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87
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-07
F
RANCESCO
SDAO
(*)
, A
URELIA
SOLE
(**)
,
S
TEFANIA
PASCALE
(**)
& L
UCIANA
GIOSA
(**)
(*)
Università degli Studi della Basilicata - Dipartimento di Strutture, Geotecnica, Geologia Applicata - Potenza, Italy - E-mail: francesco.sdao@unibas.it
(**)
Università degli Studi della Basilicata - Dipartimento di Ingegneria e Fisica dell’Ambiente - Potenza, Italy
LA VULNERABILITÀ SISTEMICA IN AREE URBANIZZATE ESPOSTE
AL RISCHIO COMBINATO DI FRANE ED INONDAZIONI
SYSTEMIC VULNERABILITY IN URBANIZED AREAS EXPOSED
TO COMBINED RISK OF LANDSLIDE AND FLOOD
RIASSUNTO
Questo lavoro analizza la “vulnerabilità sistemica” di un’area ur-
bana complessa in occasione di un evento combinato di frana e di allu-
vione. La metodologia proposta differisce da quelle tradizionali basate
su un approccio fi sico, poichè si riferisce alla stima della “vulnerabilità
sistemica” che misura le relazioni tra l’intensità degli eventi estremi e
le conseguenze dirette e indirette di tali eventi sul sistema territoriale.
La stima della vulnerabilità sistemica è basata sull’applicazione di
un modello di “vulnerabilità sistemica”, ovvero un modello matemati-
co-decisionale atto a valutare la vulnerabilità di un sistema territoriale
complesso ad un evento combinato di frana e di alluvione utilizzando
un gruppo di “indicatori di pressione” per defi nire, qualitativamente e
quantitativamente, l’infl uenza esercitata sul sistema “territorio” da vari
fattori come ad esempio, quelli fi sici, sociali, economici, ecc.
In particolare, il modello stima il grado di esposizione a rischio
combinato di frane e alluvioni. Questo accade per esempio quando
eventi naturali diversi si verifi cano contemporaneamente o sono tra
loro interconnessi. Per esempio, una frana, ostruendo un corso d’ac-
qua, può determinare una sorta di diga, la cui rottura può generare
effetti disastrosi a valle .
Il modello, costruito in ambiente GIS, si sviluppa secondo le se-
guenti fasi:
1. caratterizzazione topologica del sistema territoriale studiato e sti-
ma degli scenari relativi di frane e alluvioni;
2. analisi delle conseguenze dirette sul sistema relativamente ad uno
specifi co scenario;
3. defi nizione della vulnerabilità sistemica.
La vulnerabilità del sistema dovuta alla combinazione degli eventi
calamitosi è stata valutata nell’area urbana di Potenza, (Italia meridiona-
le), la quale è un’area caratterizzata da un diffuso dissesto idrogeologico.
Si tratta di un’area urbana complessa per la presenza di molti elementi
che possono essere, direttamente o indirettamente, coinvolti durante un
evento disastroso: strade, abitazioni, centri funzionali e produttivi.
L’applicazione mostra che nel caso di un evento combinato di fra-
ne e alluvioni, la perdita di funzionalità degli elementi, che si trovano
all’interno dell’area a rischio, può infl uenzare la funzionalità degli
elementi ubicati esternamente a tali aree, ma, relazionati direttamente
o indirettamente con i primi.
ABSTRACT
This paper aims to analyze the systemic vulnerability of an area
as complex as urban when a fl ood and landslide occurs. The proposed
approach of vulnerability evaluation, differs from those who prefer
the traditional physical sense because of it provides an analysis of
“systemic vulnerability” measuring the relationship between extreme
event’s magnitude and direct and indirect consequences of this event
on the territorial system.
The model is an application of a mathematician-decisional model
action to estimate the vulnerability of a complex territorial system
to the landslide and fl ood events. The model uses a group of “pres-
sure pointers” in order to defi ne, qualitatively and quantitatively, the
infl uence exercised on the territory system from factors like as an
example, those physicists, social, economic, etc.
In particular, the model assesses the degree of exposure to the com-
bined risk of natural phenomena as landslide and fl ood. This occurs,
for example, when different natural events trigger at the same time, or
are linked one to the other. For instance, landslides may obstruct the
regular stream fl ow and produce a dam breaking effect downstream.
This model, anchored in a GIS system, is characterized by the
following phases:
1. topological characterization of the studied territorial system and
assessment of the scenarios in terms of spatial landslide and fl ood
hazard;
2. analysis of the direct consequences of a scenario event on the sys-
tem;
3. defi nition of the assessing model of the systemic vulnerability in
combined landslide and fl ood areas.
The vulnerability of the system due to combined landslide and
fl ood areas was evaluated in the urban area of Potenza city, in the
south of Italy, which is well known for being characterized by a wide-
spread state of hydrogeological upheaval. This is an area complicated
by the presence of many elements that may be involved directly or
indirectly during the disaster: roads, houses, offi ces, industries.
The application shows that, during a combined landslide and
fl ood event, the loss of functionality of the elements that fall within
the risk areas may affect the functionality of elements farther but re-
lated, directly or indirectly, with them.
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LA VULNERABILITÀ SISTEMICA IN AREE URBANIZZATE ESPOSTE AL RISCHIO COMBINATO DI FRANE ED INONDAZIONI
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F. SDAO, A. SOLE, S. PASCALE & L. GIOSA
The proposed procedure is to act as a support in planning de-
cisions, in analyses of the consequences of combined landslide and
fl ood events on complex territorial systems, and in defi ning interven-
tion priorities.
K
EY
WORDS
: systemic vulnerability, network of infl uence, landslide and fl ooding
INTRODUCTION
Landslides, fl oods, earthquakes can produce catastrophic effects
on a given urbanized territory (AA. VV., 1983; G
ULLÀ
& S
DAO
, 2001;
P
ETRUCCI
& P
OLEMIO
, 2003). Not only they often cause loss of hu-
man lives but they can also cause more or less serious damage to the
so-called “vulnerable elements” of the territory, such as buildings or
infrastructure as well causing damage and temporary or permanent
malfunctioning of economic, service and productive activities.
It is obvious, therefore, that is important, even during the plan-
ning phase of a city, the knowledge of the most likely catastrophic
scenarios that could verify and the consequences of prevention and
mitigation actions. For this a careful and effective planning can make
use of information, methodologies and tools that the scientifi c com-
munity provides and constantly updates.
A vulnerability model on combined landslide and fl ood risk is
exposed in this work. It is a systemic model because of the all urban
system is considered: in this case we evaluate the physic vulnerabil-
ity and the vulnerability derived from the loss of functionality of the
territorial and infrastructural elements involved in the disaster. This
model already proposed for the study of systemic vulnerability in
landslide prone areas at risk or of landslide (P
ASCALE
et alii, 2010), or
at risk of inundation (P
ASCALE
et alii, 2009) is has been appropriately
modifi ed and supplemented to take into account the combined vulner-
ability of two events that can occur in the same time.
The combined vulnerability is defi ned by a mathematical
model-making and relies on a network of infl uence that takes into
account the functional relationships between elements that make
up the urban system. The proposed assessment model is based on
the studies of T
AMURA
et alii, 2000; E
ZELL
et alii, 2000; H
AIMES
&
J
IANG
, 2001; M
INCIARDI
et alii, 2004; M
INCIARDI
et alii, 2006; P
AS
-
CALE
et alii, 2009; P
ASCALE
et alii 2010, and regards vulnerability
not as a characteristic of a particular element at risk but as the
specifi city of a complex territorial system whose diverse elements
are functionally related.
This analysis is based on the identifi cation of existing functionali-
ties. You can not give an overall assessment of functionality of a ter-
ritorial system without taking into account the relationships among its
subsets; In fact, the overall functionality of the system, may decrease
due to direct stress on the individual components of the territorial
system, either due to loss of function induced by the links between the
different subsets. This claim becomes clear when one considers, for
example, a hospital attached to the neighboring urban centers through
a single road. if for some reason (eg a fl ood) that road is not pass-
La procedura proposta può essere utilizzata come supporto nelle
decisioni di pianifi cazione territoriale, nelle analisi delle conseguenze
degli eventi combinati di frana e alluvioni su sistemi territoriali com-
plessi, e nella defi nizione delle priorità di intervento.
T
ERMINI
CHIAVE
: vulnerabilità sistemica, reti di infl uenza, frane ed inondazioni
INTRODUZIONE
Frane, inondazioni, sismi possono produrre effetti disastrosi qualo-
ra interessino direttamente aree urbanizzate (AA. VV., 1983; G
ULLÀ
&
S
DAO
, 2001; P
ETRUCCI
& P
OLEMIO
, 2003). Oltre a provocare perdite di
vite umane, che costituiscono la condizione prioritaria di prevenzione
ed intervento, possono danneggiare in maniera più o meno seria i co-
siddetti “esposti vulnerabili” presenti sul territorio, come ad esempio
costruzioni o infrastrutture, e provocare danni e disservizi temporanei o
permanenti alle attività di servizio, economiche e produttive. E’ eviden-
te, pertanto, l’importanza di conoscere, già durante la fase di pianifi ca-
zione urbana, gli scenari possibili conseguenti a un certo evento cata-
strofi co con assegnata probabilità di accadimento e, infi ne, gli effetti di
eventuali azioni di prevenzione e mitigazione posti in essere nella fase
pianifi catoria. A tale scopo un’accorta ed effi cace pianifi cazione deve
avvalersi delle informazioni, delle metodologie e degli strumenti che
la comunità scientifi ca mette a disposizione e costantemente aggiorna.
Nel presente lavoro si illustra un modello di vulnerabilità al rischio
combinato di frana e inondazione di tipo sistemico, che e considera il
sistema urbano nella sua interezza, considerando oltre alla vulnerabili-
tà fi sica anche una vulnerabilità indotta dalla perdita di funzionalità dei
diversi elementi territoriali e infrastrutturali interessati dall’evento. Tale
modello già proposto per lo studio della vulnerabilità sistemica in aree
soggette separatamente al rischio di frana (P
ASCALE
et alii, 2010) e al
rischio di inondazione (P
ASCALE
et alii, 2009) è stato opportunamente
modifi cato e integrato per tenere in conto della vulnerabilità combinata
di due eventi che possano verifi carsi in concomitanza. La vulnerabilità
combinata è stimata mediante un modello matematico-decisionale e si
basa su una rete di infl uenza che tiene in conto le relazioni funzionali in-
tercorrenti tra gli elementi che compongono il sistema territoriale urbano.
Il modello proposto si basa sugli studi di T
AMURA
et alii, 2000; E
ZELL
et
alii, 2000; H
AIMES
& J
IANG
, 2001; M
INCIARDI
et alii, 2004; M
INCIARDI
et
alii, 2006; P
ASCALE
et alii, 2009; P
ASCALE
et alii, 2010 e considera la vul-
nerabilità non come caratteristica di un particolare elemento territoriale
ma, come caratteristica di un sistema complesso in cui gli elementi sono
tra loro funzionalmente legati. Tale analisi si basa sull’individuazione
delle funzionalità esistenti. Non si può dare una valutazione complessiva
della funzionalità di un sistema territoriale senza tenere in debito conto le
relazioni tra i suoi sottoinsiemi; la funzionalità complessiva del sistema,
infatti, può diminuire sia a causa delle sollecitazioni dirette sui singoli
componenti del sistema territoriale, sia a causa delle perdite di funzio-
nalità indotte dai legami esistenti tra i diversi sottoinsiemi. Prendendo in
considerazione, ad esempio, un ospedale collegato ai centri urbani limi-
trofi tramite un’unica strada: se, per qualche motivo (es. un’inondazione)
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SYSTEMIC VULNERABILITY IN URBANIZED AREAS EXPOSED TO COMBINED RISK OF LANDSLIDE AND FLOOD
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Italian Journal of Engineering Geology and Environment, Special Issue 1 (2011)
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tale strada non è transitabile, l’ospedale perde la propria funzionalità an-
che se non ha subito nessun danno diretto. Qualora il sistema territoriale
fosse colpito da inondazione e/o da frana, l’approccio può essere utiliz-
zato per individuare sia l’elemento più “critico”, quello che presenta una
perdita maggiore della propria funzionalità, sia l’elemento “decisivo”,
quello con maggiori ripercussioni sul sistema e, pertanto, avente un ruolo
decisivo nella gestione dell’emergenza.
L’APPROCCIO METODOLOGICO
In generale, le metodologie messe a punto per valutare la vulne-
rabilità di un sistema territoriale privilegiano soprattutto l’accezione
fi sica della stessa, defi nendola come misura dei danni fi sici che l’ele-
mento subisce a seguito di un qualsiasi evento esterno (F
ERA
, 1991;
G
ALLI
& G
UZZETTI
, 2007). Quando si passa dall’analisi di vulnerabi-
lità del singolo manufatto a quella dell’insediamento o, addirittura,
di una città si incontrano una serie di diffi coltà di tipo concettuale ed
operativo che dipendono dalla complessità della realtà in cui si opera
e dall’elevato numero degli elementi coinvolti e delle loro relazioni.
Complessità e molteplicità degli elementi fi niscono, di fatto, per ac-
crescere la vulnerabilità dei singoli oggetti.
Quando l’analisi di vulnerabilità è estesa ad un ampio contesto
territoriale come quello di una città, non si può prescindere dal consi-
derare l’oggetto di studio come un sistema, o meglio, l’insieme di più
sistemi (M
INCIARDI
et alii, 2004; M
INCIARDI
et alii, 2006; P
ASCALE
et
alii, 2009; P
ASCALE
et alii, 2010; T
AMURA
et alii, 2000; E
ZELL
et alii,
2000; H
AIMES
& J
IANG
, 2001).
La lettura del sistema territoriale, in questo caso, consiste nell’iden-
tifi care, da una parte, le sue componenti e dall’altra le sue connessioni o
interazioni. A questo scopo si propone una procedura basata sulla sche-
matizzazione del territorio attraverso una rete G(E,A) (Fig. 1), dove E è
l’insieme dei nodi e A è l’insieme degli archi che li connettono (P
ASCA
-
LE
et alii, 2009; P
ASCALE
et alii, 2010; S
DAO
et alii, 2010).
I nodi appartenenti all’insieme E rappresentano tutti gli elementi
territoriali rilevanti per il sistema: il danneggiamento o la mancata
funzionalità di uno di questi elementi può infl uenzare in maniera
sensibile la corretta funzionalità del sistema territoriale nel suo com-
plesso. Tali nodi possono rappresentare elementi territoriali puntuali
(come ospedali o caserme di polizia o dei vigili del fuoco), lineari
(come tratti di infrastrutture stradali, ferroviarie ecc.) o areali (come
quartieri residenziali o siti industriali).
Gli archi appartenenti all’insieme A, invece, rappresentano le infl uen-
ze che intercorrono tra le funzionalità dei diversi elementi territoriali, ov-
vero tra i diversi nodi. In particolare, si dice che un elemento “infl uenza”
un altro elemento quando la rottura o la diminuzione di effi cienza del
primo infl uisce in modo negativo sulla funzionalità del secondo.
able, the hospital loses its functionality although it has not suffered
any direct harm. If the territorial system was hit by fl ooding and / or
landslide, the approach can be used to identify the most “critical”, the
one that has a greater loss of its function and the most “important”
element, the one with more impact on the system and thus having a
decisive role in emergency management.
THE METHODICAL APPROACH
Generally, methodologies for assessing the vulnerability of
a territorial system prefer the physical sense; so the vulnerability
is defi ned as a measure of physical damage of which the element
is suffering as a result of any external event (F
ERA
1991; G
ALLI
&
G
UZZETTI
, 2007). When you switch from the analysis of vulnerabil-
ity of a single element to the entire establishment or, even, to a city,
there is a combination of conceptual and operational diffi culties that
depend on the complexity of the system considered and on the high
number of elements involved and their relationships. Complexity
and multiplicity of the elements end up, in fact, to increase the vul-
nerability of the objects.
When the analysis of vulnerability is extended to a wider territo-
rial system such as a city, the area of study must be considered as a
system, or rather, as a set of multiple systems (M
INCIARDI
et alii, 2004;
M
INCIARDI
et alii, 2006; P
ASCALE
et alii, 2009; P
ASCALE
et alii, 2010;
T
AMURA
et alii, 2000; E
ZELL
et alii, 2000; H
AIMES
& J
IANG
, 2001).
In this case, the reading of the territorial system is to identify the
one hand, its components and its connections, or other interactions.
For this reason, in this work the territory is described by a network
G(E, A) (Fig. 1), where E is the set of nodes and A is the set of links
(P
ASCALE
et alii 2009; P
ASCALE
et alii, 2010; S
DAO
et alii, 2010).
The nodes of E are all the relevant elements in the system. The
damage or lack of one feature of these elements can affect the proper
function of the territorial system as a whole. These nodes can repre-
sent spatial point elements (such as hospitals or fi refi ghters stations),
linear elements (such as roads, railways,..) or polygonal elements
(such as neighborhoods or industrial districts).
The links of A, instead, are the infl uences among the features of
the spatial elements (or nodes). In particular, an element infl uences
another element when the decrease in the effi ciency of the fi rst one
compromises the functionality of the second.
Fig. 1 - Schema della rete di infl uenza
- Scheme of network of infl uence
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LA VULNERABILITÀ SISTEMICA IN AREE URBANIZZATE ESPOSTE AL RISCHIO COMBINATO DI FRANE ED INONDAZIONI
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F. SDAO, A. SOLE, S. PASCALE & L. GIOSA
LE VARIABILI DELLA VULNERABILITÀ SISTEMICA
Quando si verifi ca un disastro naturale k, per ogni nodo i di E (set
di nodi) vengono defi nite le seguenti variabili:
: vettore di sollecitazione esterna agente sull’i-esimo elemento;
y
i
: funzione di vulnerabilità sia fi sica che socio-economica dell’ele-
mento i-esimo;
x
i
0
: livello di funzionalità intrinseca valutato esclusivamente sulla
base della sua integrità fi sica;
x
i
: livello di integrità funzionale valutato a partire dai soli legami
tra i vari elementi;
w
ij
(x
j
) : livello di infl uenza del j-esimo elemento sul livello di funzio-
nalità dell’i-esimo elemento.
VALUTAZIONE DEL VETTORE DI SOLLECITAZIONE ESTERNA
Le componenti del vettore corrispondono alle quantità fi si-
che che caratterizzano, per ogni elemento i, l’intensità dell’evento k.
Tali quantità possono essere modellate sia come un insieme di varia-
bili aleatorie congiunte, oppure, come variabili deterministiche nel
caso in cui si stia effettuando un’analisi di scenario. Per esempio, nel
caso di rischio da inondazione, tali componenti potrebbero ragione-
volmente corrispondere all’intensità dell’evento di inondazione (por-
tata, tirante idrico ecc.); mentre per il rischio di frana alla magnitudo
delle stessa che può essere espressa come i parametri caratteristici
delle frane (velocità, energia, dimensione ecc).
FUNZIONE DI VULNERABILITÀ SIA FISICA CHE SOCIO-ECO-
NOMICA
y
i
Tale funzione di vulnerabilità sia fi sica che socio-economica
y
i
defi nisce il livello di vulnerabilità di un elemento in occasione di un
evento k e, in funzione della calamità naturale considerata, fornisce,
una stima quantitativa dell’intensità del danno in seguito ad uno stress
sull’elemento i-esimo.
Facendo riferimento al caso più semplice di stress come quantità
scalare, la vulnerabilità può essere defi nita attraverso una funzione di
tipo esponenziale nota come funzione di Gauss. Tale curva è descritta
nell’Equazione 1 e mostrata in Fig. 2 (P
ASCALE
et alii, 2009; P
ASCALE
et alii, 2010), dove A, B e C rappresentano diverse categorie di ele-
menti a rischio alluvione e/o frana ognuna con differenti caratteristi-
che fi siche, sociali ed economiche. L’importanza di tali caratteristiche
aumenta passando dalla classe A a quella C.
SYSTEMIC VULNERABILITY VARIABLES
During a k disaster, for each i node of E (set of nodes) the follow-
ing variables are defi ned as:
: vector of external solicitation on i-th element;
y
i
: physical, social and economic vulnerability function of i-th
element;
x
i
0
: level of intrinsic functionality evaluated only by physical
integrity of the element;
x
i
: level of functional integrity also depends on the links between
the elements;
w
ij
(x
j
) : level of infl uence of the j-th element on the functionality level
of the i-th element
THE VECTOR OF EXTERNAL SOLICITATION EVALUATION
The components of the vector
are physical quantities and de-
scribe the intensity of the extreme event (k) for each element. These
quantities can be modeled either as a set of variables combined ran-
domly, either as deterministic variables, when a scenario is carried
out. For example, for fl oods, these components may be the inunda-
tion’s intensity (discharge, water depth, ..); while for the risk of land-
slides, they may be the their magnitude that can be expressed as the
characteristic parameters of landslides (speed, power, size, etc.).
THE PHYSICAL, SOCIAL AND ECONOMIC VULNERABILITY
FUNCTION
y
i
The function of vulnerability
y
i
evaluates the degree of vulner-
ability of an element when it is stressed by a natural disaster.
Therefore, it (related to the a particular disaster k) provides a
quantitative assessment of the damage intensity due to a stress on the
i-th element.
Considering the simplest case where stress is seen as a simple
scalar quantity, then the vulnerability can be defi ned by a curve which
corresponds to a mathematical function of exponential type, known
as Gaussian function. This function is described in Equation 1 and its
shape is shown in Fig. 2 (P
ASCALE
et alii, 2009; P
ASCALE
et alii, 2010),
where the categories A, B and C are sets of risk elements with differ-
ent physical, social and economic features. The importance of these
features moving from category A to C.
Fig. 2 - Curve di vulnerabilità per le differenti
categorie di elementi a rischio
- Vulnerability curve for the different
categories of risk elements
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SYSTEMIC VULNERABILITY IN URBANIZED AREAS EXPOSED TO COMBINED RISK OF LANDSLIDE AND FLOOD
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Italian Journal of Engineering Geology and Environment, Special Issue 1 (2011)
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La vulnerabilità di un elemento esposto ad una catastrofe naturale
varia da 0 (nessuna perdita) a 1 (perdita totale) ed è calcolata attraver-
so la seguente equazione:
d o v e è
lo
stress per il rischio considerato; a è una costante
che assume un valore pari a 2 ed è calcolata fi ssando le condizioni al
contorno (
= 0 e y = 0, dove y = 0 rappresenta 0% di vulnerabilità,
cioè nessuna perdita) e
 è una variabile che dipende dal tipo di
elemento a rischio, calcolata fissando le condizioni al contorno
( 3 <
<6; 0,3<y<1, in una condizione di media e alta vulne-
rabilità) ed è uguale a 0.02. Per tenere in debito conto le carat-
teristiche socio-economiche del singolo elemento e la densità di
popolazione dell’area considerata, l’equazione 1 è stata modifi cata
inserendo un fattore di correzione al parametro
risulta, pertan-
to, pari a 0 quando la densità di popolazione è minore di 5000 ab/
km
2
, 0.1 quando la densità di popolazione varia tra 5000 e 100000
ab/km
2
e 0.2, infi ne per densità maggiore di 100000 ab/km
2
.
LIVELLO DI FUNZIONALITÀ INTRINSECA
x
i
0
La funzionalità intrinseca
x
i
0
descrive le condizioni di integrità
funzionale dell’elemento territoriale considerato e dipende diret-
tamente dalla sua vulnerabilità senza prendere in considerazione
l’eventuale interconnessione funzionale con gli altri nodi o entità. La
variabile che esprime il livello di funzionalità intrinseca di un ele-
mento può assumere valori compresi nell’intervallo continuo tra 0
(funzionalità intrinseca ottimale) e 1 (funzionalità intrinseca scarsa).
dove
y
i
rappresenta il valore di vulnerabilità calcolata nel nodo
i-esimo e è un parametro che esprime la relazione tra il livello di
funzionalità
x
i
0
del nodo i e la vulnerabilità
y
i
, cioè esprime l’infl uen-
za del livello di vulnerabilità
y
i
dell’elemento i sulla sua funzionalità
intrinseca
x
i
0
; ossia la corrispondenza tra il danno fi sico e la perdita
di funzionalità.
IL LIVELLO DI INTEGRITÀ FUNZIONALE X
i
ED IL LIVELLO DI
INFLUENZA DEL J-ESIMO ELEMENTO SUL LIVELLO DI FUN-
ZIONALITÀ DELL’I-ESIMO ELEMENTO
w
ij
(x
j
)
Il livello di integrità funzionale
x
i
, oltre a fornire dati sulla funzio-
nalità del nodo i, dà anche informazioni relative alla funzionalità degli
altri nodi. Tale variabile assume valori tra 0 e 1. dove 0 indica la com-
pleta integrità funzionale dell’elemento territoriale e la totale perdita
di integrità. Per ciascun nodo considerato nello scenario di disastro, il
livello di integrità funzionale è espresso tramite la seguente equazione:
The vulnerability of the elements exposed to a natural disaster
varies from 0 (no loss) to 1 (total loss) and it’s calculated by the fol-
lowing equation:
(1)
where
is the stress in relation to the considered risk; a is a
constant which takes on a value equal to 2 and is calculated by fi x-
ing the boundary conditions (
= 0 e y = 0, where y = 0 represent
0% of vulnerability, i.e. no loss);
 variable which depends on
the risk element type (above mentioned category) calculated by fi x-
ing boundary conditions (3<
<6; 0,3<y<1 in a condition of medium
to high vulnerability) and is equal to 0.02. To take into account also
social and economic features of the element and of population den-
sity in a particular area, the equation 1 has been modifi ed, inserting
a correction factor to
 parameter.  is 0 when the population den-
sity is less than 5000 inhabitants on square kilometer, 0.1 when the
population density is between 5000 e 100000 inhabitants on square
kilometer and, fi nally, it is 0.2 when the population density is greater
than 100000 inhabitants on square kilometer.
THE LEVEL OF INTRINSIC FUNCTIONALITY
x
i
0
Intrinsic functionality
x
i
0
describes the conditions of functional
integrity of territorial elements and it is evaluated only by physical
integrity of the element. It directly depends on its physical vulnerabil-
ity. The variable
x
i
0
can take on values between 0 and 1: 1 indicates a
low value of intrinsic functionality (element outside the system) and
0, an optimal value of intrinsic functionality (optimal value means
that the element keeps on operating correctly after the event occured).
(2)
where
y
i
is the vulnerability in the i-th node calculated by the
equation (1), is a parameter which expresses the relation between
the level of functionality
x
i
0
of the i-th node and the vulnerabil-
ity
y
i
(it express the infl uence of the vulnerability level
y
i
of the i-th
element on its intrinsic functionality
x
i
0
, i.e. the nexus between the
physical damage and the loss of functionality).
THE LEVEL OF FUNCTIONAL INTEGRITY X
i
AND THE LEVEL
OF INFLUENCE OF THE J-TH ELEMENT ON THE FUNCTIONA-
LITY LEVEL OF THE I-TH ELEMENT
w
ij
(x
j
)
The level of functionality
x
i
describes the conditions of functional
integrity of the i-th element in relationship to the other nodes and it also
depends on the links between the elements. The variable
x
i
varies from 0
to 1, where 0 indicates complete functional integrity and 1 total loss of in-
tegrity. For each node within the specifi ed disastered scenario, a level of
functional integrity xi is attributed according to the following equation:
background image
LA VULNERABILITÀ SISTEMICA IN AREE URBANIZZATE ESPOSTE AL RISCHIO COMBINATO DI FRANE ED INONDAZIONI
92
F. SDAO, A. SOLE, S. PASCALE & L. GIOSA
dove la funzione
w
ij
(x
j
)
esprime il livello di infl uenza dell’elemento
j sul livello di funzionalità dell’elemento i. Per esempio, se a seguito di
un evento catastrofi co, un ospedale non subisce un danno fi sico, ma è
connesso da una sola strada che viene distrutta, l’ospedale non subirà una
perdita di funzionalità intrinseca, ma di integrità funzionale. Tale variabi-
le è espressa attraverso l’uso di una funzione monotona non decrescente
ed è defi nita a partire da dominio e codominio contenuti nell’intervallo
[0,1] (P
ASCALE
et alii, 2009; S
DAO
et alii, 2010). Essa mostra l’infl uenza
della funzionalità dell’elemento j sulla funzionalità dell’elemento i.
dove
a
ij
è un parametro che caratterizza l’arco, cioè la relazione
tra il nodo i e il nodo j. Si noti che:
- quando l’infl uenza di j su i è forte, ad una elevata riduzione del
livello di funzionalità dell’elemento i deve corrispondere una mode-
sta riduzione del livello di funzionalità dell’elemento j;
- quando l’infl uenza di j su i è debole, ad una modesta riduzione
del livello di funzionalità dell’elemento i deve corrispondere una mo-
desta riduzione del livello di funzionalità dell’elemento j.
INDICE GLOBALE DI FUNZIONALITÀ SISTEMICA
Il passo conclusivo della procedura è il calcolo dell’indice glo-
bale I di funzionalità del sistema defi nito come la media su tutti gli
elementi considerati dei valori di integrità funzionale:
Questo indice esprime il valore dell’integrità funzionale su tutti
gli elementi considerati nell’intervallo [0; 1] dove 0 indica nessuna
perdita funzionale, mentre 1 perdita totale di funzionalità.
L’AREA DI STUDIO
Lo scenario combinato di frana ed inondazione considerato in questo
lavoro interessa la località “Varco d’Izzo” del Comune di Potenza: si tratta
di un’area interessata da una recente e diffusa urbanizzazione, costellato
da estese trasformazioni antropiche e da alcune importanti vie di comu-
nicazione (S.S. Basentana, Linea ferroviaria Potenza-Metaponto). Qui il
Fiume Basento scorre in corrispondenza dell’area urbanizzata della città
ed il versante in sinistra del fi ume, su cui ricade la porzione urbana orien-
tale, è in gran parte interessato da grandi bacini di frana antica (Fig. 3).
Le caratteristiche geologiche, geomorfologiche e sismiche fanno
della Basilicata (Italia meridionale) una regione del Mediterraneo a
rischio, a causa dell’elevata intensità con cui si verifi cano i fenome-
ni geomorfologici. L’area è caratterizzata da movimenti di versante
rilevanti ed estesi. Vari sono i meccanismi di innesco: quelli che nor-
(3)
where the function
w
ij
(x
j
)
expresses the level of infl uence of j-th
element on functionality level of i-th element. For example, if fol-
lowing a catastrophic event, a hospital does not suffer damage, but is
connected by a single road that is destroyed, the hospital does not lose
its intrinsic functionality, but its functional integrity. A monotonous
non decreasing function characterized by the range (0, 1) can describe
the function wij(xj) (P
ASCALE
et alii, 2009; S
DAO
et alii, 2010). It can
represent the infl uence of j element functionality on i element func-
tionality through the following expression:
(4)
where
a
ij
is a parameter which characterizes the link, ie. the rela-
tion between the i-th and j-th node. Note that:
- when there is strong infl uence of j over i, a signifi cant decrease
in the level of the functionality of i element must correspond to a
small decrease in the level of functionality of the j element;
- in case of weak infl uence of j over i, a small decrease in the level
of the functionality i element must correspond to a small decrease in
the level of functionality of j element.
GLOBAL INDEX OF SYSTEMIC FUNCTIONALITY
In the proposed procedure the fi nal step is to calculate the global in-
dex I of systemic functionality: it is defi ned as the average value of func-
tional integrity of all the considered elements and it can be expressed as:
(5)
This index expresses varies from 0 to 1 where 0 indicates no func-
tional loss, and 1 total functional loss.
STUDY AREA
The combined scenario of landslide and fl ood seen in this work
involves the location “Varco d’Izzo” in Potenza city: it is an area affect-
ed by a recent and extensive urbanization, punctuated by widespread
anthropogenic changes and crossed by some important roads (i.e.SS
Basentana, Railway Potenza-Metaponto). Here the Basento River
fl ows along the urbanized area of the city and the mountain on the left
of the river, where is the eastern portion of the town, is largely affected
by large and ancient landslide (Fig. 3).
Geological, geomorphological, climatic and seismic factors
make Basilicata (Southern Italy) one of the Mediterranean regions
at risk due to high-magnitude geomorphologic phenomena. The
area is sensitive to extensive and severe slope movements. A va-
riety of triggering mechanisms come into play, namely frequent
background image
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Italian Journal of Engineering Geology and Environment, Special Issue 1 (2011)
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malmente sono defi niti terremoti (dal VIII al IX MCS), le periodiche
e forti precipitazioni ed inondazioni (un evento ogni 6 mesi negli ul-
timi 80 anni) e lo sconsiderato comportamento umano. A volte que-
ste frane hanno avuto luogo anche dopo piogge non necessariamente
intense (P
OLEMIO
& S
DAO
, 1996a; P
OLEMIO
& S
DAO
1996b; P
OLEMIO
&
S
DAO
, 1998, S
DAO
et alii, 1996; S
DAO
& S
IMEONE
, 2007).
L’area interessata dall’analisi di vulnerabilità sistemica è la città
di Potenza ubicata nell’Italia meridionale (Fig. 3), la città conta cir-
ca 69.000 abitanti e rappresenta un sistema territoriale signifi cativa-
mente complesso a causa della presenza di fattori critici legati sia al
rischio di alluvione che al rischio di frana.
LA CARATTERIZZAZIONE GEOLOGICA
Il territorio Comunale di Potenza si sviluppa su terreni riferibili ad
una successione plio-pleistocenica poggiante su un basamento essenzial-
mente costituito da formazioni strutturalmente complesse di tipo fl iscioi-
de di natura argilloso-marnosa, riferibile in parte alle Unità Lagonegresi e
in parte all’Unità Sicilide più comunemente note come Argille Varicolori
di età Meso-Cenozoica che hanno preso origine durante le fasi tettogene-
tiche mioceniche della costruzione della catena appenninica. Le succes-
sioni plioceniche sono riferibili alle unità di Altavilla, caratterizzata da
una successione essenzialmente conglomeratico-arenacea, affi orante ai
bordi del bacino di Potenza (contrada Botte - Poggi di S. Michele), e di
Ariano caratterizzata da una successione con una certa variabilità laterale
che comprende litotipi conglomeratici, arenacei e argillosi.
earthquakes (VIII to IX MCS), periodically heavy rainfall and
fl oods (one event every 6 months in the past 80 years) and reckless
human behaviour. Sometimes such landslides have happened even
after rainfall which was not heavy (P
OLEMIO
& S
DAO
, 1996a; P
O
-
LEMIO
& S
DAO
1996b; P
OLEMIO
& S
DAO
, 1998, S
DAO
et alii, 1996;
S
DAO
& S
IMEONE
, 2007).
The vulnerability of the system due to fl ooding is evaluated in
the urban area of Potenza city, in the south of Italy (Fig. 3). Potenza
has about 69,000 inhabitants and it has a complex territorial system
characterized by some critical factors related to both landslide and
fl ood risk.
GEOLOGICAL CHARACTERISTICS
The municipal area of Potenza developed on a terrain dating back
to Plio-pleistocene succession on a base that is essentially made up
of complex structural formations of a clayey-marly fl yscioid type, be-
longing in part to the Lagonegresi Units and in part to Sicilide Units;
this is more commonly known as Varicoloured Clays and dates back
to the Meso-Cenozoic age, which originated during the Miocene
age’s tectonic of the construction of the Apennine Chain. The succes-
sions during the Pliocene dates to the Altavilla Unit, characterized by
an essentially conglomeratic-arenaceous succession, outcropping on
the edges of the Potenza basin (contrada Botte-Poggi di S. Michele),
and to the Ariano Unit characterized by a succession with a particu-
lar lateral variability which includes conglomeratic, arenaceous and
Fig. 3 - Area di studio. Carta inventario delle
frane del territorio comunale di Poten-
za (Basilicata, sud Italia)
- Study area. Landslide inventory map
of the municipal area of Potenza (Ba-
silicata, southern Italy)
background image
LA VULNERABILITÀ SISTEMICA IN AREE URBANIZZATE ESPOSTE AL RISCHIO COMBINATO DI FRANE ED INONDAZIONI
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Queste successioni si sono depositate in bacini interni alla cate-
na appenninica (bacini intrappenninici) durante le fasi tettogenetiche
tardive, verifi catesi dal Messiniano Superiore al Pliocene, successi-
vamente coinvolte, dal Pliocene Superiore al Quaternario, da intense
fasi tettoniche, a prevalente componente verticale, che hanno deter-
minato l’attuale assetto della catena.
LA DISTRIBUZIONE DELLA FRANOSITÀ
La gran parte del territorio di Potenza è modellato in terreni fl i-
scioidi strutturalmente complessi che, per caratteri litologici e strut-
turali, sono particolarmente predisposti a fenomeni di instabilità dei
versanti (Fig. 3). Studi recenti hanno evidenziato che in tale area la
maggior parte dei versanti sono interessati da frane di diverso tipo e
dimensioni, molte delle quali attive che periodicamente hanno ap-
portato gravi e diffusi danni alle cose e talvolta anche alle persone.
L’approccio metodologico per la defi nizione dello stato di franosità
delle del territorio di Potenza si è avvalso della sinergia tra i metodi
della geomorfologia applicata ed evolutiva, le tradizionali tecniche
di riconoscimento delle frane (costituite dall’analisi di foto aeree e di
elaborati cartografi ci) e il rilevamento geomorfologico. Negli studi si
è tenuto conto dei risultati scaturiti da ricerche ed indagini preceden-
temente svolte e riguardanti sia le aree selezionate che quelle conter-
mini. Inoltre le ricerche si sono avvalse di: accurati rilievi geologici e
geomorfologici, scala 1:2.000 o 1:5.000, condotti negli 1998 e 1999,
2004; elaborazione ed interpretazione di dati geognostici ed incli-
nometrici relativi a molte decine di sondaggi eseguiti nelle aree in
esame e in corrispondenza dei principali corpi di frana riconosciuti e
interpretazione, anche comparata, di foto aeree di diversa età e scala.
L’attuale situazione di instabilità dei versanti delle aree esami-
nate è stata, quindi, evidenziata su un’apposita carta inventario delle
frane, a scala 1.5.000 che prevede per ogni frana che vengano indi-
cati la tipologia di movimento, lo stato di attività e la direzione del
movimento. Nel territorio di Potenza sono state riconosciute un totale
di 920 frane che ricoprono un’area di circa 46 km
2
dell’intera area
di studio (175,38 km
2
) (C
ANIANI
et alii, 2008). Le caratteristiche dei
movimenti franosi spaziano dagli scorrimenti rotazionali alle frane
di colata rapida con differente fase di movimento ed è importante
sottolineare che molte frane raggiungono spessori apprezzabili anche
maggiori di 15-20 m.
IL PERICOLO DI INONDAZIONE
La città di Potenza è bagnata da uno dei più importanti fi umi della Ba-
silicata, il Basento, e da una serie di torrenti e fossi che interferiscono di-
rettamente con le aree residenziali, commerciali ed industriali (Figura 4).
Il Basento ha una lunghezza dell’asta principale di circa 157 km ed
un bacino idrografi co alla foce di circa 1535 km
2
di estensione. Nel terri-
torio comunale, proprio lungo le sue sponde, si sono sviluppate nel tem-
po le principali attività industriali della città: qui il Basento ha una pen-
denza di fondo alveo di circa 0.6% e una profondità media pari a 1.5 m.
Gli altri torrenti e fossi che scorrono nel territorio comunale di Po-
argillaceous lithotypes.
These successions were deposited in basins within the Apennine
Chain during the late tectonic phases (Upper Messiniano-Pliocene),
and later involved in intense tectonic phases with a prevalently verti-
cal component from Upper Pliocene to Quaternary, which have deter-
mined the present shape of the Chain.
LANDSLIDES DISTRIBUTION
Most of the territory of Potenza was formed in a structurally com-
plex terrain which is particularly prone to slope instability phenom-
ena because of its structural and lithological characteristics (Fig. 3).
Recent studies have shown that, in this area, most slopes show a ten-
dency to landslide of various types and dimensions. Many of them are
active and periodically cause serious widespread damage to things
and sometimes to people. The methodological approach for the defi -
nition of the state of the landslide activity in the area of Potenza took
advantage of the synergy between the methods of applied and evo-
lutive geomorphology, traditional techniques for the recognition of
landslides (aerial photo analyses and cartographic elaborations) and
geomorphological surveys. Studies have also taken into consideration
the results of previous research regarding the area under study and
its bordering areas. Moreover, in order to delineate a complete land-
slide inventory map of the area under study, many data were utilized:
accurate geological and geomorphological surveys, scale 1:2,000 or
1:5.000, carried out in 1998, 1999 and 2004; geognostic and incli-
nometric data related to many boreholes carried out in the area un-
der study and in correspondence with the main body of recognized
landslides; a comparative analysis of aerial photography of diverse
periods and scale was made.
The present situation of slope instability of the examined areas
was shown on a landslide inventory map drawn up for this purpose, on
a scale of 1:5,000, which shows, for every indicated landslide, move-
ment typology, state of activity and direction of movement. A total
number of 920 landslides, covering about 46 km
2
,of the study area
(175.38 km
2
) are recognized in the study area (C
ANIANI
et alii, 2008).
The characteristics of landslide movements vary from rotational slides
to rapid earth-fl ows with different phases of movement. It is important
to note that many of the landslides are signifi cantly thick, more than
15-20 m, and that the earth-fl ows are the most common.
FLOOD HAZARD
The city of Potenza is watered by one of the most important riv-
ers of the Basilicata, the Basento, and a series of streams and ditches
that directly interfere with its residential, commercial and industrial
areas (Figure 4).
The Basento River is about 157 km long and its catchment area,
at the mouth, is approximately 1535 km
2
. Right along its banks, in the
municipal area, major industries of the city have developed over time:
here the Basento River has a bed slope of approximately 0.6% and an
average depth of 1.5 m.
background image
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tenza (Gallitello, Verderuolo, Malvaccaro,) possono ragionevolmente
considerarsi piccoli corsi d’acqua dal momento che i loro bacini idro-
grafi ci hanno un’estensione minore di 25 km
2
. Tuttavia, i numerosi
interventi (tombini, attraversamenti, canalizzazioni,…) che nel tempo
sono stati realizzati lungo le loro aste fl uviali per favorire lo sviluppo
urbano connessi ad una insuffi ciente manutenzione, rendono le aree
limitrofe a tali corsi d’acqua particolarmente esposte a fenomeni di al-
lagamento. Sempre più spesso, anche in occasione di eventi di pioggia
non eccezionali, la città di Potenza vive i disagi connessi all’allagamen-
to di strade e di edifi ci (ai piani interrati e terra) causati dalla esondazio-
ne dei corsi d’acqua che la attraversano.
Le aree esposte ad inondazione lungo il Fiume Basento sono state
individuate dall’Autorità Interregionale di Bacino della Basilicata (PAI
AdB B
ASILICATA
, 2008), secondo quanto previsto dalla normativa in vi-
gore in Italia. Gli eventi di piena considerati nella perimetrazione delle
aree inondabili si riferiscono a tempi di ritorno T di 30, 200 e 500 anni.
Lungo i corsi d’acqua minori, invece, la delimitazione delle aree inon-
dabili accompagna la recente redazione del nuovo Piano Urbanistico
della città di Potenza (2009) e muove dalla necessità di verifi care la
compatibilità delle previsioni di piano con la pericolosità di inondazio-
ne lungo tali aste fl uviali. In questo caso l’evento di piena considerato
è quello con periodo di ritorno di 200 anni.
CARATTERIZZAZIONE DEL SISTEMA TERRITORIALE
Un sistema territoriale complesso, come quello in esame, è co-
stituito da diversi sottosistemi (distretti residenziali, infrastrutture,
unità sanitarie,…) che sono interconnessi attraverso legami casuali e
reciproci. La caratterizzazione di un siffatto sistema territoriale può
essere realizzata attraverso tre step fondamentali: la caratterizzazione
della rete G (E,A), l’analisi degli scenari di rischio e, infi ne, l’over-
mapping dei dati.
The other streams and ditches that run in the municipal area of
Potenza (Gallitello, Verderuolo, Malvaccaro, ..) can reasonably be re-
garded as small streams because their catchment areas are less than
25 km
2
. However, the numerous interventions (culverts, bridges,
pipes, ...) that over time have been made along the river to help the
urban development of Potenza linked to inadequate maintenance,
make the areas adjacent to these waterways vulnerable to fl ooding.
Increasingly, also if it rains shortly, the city lives the inconveniences
of fl ooding in term of roads and buildings inundated (at basement and
ground fl oor) caused by the fl ooding of rivers that cross it.
The areas exposed to fl ooding along the river have been identifi ed
by Interregional Basin Authority of Basilicata (B
ASILICATA
AdB PAI,
2008), in accordance with the laws in force in Italy. The events con-
sidered in the delineation of fl ooded areas regards the 30, 200 and 500
years return period fl ows. Along the minor watercourses, however,
the demarcation of fl ooded areas accompanies the recent drafting of
the new urban plan of Potenza city (2009) and moves by the need to
verify the compatibility of the plan forecasts the dangers of fl ooding
along these river basins. In this case the event considered is the 200
years return period fl ow.
TERRITORIAL SYSTEM CHARACTERIZATION
Complex territorial systems are made up of many sub systems
with specifi c functions (e.g. residential district, infrastructures, health
centers,…) connected by causal and reciprocal relationships, its inter-
actions are necessary to ensure a satisfactory and effi cient functioning
of this complex system. Territorial system characterization is realized
by three steps: network characterization G(E,A), scenario analysis
and overlay mapping of data.
Fig. 4 - Caratterizzazione della rete con indicazione dei col-
legamenti lineari tra gli elementi costituenti la rete
- Network characterization with the linear links
among the elements that form the network
background image
LA VULNERABILITÀ SISTEMICA IN AREE URBANIZZATE ESPOSTE AL RISCHIO COMBINATO DI FRANE ED INONDAZIONI
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F. SDAO, A. SOLE, S. PASCALE & L. GIOSA
CARATTERIZZAZIONE DELLA RETE
Per quanto riguarda la caratterizzazione della rete, essa può essere
schematizzata mediante 18883 elementi (Fig. 4) di cui 1283 area-
li (quartieri residenziali), 5000 lineari (strade, ferrovia,…) e 21000
puntuali (incroci stradali, edifi ci,..).
L’infl uenza delle connessioni tra elementi (areali, lineari e pun-
tuali) implica la determinazione di quelle categorie di elementi che
sono infl uenzate da altre categorie durante l’evento calamitoso. La
defi nizione del livello di infl uenza si basa su informazioni oggettive
derivanti dalle analisi degli elementi che insistono sul sistema terri-
toriale di interesse e si esplica attraverso opportune funzioni defi nite
tenendo in conto sia le relazioni di domanda e offerta che la distanza
tra elementi. Pertanto, per ogni coppia di categorie (a, b), è possibi-
le defi nire un indice di infl uenza Ia,b che assume valori all’interno
dell’intervallo [0,1] (Tab. 1).
ANALISI DELLO SCENARIO
Lo scenario combinato di frana ed inondazione considerato in que-
sto lavoro interessa la località “Varco d’Izzo” del Comune di Potenza.
Come già anticipato, gli eventi di piena considerati si riferiscono ai
tempi di ritorno T di 30, 200 e 500 anni e sono stati perimetrati dall’Auto-
rità Interregionale di Bacino della Basilicata. Relativamente ai movimenti
franosi, invece, nel caso considerato è presente uno scorrimento rototra-
slazionale - colata di terra, di genesi antica, che coinvolge l’intero versante
di località “Varco d’Izzo” (P
ERRONE
et alii, 2004; D
I
M
AIO
et alii, 2010).
DATA OVERMAPPING
La sovrapposizione degli scenari di piena e della frana con gli
elementi caratterizzanti il sistema territoriale ha consentito di indivi-
duare tutti gli elementi direttamente coinvolti (Fig. 5 e 6). Si tratta,
nello specifi co, di 226 collegamenti stradali, 7 aggregati insediativi e
8 attività produttive per tutti e tre gli eventi di piena.
DETERMINAZIONE DELL’INTENSITÀ DELL’INONDAZIONE
L’intensità dell’inondazione è stata determinata attraverso
una matrice contenente il tempo di ritorno della piena e l’altezza
NETWORK CHARACTERIZATION
The network has 18883 elements (Fig. 4) with 1283 areal ele-
ments (residential districts), 5000 lines (infrastructures: streets, roads,
railways and so on) and 21000 points (crossroads, public buildings
such as schools, local health centers, hospitals, military and fi re sta-
tions, industries and so on).
The infl uence of the connection between the elements (points, lines
and areas) defi ned consists of the determination of which categories
of elements are infl uenced by which other categories of elements in
an emergency phase. The defi nition of the level of such infl uences is
based on objective informations deriving from the analyses of the ele-
ments which make up the territorial system under examination. This
level is defi ned by some functions related to the relations of supply and
demand and to the distance between the elements. Therefore, for each
couple of categories (a, b) an index of infl uence Ia,b is introduced and
evaluated, these index take on values within the interval [0,1] (Tab. 1).
SCENARIO’S ANALYSIS
The combined scenario of landslide end fl ood seen in this work
involves the location “Varco d’Izzo” in Potenza city.
As mentioned, the inundation events regard 30, 200 and 500 years
return period fl ow and the Interregional Basin Authority of Basilicata
has determined the fl ooded areas along Basento River. About land-
slides, however, here is an ancint rototranslational slide evolving into
earthfl ow, which involves the entire side of locality named “Varco
d’Izzo” (P
ERRONE
et alii, 2004; D
I
M
AIO
et alii, 2010).
DATA OVERMAPPING
The overmapping of inundation events and landslide with the ele-
ments which characterize the territorial system is used to select items
directly affected by events. (Fig. 5 and 6). These are, specifi cally, of
226 road links, 7 settlements and 8 productive activities for all three
inundation events.
FLOOD INTENSITY
The magnitude has been measured by a matrix constituted by:
time of return of the fl ood, water depth and fl ow velocity. The last two
Tab. 1 - Griglia delle infl uenze esistenti tra diverse categorie di ele-
menti territoriali in un sistema complesso. Le categorie di
elementi territoriali sono riportati nella riga e colonna prin-
cipale e ogni cella contine la formula delle infl uenze (I
a, b
). Il
valore 0 indica l’assenza di infl uenza.
- Grid of infl uences among territorial elements in a complex
system. Categories of territorial elements are reported in
main line and column and each cell of the grid contains the
formula of infl uence (
I
a,b
). Zero value indicates no infl uence
background image
SYSTEMIC VULNERABILITY IN URBANIZED AREAS EXPOSED TO COMBINED RISK OF LANDSLIDE AND FLOOD
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Fig. 5 - Data overmapping tra la città di Potenza e gli ele-
menti a rischio di inondazione
- Potenza city near Basento River data overmapping
with areas and elements at risk of fl ooding
Fig. 6 - Data overmapping tra la città di Potenza e gli elementi a
rischio di frana (P
ASCALE
et alii, 2010, mod.)
- Potenza city near Basento data overmapping with areas and
elements at risk of landsliding (P
ASCALE
et alii, 2010, mod.)
Tab. 2 - Matrice dell’intensità di inondazione con individuazione dei range di variabilità dei parametri idraulici considerati
-
Matrix
of
fl ood intesity with range of hydraulic parameters
Fig. 7 - Intensità dell’inondazione nella città di Poten-
za. Classifi cazione dell’intensità di inondazio-
ne (a sinista e in alto) lungo il fi ume Basento e
suddivisa in differenti classi defi nite (in basso)
- Flood intensity in Potenza city. Classifi cation
of fl ood intensity (on the left of the top) and
Basento River subdivided into the different
classes defi ned (on the bottom)
background image
LA VULNERABILITÀ SISTEMICA IN AREE URBANIZZATE ESPOSTE AL RISCHIO COMBINATO DI FRANE ED INONDAZIONI
98
F. SDAO, A. SOLE, S. PASCALE & L. GIOSA
e la velocità della corrente esternamente all’alveo fluviale. A cia-
scun parametro sono associati dei livelli di intensità variabili tra
1 e 10 che, opportunamente sommati, forniscono le 10 classi di
intensità che vanno da I (molto bassa) a X (molto alta) indicate in
Tabella 2 e Fig. 7.
DETERMINAZIONE DELL’INTENSITÀ DELLA FRANA
L’intensità della frana è stata valutata attraverso una matrice co-
stituita da diversi parametri che caratterizzano la frana ed esprimo-
no la sua intensità tra cui il volume, la velocità, run out, l’altezza
dell’area coinvolta, la deformazione e la tipologia. Ad ogni parametro
è assegnato un valore tra 1 e 10 in riferimento al suo all’intervallo e
alla classe di appartenenza (Tab. 3). Questi valori sono poi sommati e
opportunamente suddivisi in appositi intervalli. Ad ogni intervallo è
associata una magnitudo variabile tra 1 e 10 (Tab. 4) ed un’intensità
che va da molto bassa (I) a molto alta (X).
STIMA DELL’INTEGRITÀ FISICA E DELLA FUNZIONALITÀ IN-
TRINSECA
Solo gli elementi all’interno delle tre aree inondabili (T=30, 200
and 500 anni) e del movimento di massa sono sottoposti a caratteriz-
zazione funzionale. Per ognuno di questi elementi la vulnerabilità fi -
sica è valutata utilizzando l’Equazione 1 modifi cata in funzione delle
variables are calculated on right and left bank choosing the greater of
the two. To each parameter is assigned a value (score) between 1 and
10 as a function of its specifi c interval and class. Then these numbers
are added and subdivided into some intervals. Each interval has an
associated magnitude varying from 1 to 10 and an intensity varying
from very low (I) to extremely high (X) as show in Table 2 and Fig. 7.
LANDSLIDE INTENSITY ASSES
The magnitude is measured by means of a matrix constituted by
various parameters which characterize the landslide and express its
intensity including: volume, velocity, run out, depth area involved,
deformation and typology. Every parameter is assigned a number /
score between 1 and 10 as a function of its specifi c interval and class
(Tab. 3). These numbers are then added and subdivided into oppor-
tune intervals. Each interval has an associated magnitude varying
from 1 a 10 (Tab. 4) and an intensity varying from very low (I) to
extremely high (X).
PHYSICAL INTEGRITY AND INTRINSIC FUNCTIONALITY AS-
SESSMENT
Only the elements within the three fl ooded areas (T=30, 200 and
500 years) and within the landslide are subjected to functional char-
acterization. For each of these elements, the physical vulnerability
is evaluated using equation 1 changed according to its physical and
Tab. 3 - Intensità di frana con individuazione dei range di variabilità dei parametri considerati
- Landslide intensity with range of parameters
Tab. 4 - Intensità di frana con individuazione dei range di variabilità dei parametri considerati
- Landslide magnitudo and intensity
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SYSTEMIC VULNERABILITY IN URBANIZED AREAS EXPOSED TO COMBINED RISK OF LANDSLIDE AND FLOOD
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sue caratteristiche fi siche e socio-economiche (P
ASCALE
et alii, 2009;
P
ASCALE
et alii, 2010; S
DAO
et alii, 2010); mentre per la funzionalità
intrinseca si fa riferimento all’Equazione 2 (Tabb. 5 e 6).
Riguardo l’evento di inondazione, per l’area considerata, la vul-
nerabilità fi sica varia tra 0.031 e 0.697 per gli elementi lineari, tra
0.031 a 0.419 per gli elementi puntuali e, infi ne, tra 0.046 a 0.585 per
quelli areali. Invece, la funzionalità intrinseca assume valori tra 0.201
e 0.617 per gli elementi puntuali, tra 0.201 e 0.979 per gli elementi
lineari e tra 0.203 e 0.856 per quelli areali.
Invece, per l’evento franoso, la vulnerabilità fi sica varia tra 0.44 e
0.89 per gli elementi lineari ed è pari a 0.74 per quelli areali. Invece,
la funzionalità intrinseca assume valori tra 0.72 e 0.99 per gli elemen-
ti lineari ed è paria 0.98 per quelli areali.
VALUTAZIONE DELLA VULNERABILITÀ SISTEMICA
Nell’analisi di vulnerabilità sistemica, i dati di input provengono
dai valori di funzionalità intrinseca degli elementi spaziali del siste-
ma. Ciò accade per ciascuno dei periodi di ritorno considerati. Per una
migliore comprensione, si indicano con x
0
iT
, x
iT
, e I
T
rispettivamente il
livello di funzionalità intrinseca dell’elemento i-esimo, il livello di inte-
grità funzionale dell’elemento i-esimo e l’indice globale di funzionalità
I corrispondenti al periodo di ritorno T e all’evento franoso considerato.
RISULTATI
Rispetto all’evento di inondazione, in generale l’indice globale I non
subisce signifi cative variazioni passando dallo scenario relativo alla piena
con tempo di ritorno di 30 anni a quello con tempo di ritorno di 500 anni.
Questo perché i contorni delle aree inondabili dei tre eventi di piena ipo-
tizzati risultano, in gran parte, coincidenti. L’indice varia tra un minimo
di 0.42 ed un massimo di 0.57. I risultati sono sintetizzati nella Tabella 7.
Per quanto riguarda l’evento di massa, nel caso di studio, 26 ele-
menti territoriali risultano direttamente coinvolti nel disastro: 6 elementi
socio-economic characteristics (P
ASCALE
et alii, 2009; P
ASCALE
et alii,
2010; S
DAO
et alii, 2010) while the intrinsic functionality is refer-
enced to the equation 2 (Tabs. 5 and 6).
Regarding the event of fl ooding, the area considered, the physi-
cal vulnerability varies between 0031 and 0697 for linear elements,
between 0031 to 0419 for items on time and, fi nally, between 0046
to 0585 for those ranges. Instead, the intrinsic feature takes values
between 0201 and 0617 for items on time, between 0201 and 0979 for
linear elements and between 0203 and 0856 for those ranges.
Instead, for the landslides, vulnerability varies between 0.44 and
0.89 physics for linear elements and is equal to 0.74 for those ranges.
Instead, the intrinsic feature takes values between 0.72 and 0.99 for
linear elements and is outcast 0.98 for those ranges.
SYSTEMIC VULNERABILITY ASSESSMENT
In the analysis of systemic vulnerabilities, the input data come
from the values of intrinsic functionality values of the spatial ele-
ments in the system. This happens for each return period concerned.
For better understanding, x
0
iT
, x
iT
and I
T
indicate respectively the level
of intrinsic functionality of i-th element, the level of functional in-
tegrity of the i-th element and the global index of functionality cor-
responding to the return period T and to the landslide event.
RESULTS
About the inundation events, generally the global index I don’t
present signifi ant changes from the scenario with T = 30 years to the
scenario with T = 500 years. This according to the perimeter of inun-
dated areas: in fact it is about the same for the three return periods.
The index varies from a minumum of 0.42 to a maximum of 0.57. The
results are shown in the Table 7.
About the lanslide, there are 26 territorial elements directly in-
volved in the disaster: 6 areas, 6 points and 20 lines. All the consid-
Tab. 5 - Vulnerabilità fi sica e funzionalità intrinseca ed intensità relati-
va ad alcuni elementi coinvolti nell’inondazione
- Phisical vulnerability and intrinsic functionality for some char-
acteristic elements of the study involved into the inundation
Tab.6 - Vulnerabilità
fi sica e funzionalità intrinseca relati-
va ad alcuni elementi coinvolti nella frana
- Phisical vulnerability and intrinsic functionality
for some characteristic elements of the study in-
volved into the landslide
Tab. 7 - Numero di elementi coinvolti nel disastro e indice glo-
bale I per i tre eventi di inondazione considerati
- Numer of elements involved in the disaster and global
index I for the three inundation events considered
background image
LA VULNERABILITÀ SISTEMICA IN AREE URBANIZZATE ESPOSTE AL RISCHIO COMBINATO DI FRANE ED INONDAZIONI
100
F. SDAO, A. SOLE, S. PASCALE & L. GIOSA
ered elements show a functional loss of at least 10% and, therefore,
not negligible.
Tutti gli linear elements have a loss of functional integrity greater
than 20%: these are urban streets, away and railway near or directally
involved into the scenario considered and, therefore, with null values
of both the functionality (x
i
0
) of both the intrinsic functionality (x
i
).
Six roads have more intrinsic functionality and functional integrity
reduction (Fig. 8). This reduction depends on the low value of func-
tionality of the streets and it is not due to a loss of intrinsic functional-
ity, but rather to a loss of functional integrity of the roads connected
to them.
The global index of functionality loss is 0.87.
The results obtained using the systemic vulnerability procedure
proposed, show what elements suffer the greatest functionality of ter-
ritorial system. There are the S.S. 407 Basentana street and the rail-
way Napoli-Taranto.
CONCLUSION
This work has put forward an approach for the estimation of the
consequences of landslide and fl ood events drawn up by means of the
utilization of a territorial model based on a network of infl uences and
an estimation procedure of systemic vulnerability.
The concept of vulnerability, considered no longer simply as the
characteristic of a single element but as associated with a complex
territorial system is of fundamental importance.
The main aim of the proposed procedure is to act as a support
in planning decisions, in analyses of the consequences of landslide
and fl ood events on complex territorial systems, and in defi ning in-
tervention priorities. Intervention elements which should be given
priority are those with higher values of functional integrity xi;
moreover, the proposed procedure permits intervention (structural
or management) on the elements which suffer the greatest systemic
vulnerability effects.
areali, 6 puntuali e 20 lineari. Tutti gli elementi considerati presentano
una perdita di funzionalità almeno del 10% e, pertanto, non trascurabile.
Tutti gli elementi mostrano una perdita di integrità funzionale
maggiore del 20%: si tratta di strade urbane ed extraurbane, di linee
ferroviarie vicine o direttamente coinvolte nello scenario considerato
e, pertanto, con valori nulli sia della funzionalità (x
i
0
) che della fun-
zionalità intrinseca (x
i
). Sei sono le strade a presentare una maggiore
riduzione della funzionalità che della funzionalità intrinseca (Fig. 8).
Questa riduzione dipende dal basso valore della funzionalità delle
strade e non dalla perdita di funzionalità intrinseca.
L’indice globale di perdita funzionale è di 0.87.
Alla luce dei risultati ottenuti attraverso la procedura di analisi
della vulnerabilità sistemica proposta, è stato possibile individuare gli
elementi che maggiormente infl uenzano la funzionalità del sistema
territoriale. Si tratta, nello specifi co, della S.S. 407 Basentana e della
linea ferroviaria Napoli-Taranto.
CONCLUSIONI
Il presente lavoro descrive un approccio per la stima delle con-
seguenze indotte da eventi estremi, quali quelli indotti dalla combi-
nazione di frane ed inondazioni, attraverso un modello territoriale
costruito su una rete di infl uenze e una procedura di valutazione della
vulnerabilità sistemica.
Di particolare importanza è il concetto di vulnerabilità qui pre-
sentato, dal momento che essa non è più considerata come semplice
caratteristica di un singolo elemento ma, associata ad un complesso
sistema territoriale.
Il principale scopo della procedura proposta è quello di fornire
un supporto alla pianifi cazione territoriale sia nell’analisi delle con-
seguenze che frane ed inondazioni possono avere su un complesso
sistema territoriale sia nella defi nizione di priorità di intervento. Gli
interventi che dovrebbero avere maggiore priorità sono quelli che pre-
sentano valori più alti dell’integrità funzionale xi, conseguentemente,
Fig. 8 - Città di Potenza ed elementi con una maggiore perdita di
integrotà funzionale (x
i
)
- Potenza city and element with greater loss of functional in-
tegrity (x
i
)
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SYSTEMIC VULNERABILITY IN URBANIZED AREAS EXPOSED TO COMBINED RISK OF LANDSLIDE AND FLOOD
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ACKNOWLEDGEMENTS
The authors would also like to thank Interregional Basin Authori-
ty of Basilicata for the available data.
la procedura proposta consente di mirare gli interventi agli elementi
che maggiormente risentono degli effetti della vulnerabilità sistemica.
RINGRAZIAMENTI
Gli autori ringraziano l’Autorità Interregionale di Bacino della
Basilicata per i dati resi disponibili.
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