amount involved (105 tons) in the event estimated in a posteriori analysis and simulated by the model
background image
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RISK PERCEPTION OF NATURAL HAZARDS
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Italian Journal of Engineering Geology and Environment, Special Issue 1 (2011)
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idrografi co e nei canali (P
ARIS
, 1996). Le quantità stimate dalla simu-
lazione, sia di materiale solido coinvolto che del sedimento deposita-
to e del carico totale di sedimento, mostrano un buon accordo con le
quantità rilevate (Tab. 1).
Allo stesso tempo, l’andamento nel tempo del carico dei sedimenti
mostra due picchi (Fig. 4a). Il primo dovuto al movimento di sedimen-
ti attivati durante il primo evento di precipitazione. Il secondo dovuto
alla portata massima. Inoltre il valore della concentrazione di sedi-
menti (Fig. 4b) sottolinea come la prima onda di sedimenti presenti
valori maggiori (180 kg/m
3
) della seconda (90 kg/m
3
), risultato atten-
dibile, considerando l’elevata disponibilità di sedimenti nella prima
parte dell’evento dovuta alle condizioni di suolo asciutto.
E’ stata analizzata anche la distribuzione spaziale della produzio-
ne di sedimenti; come per il modello idrologico, i risultatati, anche in
questo caso, mettono in evidenza l’inadeguatezza delle misure delle
precipitazioni al suolo per rappresentare la complessa distribuzione
spaziale e la correlazione dell’evento piovoso (B
ECCHI
et alii, 1999).
RICOSTRUZIONE DI SCENARI PASSATI
I dati delle alluvioni del passato possono essere considerati un
indice preliminare per la valutazione delle zone vulnerabili e, allo
stesso tempo, utili elementi per la validazione dei modelli fi sici.
Tenuto conto, infatti, delle frequenze elevate di eventi alluvionali
e fenomeni franosi, la documentazione sugli eventi del passato, co-
stituisce una delle maggiori fonti di informazioni sulla presenza e
sull’estensione degli eventi e un’indicazione preliminare delle aree
sensibili (C
ŒUR
& L
ANG
, 2008). Ciò è particolarmente evidente
quando gli eventi sono brevi e con alti livelli di incertezza, come
quello qui modellato, verifi catosi nel bacino idrografi co del Fiume
Versilia, il 19 giugno 1996.
the sub watersheds and in the channels (P
ARIS
, 1996). The estimated
amount of involved solid material, the sediment deposition and the
total sediment load of the simulation show a good agreement with the
surveyed quantity (Tab. 1).
At the same time, the shape of the sedigraph shows two different
peak of sediment transport (Fig. 4a). The fi rst due to the sediment
movement activated during the fi rst shower. The second due to the
maximum discharge. Moreover the value of sediment concentration
(Fig. 4b), highlights as the fi rst sediment wave presents larger values
(180 kg/m
3
) than the second one (90 kg/m
3
), which is a very reliable
result considering the higher availability of sediments in the fi rst part
of the event due to the dry soil conditions. The spatial distribution
of sediments production was also analyzed. The results also in this
case underline the inadequacy of the ground rainfall measurements to
represent the complex spatial distribution and correlation of rainfall
event (B
ECCHI
et alii, 1999).
THE RECONSTRUCTION OF PAST SCENARIOS
The data of past fl ood events can be considered as a preliminary
index for the vulnerable areas assessment and at the same time suit-
able elements of validation for physical models. Given in fact the
elevated frequencies of alluvial phenomena, the documentation on
past events constitutes one of the greater sources of information on
the presence and on the extension of the events and a preliminary
indication of the susceptible hazardous areas (C
ŒUR
& L
ANG
, 2008).
This is particularly evident when the events have short lead times
and high levels of uncertainty, as the one analyzed here, occurred in
Versilia river basin, on 19 June 1996.
Moreover, the use of historical fl ood information is particu-
Fig. 4 - a) Andamento del carico sedimentologico, durante l’evento, alla sezione fl uviale di Seravezza. b) Andamento della concentrazione di sedimenti, durante
l’evento, alla sezione fl uviale di Seravezza
- a) Sedigraph of the event at the Seravezza river cross section. b) Concentration of sediment at the Seravezza river cross-section
background image
INTEGRAZIONE DELLA MODELLAZIONE DEGLI EVENTI ESTREMI CON I DATI STORICI E
LA PERCEZIONE DEL RISCHIO DELLE CALAMITÀ NATURALI
14
E. CAPORALI, T. PILEGGI & G. FEDERICI
Inoltre, non trattandosi in questo caso di eventi ipotetici (come
quelli provenienti dalla modellazione), questo tipo di dati possono
essere effi cacemente utilizzati dagli studiosi come appoggio alla co-
municazione dei loro risultati a grandi gruppi di destinatari, tra cui i
decisori e i mass media che spesso non hanno familiarità con il lin-
guaggio della scienza (A
NDAH
et alii, 2002; D
E
M
OEL
et alii, 2009).
Il miglioramento, infatti della percezione del rischio della collettività
così come degli allarmi alluvionali, è molto importante è deve essere
volto a ridurre le perdite di vite umane (M
ONTZ
& G
RUNTFEST
, 2002).
Sfortunatamente, la zona della Versilia vanta una storia di alluvio-
ni (P
AGLIARA
, 2001). Le biblioteche e gli archivi storici locali conser-
vano relazioni tecniche, mappe, fotografi e, che documentano le frane
e le alluvioni avvenute e i danni provocati. Come indicato dal Santini
(1858-1862), fi n dal 1386 esistevano statuti speciali che imponevano
la manutenzione dei fi umi per la protezione dalle inondazioni .
I dati mostrano che le inondazioni storiche più gravi si sono veri-
fi cate negli anni 1774, 1885, 1902 e 1996. Nell’archivio dell’Uffi cio
Regionale per la Tutela del Territorio di Lucca (Italia) è conservato
un intero faldone contenente, in modo dettagliato, gli studi effettuati
dai tecnici del Regio Genio Civile di Lucca, per il ricostruzione nel
bacino del fi ume Versilia, dopo la disastrosa alluvione che si è veri-
fi cata il 25 settembre 1885. La fi gura 5 mostra le zone inondate nelle
alluvioni del 1885 e del 1996.
I dati relativi alle alluvioni storiche e i risultati delle modellazio-
ni, sono state integrate, mediante i GIS, in un geodatabase (P
ILEGGI
,
larly valuable, as historical fl oods are not hypothetical events (like
the modeled ones), and can therefore be more easily understood
by decision makers and the mass media, that often are not famil-
iar with the language of science (A
NDAH
et alii, 2002; D
E
M
OEL
et
alii, 2009). Improvement, in fact, in enhancing risk perception of
communities as well as in warnings of fl ash - fl ood events, is still
desirable and must be aimed at human life losses reduction (M
ONTZ
& G
RUNTFEST
, 2002).
Unfortunately the Versilia region boasts a history of fl oods
(P
AGLIARA
, 2001), all well documented. The libraries and historical
Versilia archives maintain, in fact, several technical reports, maps,
pictures documenting fl ood and landslide events, as well as the con-
sequent damages. As stated from Santini (1858-1862), since 1386
existed special statutes, imposing rivers maintenance for protection
against fl oods.
Historical data testify that the biggest historical fl oods event have
occurred in the years 1774, 1885, 1902 and 1996. In the archive of
Regional Offi ce for Territory Protection of Lucca (Italy), an ancient
folder describes and documents, in a detailed way, the studies carried
out by the technicians of the “Royal Civil Engineers Corp” of Lucca,
for the Versilia river basin recovery, after a disastrous fl ood event oc-
curred on September 25th, 1885. Fig. 5 shows the inundated areas in
the fl ood events of 1885 and 1996.
A geographic database for fl ood risk assessment, integrating dia-
chronic data and models results, as well as all the models input data,
Fig. 5 - Aree allagate durante gli eventi alluvionali del 1885 e del 1996
- Flooded areas in 1885 and 1996
background image
INTEGRATING EXTREME EVENTS MODELING WITH DIACHRONIC DATA AND
RISK PERCEPTION OF NATURAL HAZARDS
15
Italian Journal of Engineering Geology and Environment, Special Issue 1 (2011)
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www.ijege.uniroma1.it
has been implemented (P
ILEGGI
, 2007). The database consents to reaf-
fi rm the recognized signifi cance of the knowledge of past events and
history of the territory, and at the same time emphasize the impor-
tance of a multidisciplinary approach, connecting the instruments of
historical geography with those used for applied sciences.
HUMAN EXPOSURE TO FLASH FLOODS
Based on the event that affected the Versilia region on June
1996, the authors recently and preliminarily attempt to combine the
dynamics of the event together with human exposure, to investigate
the detailed hydrometeorological circumstances that lead to acci-
dental casualties and to better understand the predominant physical
factors of risk.
According to R
UIN
et alii (2009), the fi rst step is to better under-
stand the circumstances in which the accidents occurred, both under
the social aspect and under the hydrometeorological conditions. Us-
ing cross analysis techniques, the existing relations between infor-
mation on the fatal casualties and the prevailing hydrometeorologi-
cal conditions, encountered in the area where the accident occurred,
are investigated.
Flash fl oods frequently occur in small basins where physical
characteristics are often rather limited for their reduced spatial ex-
tension and because the availability and reliability of data. Meas-
urement stations in small river basins are, in fact, scarcely diffused
and in any case data are affected by intense storms concentrated on
small areas and have a scarce reliability. The integration of all the
available information, from models results and/or from diachronic
data became crucial to investigate on the human exposure to natural
hazards.
As far as the records on the social consequences of fl ash fl oods, is
concerned, they are often fragmented and too heterogeneous because
are collected, during or shortly after the state of emergency, by public
media or by institution involved in fl ash fl ood response (rescue serv-
ices, medical care facilities, ..etc) for their respective competences
and often not completely summarized in offi cial reports.
The attempt to investigate human exposure to Versilia fl ash fl ood
event on 19
th
June 1996, start by an “exploratory_survey” of all exist-
ing data source: institutional report, scientifi c publications, histori-
cal data inventory, archival documents, and above all newspapers.
A useful starting point has been the AVI project (C
ARDINALI
et alii,
1998) an inventory of areas. in Italy, historically affected by geologi-
cal (landslides) and hydraulic (fl oods) disasters, commissioned by
the Department of Civil Protection to the National Group for Preven-
tion of Hydrogeological Hazards (GNDCI) of the National Research
Council (GNDCI-CNR, 1995-2007).
The chronology of the event, the sequence of interventions, and
documented victims and accidents have been both temporally and
spatially located and schematically presented. This census is still in
progress, more data need to be collected and data processing to be
completed.
2007). Il database geografi co implementato consente di riaffermare il
riconosciuto rilievo del ruolo della conoscenza degli eventi del passa-
to e della storia del territorio e l’importanza di un approccio multidi-
sciplinare, che colleghi gli strumenti della geografi a storica con quelli
utilizzati dalle scienze applicate.
ESPOSIZIONE SOCIALE ALLE ALLUVIONI
Sulla base dell’evento che ha colpito la zona della Versilia nel
giugno del 1996, gli autori hanno recentemente tentato di associare
le dinamiche dell’evento con l’esposizione sociale, al fi ne di indagare
sulle dettagliate circostanze idrometeorologiche che provocano vitti-
me accidentali e per meglio capire i principali fattori di rischio.
Secondo R
UIN
et alii (2009), il primo passo è quello di compren-
dere meglio le circostanze in cui si sono verifi cati gli incidenti, sia
sotto l’aspetto sociale che, sotto l’aspetto idrometeorologico. Utiliz-
zando tecniche di cross analysis, si ricercano le relazioni esistenti fra
informazioni sulle vittime e le principali condizioni idrometeorologi-
che riscontrate nell’area in cui l’incidente si è verifi cato.
Le piene improvvise sono frequenti in piccoli bacini idrografi ci in
cui le caratteristiche fi siche sono spesso piuttosto limitate, sia per la
loro ridotta estensione spaziale, sia per la disponibilità e l’affi dabilità
dei dati. Le stazioni di misura in piccolo bacini idrografi ci sono infatti
poco diffuse e in ogni caso i dati sono infl uenzati da eventi di forte
intensità concentrati su piccole aree ovvero possono essere affetti da
errori di misura.
L’integrazione di tutte le informazioni disponibili, dei risultati
dei modelli e/o dei dati storici sugli eventi del passato, diventa fon-
damentale nelle indagini sull’esposizione sociale ai pericoli naturali.
Per quanto riguarda le rilevazioni delle conseguenze sociali delle
piene improvvise, esse sono spesso frammentarie e troppo eteroge-
nee poiché le informazioni sono raccolte, durante o poco dopo lo
stato di emergenza, dai media o dalle istituzioni pubbliche coinvolte
(servizi di soccorso, le strutture di assistenza medica, etc ..) per la
loro rispettive competenze e quasi mai sono organicamente riportate
in relazioni uffi ciali.
Il tentativo di indagare sull’esposizione sociale all’evento allu-
vionale verifi catosi in Versilia il 19 giugno 1996, ha inizio con un
“rilevamento esplorativo” di tutte le fonti di dati esistenti: rapporti
istituzionali, pubblicazioni scientifi che, dati storici, documenti di
archivio, e soprattutto fonti cronicistiche. Un utile punto di partenza
è stato il progetto AVI (C
ARDINALI
et alii, 1998), un inventario delle
aree, storicamente colpite da calamità geologiche (frane) ed idrau-
liche (alluvioni) in Italia, commissionato dal Dipartimento della
Protezione Civile al Gruppo Nazionale per la Difesa dalle Catastrofi
Idrogeologiche (GNDCI) del Consiglio Nazionale delle Ricerche.
La cronologia dell’evento, le sequenza degli interventi e le vittime
documentate sono stati collocati sia temporalmente che spazial-
mente e schematicamente presentati. Questo censimento è ancora
in itinere, altri dati devono essere ancora raccolti e l’elaborazione
dei dati conclusa.
background image
INTEGRAZIONE DELLA MODELLAZIONE DEGLI EVENTI ESTREMI CON I DATI STORICI E
LA PERCEZIONE DEL RISCHIO DELLE CALAMITÀ NATURALI
16
E. CAPORALI, T. PILEGGI & G. FEDERICI
MIGLIORAMENTO DELLA PERCEZIONE DEI RI-
SCHI NATURALI
Un’importante attività svolta nell’ambito del miglioramento della
percezione dei rischi naturali è stata la realizzazione di attività for-
mative destinate al personale che opera sul territorio con diverse fun-
zioni e in diversi ambiti (i.e. polizia municipale, polizia provinciale,
corpo forestale dello stato, associazioni di volontariato etc.), e che
negli stati di allerta per calamità naturali e in situazioni di emergenza,
possono essere coinvolti nelle attività di Protezione Civile.
Presso il CERAFRI (CEntro per la Ricerca e l’Alta Formazione
per la prevenzione del Rischio Idrogeologico), fondato da EIM (Ente
Italiano della Montagna) e dal Comune di Stazzema, nel 2005, sono
stati organizzati una serie di corsi e tirocini formativi per gli operatori
coinvolti nei sistema di allerta e nelle operazioni di Protezione Civile
(CERAFRI, 2005).
Le attività sono scaturite dall’esigenza della Regione Toscana di
realizzare, per il proprio personale, corsi di formazione continua con
particolare riferimento all’organizzazione di specifi ci presidi territo-
riali, in aree che non risultano di norma coperte da sistemi di prean-
nuncio di eventi idrogeologici calamitosi, come ad esempio le aree
montane e del reticolo idrografi co minore. I corsi hanno avuto lo scopo
di preparare gli operatori sul territorio alla comprensione del principali
fenomeni che generano le condizioni di rischio idraulico e da frana e
dunque di migliorare la loro percezione dei precursori di evento.
Si è trattato, in primo luogo, di individuare un insieme di esigenze
formative relative a “conoscenze di base” sul rischio idraulico e di
frana, sulle quali sviluppare percorsi formativi specifi ci, rivolti sia a
tecnici e amministratori della Pubblica Amministrazione sia al volon-
tariato e agli altri operatori.
Le attività di Protezione Civile, infatti, coinvolgono personale
con ruoli e professionalità estremamente differenziate, che durante
gli eventi calamitosi deve operare in modo coordinato, per non osta-
colare un’effi cace e sinergica realizzazione degli interventi complessi
e multidisciplinari a cui è chiamato a partecipare.
Gli obiettivi formativi sono stati collegati alle competenze e
all’esperienza delle persone, e sono state anche previste, attività for-
mative individuali in autoapprendimento, fi nalizzate a colmare le ca-
renze e debiti formativi riscontrati.
Il cardine della strategia formativa è stata infatti l’analisi prelimi-
nare dei fabbisogni formativi dei destinatari sui quali è stato impian-
tato tutto il programma didattico.
Il percorso formativo è stato indirizzato fondamentalmente in due
direzioni:
- Corso RIF-A, destinato a tutte le tipologie di operatori che sono
coinvolti negli stati di criticità a livello di un singolo Bacino Idro-
grafi co (polizia municipale e provinciale, operatori del volonta-
riato, personale della comunità montana, etc);
- Corso RIF-B, destinato prevalentemente ai Coordinatori di attività
di Protezione Civile.
Oltre ad attività didattiche di base, approfondimenti, esercitazioni
ENHANCING NATURAL HAZARDS PERCEPTION
A very important activity, in the framework of the enhancing
natural hazards perception, has been the realization of educational
activities dedicated to the personnel that work on the territory with
different roles and in different areas (i.e. municipal police, pro-
vincial police, Italian national forest body, voluntary association,
etc.) that in the early warning of natural hazards and in emergency
states can be involved in the warning system and the Civil Protec-
tion Activities.
At CERAFRI (CEntro di Ricerca ed Alta Formazione per la pro-
tezione dal Rischio Idrogeologico - Center for research and high
education for prevention of hydrogeological risk), in 2005, a series
of training courses and stages for personnel involved in the warn-
ing system and civil protection operations, have been organized
(CERAFRI, 2005).
The activities, are originated from the necessity of Tuscany Re-
gion to realize continuing education courses for their personnel, with
particular attention to the organization of specifi c territory protection
services in regions that usually are not covered by warning systems
of disastrous hydrogeological events, such as mountainous areas and
the minor hydrographic network. The courses had the purpose of pre-
paring personnel to understand the main phenomena that create the
conditions for hydraulic and landslide risk on the territory, therefore
to enhance their perception of event precursors.
As fi rst step, a set of training requirements related to the “basic
knowledge” on landslides and hydraulic risk, on which to develop
specifi c training courses, addressed to technician and administrators,
to the voluntary association and to all the other sector operators, has
been identifi ed.
The Civil Protection activities, in fact, involve many actors with
very different roles and skills, that must operate in a coordinated
manner during the natural disasters, not to hinder effective and syn-
ergic development in complex and multidisciplinary interventions
that are taking part.
Training objectives have been linked to the expertise and experi-
ence of people and have also been provided, for example, individual
learning activities, aimed at fi lling knowledge gaps and debits.
The main point of the training strategy has been, in fact, the pre-
liminary analysis of educational needs of recipients on which the cur-
riculum have been successfully developed.
The training course was directed primarily in two directions:
- RIF-A course, directed to all types of operators that are involved in
critical states in terms of a single river basin (municipal and pro-
vincial police, Italian national forest body, voluntary association);
- RIF-B course, directed predominately to the coordinators of civil
protection activities.
In addition to basic education activities, studies in depth, exer-
cises in the classroom and technical visits, the training has had one
important phase in operational exercise. A joint exercise has been or-
background image
INTEGRATING EXTREME EVENTS MODELING WITH DIACHRONIC DATA AND
RISK PERCEPTION OF NATURAL HAZARDS
17
Italian Journal of Engineering Geology and Environment, Special Issue 1 (2011)
© Casa Editrice Università La Sapienza
www.ijege.uniroma1.it
in aula e visite tecniche, il percorso formativo si è concluso con eser-
citazioni operative sul campo per ogni singolo corso.
È stata infi ne organizzata una esercitazione congiunta degli allie-
vi dei due corsi (oltre 60 persone) durante la quale è stato simulato
uno stato di allarme alluvionale (i.e. evento di precipitazione di ele-
vata intensità) e sono stati predisposti dei presidi territoriali costituiti
da gruppi di allievi. Sotto il coordinamento del Centro di Protezione
Civile locale, gli allievi sono stati impegnati in attività di monitorag-
gio e controllo di stati di rischio simulati con lo scopo di applicare e
verifi care il bagaglio formativo conseguito.
OSSERVAZIONI CONCLUSIVE
In questo lavoro è stata approfondita l’analisi del disastroso even-
to alluvionale che si è verifi cato il 19 giugno 1996 nei bacini idrogra-
fi ci montani delle Alpi Apuane (Italia centrale). L’attenzione è stata
particolarmente focalizzata sui fenomeni idrologici e sedimentologici
che hanno coinvolto il bacino idrografi co del fi ume Versilia (di circa
105 km
2
), il più colpito durante l’evento.
Il bacino idrografi co del fi ume Versilia è stato considerato come
un laboratorio naturale per il quale, integrando le informazioni stori-
che delle inondazioni con i risultati provenienti dalla modellazione, è
stato implementato un geodatabase. Recentemente, questo database è
stato aggiornato con le informazioni sulla dinamica degli eventi e con
la sequenza degli interventi; sono stati inserite, collocandole spazial-
mente e temporalmente, le informazioni su vittime e incidenti.
L’obiettivo verso cui stanno lavorando gli autori è quello di com-
binare tutte le informazioni disponibili sull’evento, con l’esposizione
social al rischio, per meglio comprendere i fattori fi sici predominanti
nelle situazioni di rischio e per analizzare le condizioni idrometeoro-
logiche che possono portare a perdite di vite umane.
ganized for the students of the two courses (more than 60 students).
A fl ood warning has been given (due to an elevated intensity pre-
cipitation event) and protection services of group of students have
been established. Under the coordination of the local Civil Protection
Centre, the students have been involved in monitoring and control
activities with the aim to apply and verify the acquired knowledge
and competences.
CONCLUSIVE REMARKS
The disastrous fl ash - fl ood event occurred on 19 June 1996 in
the mountain river basins of the Apunian Alps, North-West Tuscany,
Central Italy, has been taken into consideration. The attention has
been particularly focused on the hydrological and sedimentological
phenomena that involved the Versilia river basin, the most affected
during event, that covers an area of about 105 km
2
.
The Versilia catchment has been considered as a natural labora-
tory on which a geodatabase, integrating historical fl ood informa-
tion and modeling results has been implemented. The database has
been recently upgraded with the information on the event dynamic
and the sequence of the interventions. Casualties and accidents
have been recorded in the database and have been located in time
and space.
The objective towards the authors are working is to combine all
the information available on the event with the human exposure to
risk to better understand the predominant physical factors of risk
and to analyze hydrometeorological conditions that lead to acciden-
tal casualties.
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