MITIGATION OF HYDRO-GEOLOGICAL RISK IN ALPINE

Transcript

MITIGATION OF HYDRO-GEOLOGICAL RISK IN ALPINE CATCHMENTS
CatchRisk
Guidelines - Leitlinien - Linee Guida
PROGRAM INTERREG IIIB – ALPINE SPACE
The Project received European Regional Development Funding through the INTERREG IIIB Community Initiative
MITIGATION OF HYDRO-GEOLOGICAL RISK IN ALPINE CATCHMENTS
CatchRisk
Guidelines - Leitlinien - Linee Guida
PROGRAM INTERREG IIIB – ALPINE SPACE
The Project received European Regional Development Funding through the INTERREG IIIB Community Initiative
Editing by Centro Regionale per le Ricerche Territoriali e Geologiche - Arpa Piemonte
Translations by Dialogue International, Torino
Printing by AGES Arti Grafiche, Torino
May we thank everybody who took part in the Project and all those who contributed to the production of this volume.
A special thank to Volkmar Mair (Provincia Autonoma di Bolzano) and Beniamino Donati (external consultant - Provincia Autonoma di Bolzano) for providing the appropriate scientific terminology in German.
This scientific work is created by:
Arpa Piemonte
Director: Vincenzo Coccolo
Technical staff: Gianfranca Bellardone, Stefano Campus, Ferruccio Forlati, Federica Marco, Gabriele Nicolò (Centro Regionale per le Ricerche
Territoriali e Geologiche); Giovanni Ruberto (Regione Piemonte)
Regione Lombardia
Direzione Generale Territorio e Urbanistica
Director’s Deputy: Bruno Mori
Technical staff: Caterina Cazzaniga, Dario Fossati, Francesco Pozza, Enrico Sciesa (Struttura Rischi Idrogeologici e Sismici); Daniele Corbari,
Simonetta De Donatis, Monica Peggion (Struttura Sistema Informativo Territoriale)
External staff: Marco Pilotti (Dip. Ingegneria-Università di Brescia); Enrica Mozzi, Federica Liguori, Carlo Alberto Brunori (Lombardia Servizi);
Marco Genovesio (Studio A&T); Stefano Brenna, Dante Fasolini (ERSAF); technical assistance by IREALP
Land Steiermark
Joanneum Research Forschungsgesellschaft mbH - Institute of Hydrogeology and Geothermics
Managing Directors: Bernhard Pelzl, Edmund Müller
Technical staff: Till Harum, Christophe André Ruch, Pierpaolo Saccon (Institute of Water Resources Management); Johannes Hofrichter, Klemens
Fuchs (Institute of Applied Statistics)
Land Tirol
Forsttechnischer Dienst für Wildbach- und Lawinenverbauung - Sektion Tirol
Director:Josef Neuder
Technical staff: Joerg Heumader, Thomas Huber, Leopold Stepanek
External staff: Johannes Hübl, Markus Moser, Egon Ganahl, Markus Holub, Gerhard Holzinger, Andreas Pichler (University of Natural Resources
and Applied Life Sciences – Department of Structural Engineering and Natural Hazards - Institute of Mountain Risk Engineering, Vienna)
Land Bayern
Bayerisches Geologisches Landesamt
President: Hubert Schmidt
Technical staff: Karl Mayer, Andreas von Poschinger
Regione Autonoma Friuli Venezia Giulia
Direzione Centrale Risorse Agricole, naturali, forestali e della montagna - Servizio territorio montano e manutenzioni
Director: Augusto Viola
Technical staff: Paolo Stefanelli, Michela Dini
External consultants: Consiglio Nazionale delle Ricerche (Istituto di Ricerca per la Protezione Idrogeologica, sezione di Padova), Università di
Salerno (Dipartimento di Ingegneria Civile), Associazione Italiana di Idronomia (Dipartimento di Scienze Agrarie ed Ambientali)
Amministrazione Provinciale della Spezia
Area Difesa del Suolo
Director: Giotto Mancini
Technical staff: Maurizio Bocchia (Servizio di Protezione Civile), Francesca Andreoni, Alessandra Bellani, Claudia Cassinoni
External staff: Pietro Ugolini, Francesco Conelli, Francesca Pirlone (CIMA - equipe pianificazione territoriale, Laboratorio AMTER di pianificazione
e gestione dell’Ambiente e del Territorio), Riccardo Minciardi, Francesco Gaetani, Eva Trasforini (CIMA - equipe modellistica)
Provincia Autonoma di Trento
Dipartimento Protezione Civile e Tutela del Territorio – Servizio Geologico
Manager: Saverio Cocco
Technical staff: Maria Fulvia Zonta (Servizio Parchi e Conservazione della Natura)
External staff: Vincenzo D’Agostino (Università degli Studi di Padova – Dipartimento Territorio e Sistemi Agro-forestali), Riccardo Rigon (Università
degli Studi di Trento – Dipartimento di Ingegneria Civile ed Ambientale); Diego Sonda, Silvano Pisoni, Andrea Cozzini
Regione Veneto
Direzione Difesa del Suolo e Protezione Civile
Manager: Luigi Fortunato
Technical staff: Alberto Baglioni, Marina Curtarello; Luigi Fortunato, Palmiro De Marco, Patrizia Pedersini
External staff: Lorenzo Marchi (CNR-IRPI Padova), Francesco Marinoni, Francesco Menegus , Piera Zanin (A.T.I.)
Canton Ticino
SUPSI - Istituto Scienze della Terra - Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana
Director: Silvio Seno
Technical staff: Christina Germann-Chiari, Andrea Graf, Gianfranco Monti, Giorgio Salvadè, Andrea Salvetti, Camilla Soldini, Manfred Thüring
Kanton Graubünden
Chief: Cla Semadeni
Technical staff: Gianfranco Tognina (Amt für Wald Graubünden), Christian Wilhelm (Amt für Natur und Umwelt), Christoph Zindel (Amt für
Raumplanung)
External staff: Bernhard Krummenacher, Daniel Tobler, Hansrudolf Keusen (GEOTEST AG)
CatchRisk Project areas
INDEX
INHALT
INDICE
1. CatchRisk Project, 8
1. Das Projekt CatchRisk, 8
1. Il Progetto CatchRisk, 8
2. Introduction, 11
2. Einleitung, 11
2. Introduzione, 11
3. Rapid evolution slope processes, 13
3.1. Rapid evolution shallow landslides, 14
3.1.1. General framework, 16
3.1.2. Methods applied within the Project, 19
3.1.2.A Empirical modelling of the triggering
of rapid evolution shallow landslides, 19
3.1.2.A/1 CANTON TICINO, 21
3.1.2.B Physically based modelling of the triggering of rapid evolution shallow landslides, 28
3.1.2.B/1 CANTON TICINO, 31
3.1.2.B/2 ARPA PIEMONTE, 40
3.1.2.B/3 REGIONE AUTONOMA FRIULI VENEZIA
GIULIA, 48
3.1.2.B/4 KANTON GRÄUBUNDEN, 57
APPENDIX 1.: Propaedeutical analysis: pedologic
survey, 66
APP1/1 CANTON TICINO, 69
APP1/2 REGIONE LOMBARDIA, 73
APP1/3 ARPA PIEMONTE, 83
APP1/4 KANTON GRÄUBUNDEN, 91
3.2. Rock falls, 95
3.2.2.A Rock falls danger maps in Bavaria, 98
3.2.2.A/1 LAND BAYERN, 101
3.2.3. Comparison with previous experiences, 112
3. Schnelle Hangprozesse, 13
3.1. Schnelle flachgründige Rutschungen, 14
3.1.1. Zusammenfassung des Kenntnisstandes, 16
3.1.2. Verwendete Methoden, 19
3.1.2.A Empirische Modellierung der
Auslösung flachgründiger Rutschungen mit
schneller Entwicklung, 19
3.1.2.B Physikalisch-basierte Modellierung
der Auslösung flachgründiger Rutschungen
mit schneller Entwicklung, 28
GIULIA, 48
ANHANG 1.: Propädeutische Analysen: das pädologische Relief, 66
3.2. Sturzprozesse, 95
3.2.2.A Karte der Gefährlichkeit zur
Ausbreitung des Sturzprozesses in Bayern, 98
3.2.3. Vergleich mit vorherigen Erfahrungen, 112
3. Processi di versante a rapida evoluzione, 13
3.1. Frane superficiali a rapida evoluzione, 14
3.1.1. Breve sintesi delle conoscenze, 16
3.1.2. Metodi applicati nel Progetto, 19
3.1.2.A. Modellazione empirica dell’innesco di
frane superficiali a rapida evoluzione, 19
3.1.2.B Modellazione fisicamente basata dell’innesco di frane superficiali a rapida evoluzione, 28
GIULIA, 48
APPENDICE 1.: Analisi propedeutiche: il rilievo pedologico, 66
3.2. Crolli in roccia, 95
3.2.2.A Mappe di pericolosità da propagazione dei crolli in roccia in Baviera, 98
3.2.3. Confronto con esperienze precedenti, 112
4. Torrential processes, 125
4.1. Field studies for debris flow analysis, 128
4.1.1.A Monitoring activities in an instrumented watershed, 129
4.1.1.A/1 LAND TIROL, 132
4.2. Torrential processes on alluvial fan, 140
6
4. Wildbachprozesse, 125
4.1. Geländestudien zur Analyse der Murgänge, 128
4.1.1.A Überwachung in einem Becken mit
Messgeräten, 129
4.2. Wildbachprozesse im Kegel, 140
4. Processi torrentizi, 125
4.1. Studi di terreno per l’analisi di colate di fango
e detriti, 128
4.1.1.A Attività di monitoraggio in un bacino
strumentato, 129
4.2. Processi torrentizi in conoide, 140
4.2.2.A Heuristic approaches by means of
geomorphic analysis, 146
4.2.2.A/1 PROVINCIA AUTONOMA DI TRENTO, 150
4.2.2.A/2 REGIONE LOMBARDIA, 158
4.2.2.A/3 ARPA PIEMONTE, 168
4.2.2.A/4 REGIONE VENETO, 180
4.2.2.B Numerical modeling of debris flows, 192
4.2.2.B/1 PROVINCIA AUTONOMA DI TRENTO, 195
4.2.2.B/3 REGIONE LOMBARDIA, 213
4.2.2.B/4 REGIONE VENETO, 223
GIULIA, 234
4.2.2.C A different numerical approach: dfwalk
model, 242
4.2.2.C/1 CANTON TICINO, 245
5. Fluvial processes and related effects, 255
5.1. Fluvial processes, 256
5.1.2.A Morphological diagnosis for flood
prone areas analysis, 259
5.1.2.B Regionalisation model for estimation
of flood and low flow probability of unobserved
catchments in Styria, 271
5.1.2.B/1 LAND STEIERMARK, 273
5.2. Models for territorial vulnerability evaluation, 281
5.2.2.A Acceptable risk model, 283
5.2.2.A/1 AMMINISTRAZIONE PROVINCIALE DE LA
SPEZIA, 285
Bibliography, 293
4.2.2.A Heuristische Ansätze auf der Basis
von geomorphologischen Analysen, 146
4.2.2.B Numerische Modellierung der Murgänge, 192
GIULIA, 234
4.2.2.C Ein alternatives Simulations-verfahren:
das dfwalk Modell, 242
4.2.2.A Approcci euristici basati su indagini
geomorfologiche, 146
4.2.2.B Modellazione numerica delle colate, 192
GIULIA, 234
4.2.2.C Un differente approccio numerico: il
modello dfwalk, 242
5. Flussprozesse und ihre Wirkungen, 255
5.1. Flussprozesse, 256
5.1.2.A Morphologische Diagnose für
Analysen zur Überflutbarkeit, 259
5.1.2.B Regionalisierungsmodell für die
Schätzung der Hoch- und Niedrigwasserwahrscheinlichkeit unbeobachteter Einzugsgebiete
in der Steiermark, 271
5.2. Modelle zur Einschätzung der Verletzlichkeit
des Gebietes, 281
5.2.2.A Modell zür Einschätzung des hinnehmbaren Risikos, 283
SPEZIA, 285
5. Processi fluviali e relativi effetti, 255
5.1. Processi fluviali, 256
5.1.2.A Diagnosi morfologica per analisi di
inondabilità, 259
5.1.2.B Modello di regionalizzazione per la
stima della probabilità di piena e di minimo
vitale in bacini non strumentati in Stiria, 271
5.2. Modelli per la valutazione della vulnerabilità
territoriale, 281
5.2.2.A Modello per la valutazione del rischio
accettabile, 283
SPEZIA, 285
Bibliografie, 293
Bibliografia, 293
7
1. CatchRisk Project
1. Das Projekt CatchRisk
1. Il Progetto CatchRisk
The Alpine region, typically mountainous, has always
been subject to the risk of landslides and flooding
within the catchment areas, involving debris flows on
alluvial fans and floods in the valley floors. Many of
these phenomena are sudden, violent and often
unforeseeable in their timing and they frequently
cause enormous damage and huge loss of human
life. The Alpine regions are ever more populated, specially because of tourist activities; this leads to
increased risk related to natural phenomena.
In recent years the Alpine region has repeatedly
been subjected to landslides and flooding, causing
serious damage throughout the Alpine range. The
increasing intensity of these phenomena, which is
linked to current climate change, has often reached
or exceeded the values associated with once-in-acentury events. Ever greater attention has to be paid
to territorial planning so as to mitigate the risk of
landslides and floods.
The correct use of the Alpine territory, taking into
account hydro-geological risks and the sustainable
development of the environment, is one of the key
points of the European Spatial Development
Perspective and also of the Planning in the Alpine
Space document. This document emphasizes the
need to define common strategies aimed at the mitigation of the risks, also by taking into consideration
experts’ expectations with regard to climate changes,
which will presumably lead to an increase in natural
phonemona hazards.
Some Alpine regions developed their own methodologies for establishing strategies to evaluate the risk
of watercourses breaking their banks and landslides
taking place within the Alpine catchment areas.
These methodological approaches are different from
region to region, especially as regards data collection
and the zoning of levels of danger from landslides
Die Alpenregion ist als typische Gebirgslandschaft
schon immer den Risiken von Erdrutschen und Überschwemmungen der Becken ausgesetzt gewesen.
Damit stehen auch Murgänge auf Ablagerungskegeln
in Verbindung sowie Überflutungen der Talböden. Viele
dieser Erscheinungen treten plötzlich und mit großer
Heftigkeit auf. Ihre zeitliche Entwicklung ist schwer vorhersehbar, und oft kommt es zu hohem Sachschaden
und Verlust von Menschenleben. Die Bevölkerung der
Alpenregion nimmt vor allem durch den Tourismus zu,
und dadurch wird das Risiko von Naturkatastrophen
noch erhöht.
In den letzten Jahren war die Alpenregion mehrfach
Erdrutschen und Überschwemmungen ausgesetzt,
wodurch an verschiedenen Stellen erheblicher
Schaden entstand. Die Zunahme solcher
Erscheinungen, die mit klimatischen Veränderungen
in Verbindung steht, hat in der letzten Zeit mehrmals
zur Erreichung und Überschreitung von Werten
geführt hat, die bisher als absolute Ausnahmen galten. Der Landschaftsplanung und Bekämpfung der
Risiken von Erdrutschen und Überschwemmungen
muss immer größere Aufmerksamkeit gewidmet werden.
Die richtige Nutzung der Alpengebiete und die
Berücksichtigung der hydrogeologischen Risiken
sowie die nachhaltige Einwirkung auf die ökologische
Entwicklung sind die Schlüsselfaktoren der European
Spatial Development Perspective und des
Programms Planning in the Alpine Space. Darin wird
die Ausarbeitung von Strategien zur Verminderung
der Risiken besonders betont, außerdem werden die
Prognosen
der
Experten
für
solche
Klimaveränderungen berücksichtigt, durch die die
Risiken von Naturkatastrophen wahrscheinlich
erhöht werden.
Einige Alpengebiete haben eigene Methoden zur
La regione alpina, tipicamente montuosa, è da sempre soggetta a rischio di frane e di inondazioni nei
bacini idrografici, cui si associano colate detritiche in
conoide e alluvioni nelle zone di fondovalle. Molti di
questi processi avvengono in modo improvviso,
spesso imprevedibile e con notevole violenza, provocando ingenti danni e gravissime perdite in termini di
vite umane. Le regioni alpine sono sovente molto
popolate, in particolar modo in ragione delle attività
turistiche, e questo comporta un aumento dei livelli di
rischio connessi ai fenomeni naturali.
Negli ultimi anni la regione alpina è stata ripetutamente soggetta a frane e inondazioni, che hanno
provocato gravi danni in tutto l’arco alpino. L’intensità
in aumento di questi fenomeni – connessa agli attuali cambiamenti climatici – ha spesso raggiunto o
superato i valori corrispondenti ad un tempo di ritorno centennale. Per mitigare il rischio da frana e da
inondazione è opportuno prestare sempre maggiore
attenzione alla pianificazione territoriale.
L’uso corretto del territorio alpino, considerando i
rischi idrogeologici e lo sviluppo sostenibile dell’ambiente, costituisce uno dei punti chiave del European
Spatial Development Perspective e del documento
per il Planning of the Alpine Space, che pone l’accento sulla definizione di strategie comuni per l’attenuazione dei rischi naturali. Queste strategie devono
tenere conto delle previsioni degli esperti riguardo i
cambiamenti climatici, che presumibilmente causeranno un aumento della pericolosità connessa ai
fenomeni naturali.
Alcune regioni alpine hanno sviluppato proprie specifiche metodologie per stabilire strategie di valutazione del rischio connesso alla rottura degli argini da
parte dei corsi d’acqua e a fenomeni franosi nei bacini alpini. Tali approcci metodologici variano da regione a regione, in particolar modo per quanto riguarda
8
CATCHRISK PROJECT
and floods. This also results from the different rules
applying in the various Alpine countries. So there is a
need for an exchange of know-how between the
Alpine regions to allow the creation of common operative tools for the safeguarding and management of
the territory which can be applied in different EU contexts. In this case, transnational cooperation is a fundamental element in permitting a consistent collection of knowledge about the territory and the provision of common indicators of the risk of landslides
and flooding in terms of evaluation and zoning of
danger. The main requirement today is not to create
new methodologies, given the vast range of existing
methods and procedures, but to guide local technicians and administrators within the various regions to
follow the procedures which are most suitable to the
Alpine area in evaluating hazard and classifying the
risk. Such procedures must lead to a risk evaluation
which is the starting point for correct planning and
use of the Alpine territory. To this end, it is necessary
to furnish local administrators with sufficient information as to how to evaluate the above-mentioned risks
and at the same time to create the conditions necessary for defining rules or directives at a regional level
which involve the needed territorial planning tools.
The ever greater use of I.T. and the widespread application of GIS systems make possible increasingly
precise territorial analyses even over very large
areas, as the various databases containing the basic
territorial information become operational. The development of computerized systems which allow rapid
analysis of the large quantities of existing data and
furnish parameters and spatial evaluations for determining danger levels as a function of territorial planning, is one of the most important factors public
administrations have to take into consideration.
In this context, the project known as Mitigation of
Hydro-Geological Risk in Alpine Catchments,
CatchRisk, undertaken within the EU’s INTERREG
Ausarbeitung von Strategien entwickelt, mit denen
Erdrutsche in den Einzugsgebieten verhütet und
Wasserläufe daran gehindert werden sollen, über die
Ufer zu treten. Diese Methoden unterscheiden sich
von einer Region zur anderen, vor allem bei der
Datenerfassung und der Einteilung in Gefahrenzonen
für Erdrutsche und Überschwemmungen. Das ist
unter anderem auf die unterschiedlichen
Gesetzgebungen der einzelnen Anrainerländer
zurückzuführen. Es besteht ein dringender Bedarf an
Know-How-Austausch zwischen den Regionen zur
Erstellung von gemeinsamen Tools für die Überwachung und Verwaltung des Gebietes, die auf verschiedene Weise im Rahmen der EU angewandt
werden können. Dafür ist die Zusammenarbeit zwischen den Ländern bei der Erarbeitung von
Kenntnissen über das Gebiet und die Indikatoren von
Überschwemmungen und Erdrutschen im Hinblick
auf eine Einschätzung und Einteilung der Risiken die
wichtigste Grundlage. Es ist weniger dringend, neue
Methoden zu entwickeln, denn Methoden und
Abläufe existieren zu Genüge, vorrangig ist vielmehr
die Anleitung der beteiligten Personen vor Ort, damit
diese sich nach den für die Alpenregion geeignetsten
Abläufen für die Einschätzung von Gefahren und der
Risiken richten Klassifizierung. Dabei muss es zu
einer Risikoeinschätzung kommen, die als geeignete Basis für die Landschaftsplanung verwendet werden kann. Dazu muss die Verwaltung vor Ort mit den
nötigen Informationen zur Einschätzung der
genannten Risiken und zur Schaffung von
Bedingungen versorgt werden, die zur Aufstellung
von regional gültigen Regeln und Richtlinien geeignet sind und dabei die für die Landschaftsplanung
verwendeten Tools berücksichtigen. Die immer weiter verbreitete Nutzung von Informationstechnologie
und GIS-Systemen ermöglicht über die stetig wachsenden Datenbanken immer genauere Analysen des
Terrains über immer größere Flächen. Die
CATCHRISK PROJECT
la raccolta dei dati e la perimetrazione dei livelli di
rischio connessi a frane e inondazioni. Ciò deriva
anche dalla differente normativa vigente nei vari
paesi dell’arco alpino. È pertanto necessario uno
scambio di know-how tra le regioni alpine, in modo
tale da consentire la creazione di strumenti operativi comuni - applicabili nei diversi contesti dell’EU - ai
fini della salvaguardia e della gestione del territorio.
In questo ambito la cooperazione internazionale è un
elemento fondamentale per ottenere una raccolta
consistente di conoscenze circa il territorio e la creazione di indicatori comuni di rischio da frana e da
piena, per valutare e perimetrare il pericolo.
L’esigenza primaria oggi non è quella di creare nuove
metodologie, vista la varietà di metodi e procedure
già esistenti, quanto piuttosto di indirizzare i tecnici e
gli amministratori locali delle varie regioni nell’utilizzo
delle procedure più idonee alla zona Alpina per la
valutazione della pericolosità e per la classificazione
del rischio. Tali procedure devono condurre alla valutazione del rischio, che costituisce il punto di partenza per una corretta pianificazione e per un adeguato
utilizzo del territorio in ambito Alpino. A questo scopo,
è necessario fornire agli amministratori locali strumenti di conoscenza adeguati per la valutazione del
rischio sopra citato; è indispensabile altresì la realizzazione delle condizioni necessarie per poter definire norme o direttive a livello regionale riguardo ai
necessari strumenti di pianificazione territoriale.
L’uso sempre più diffuso di tecnologie informatiche e
l’applicazione diffusa dei sistemi GIS consente una
precisione sempre crescente nelle analisi territoriali,
anche su aree molto vaste, non appena siano disponibili i vari data base con le informazioni territoriali di
base. Lo sviluppo di sistemi computerizzati, che consente analisi in tempi brevi di grandi quantità di dati e
che fornisce parametri e valutazioni spaziali per la
determinazione dei livelli di pericolo a supporto della
pianificazione territoriale, è tra i fattori più importanti
9
IIIB Alpine Space initiative, has set as its main objectives the development of databases and information
systems for assessing hydro-geological parameters,
by analyzing how landslides begin within the Alpine
catchment areas, evaluating the danger levels
regarding alluvial fans and the floors of valleys. The
main purpose is to indicate to public administrations
which procedures are most suitable for evaluating
these risks in Alpine areas, so as to allow correct territorial planning.
10
Entwicklung von Computersystemen für die schnelle
Analyse großer Datenmengen und Bereitstellung von
Parametern
und
Raumauswertungen
zur
Bestimmung von Gefahrenstufen als Aufgabe für die
Landschaftsplanung ist einer der wichtigsten
Faktoren, die die Verwaltung zu berücksichtigen hat.
In diesem Kontext hat das Projekt Mitigation of
Hydro-Geological Risk in Alpine Catchments, kurz
CatchRisk genannt, seinen Hauptschwerpunkt auf
die
Entwicklung
von
Datenbanken
und
Informationssystemen zur Erfassung von hydrogeologischen Parametern, die Analyse der Auslöser von
Erdrutschen in den Einzugsbereichen der Alpen und
die
Einteilung
von
Gefahrenstufen
bei
Ablagerungskegeln und Talböden gelegt. Das Projekt
wurde innerhalb der überregionalen Abteilung IIIB
der EU (Alpenraum) durchgeführt. Das wichtigste
Ziel ist es dabei, die Verwaltungen auf die geeignetsten Prozesse zur Einschätzung der Risiken in den
Alpengebieten hinzuweisen, um eine angemessene
Landschaftsplanung möglich zu machen.
CATCHRISK PROJECT
che le amministrazioni pubbliche devono prendere in
considerazione.
In tale contesto, il Progetto Mitigation of hydro-geological risk in alpine catchments, CatchRisk, nell’ambito dell’iniziativa dell’Unione Europea INTERREG IIIB
Alpine Space, ha avuto come principale obiettivo lo
sviluppo di basi dati e sistemi informativi per la valutazione approfondita dei parametri idro-geologici,
analizzando come si innescano i fenomeni franosi
nei bacini alpini, i livelli di pericolo sulle aree di conoide e nei settori di fondovalle. Il principale proposito è
quello di fornire indirizzi agli amministratori locali
circa quali procedure sono più adatte per valutare tali
rischi nelle aree Alpine, in modo da favorire una corretta pianificazione territoriale.
2. Introduction
2. Einleitung
2. Introduzione
Guidelines is a volume intended to support the scientific Final Report of the CatchRisk Project and an
operative tool as well, aimed at providing addresses
to professionals, public officers and local administrators, committed to the territorial planning and the
problems related to the analyses and the management of the effects deriving from the evolution of natural phenomena.
The specific task of this work is to show the main
approaches currently available for the evaluation of
natural dangers in the Alpine region, by means of
concrete application examples. More specifically, this
danger is related to:
a) rapid evolution slope processes, with particular
reference to shallow landslides (§ 3.1) and rock
falls (§ 3.2);
b) torrential processes along streams, paying a special attention to specific triggering conditions (§
4.1) and areas potentially involved by deposition
(§ 4.2);
c) fluvial processes related to river floods, by analyzing both valley bottom flood proneness and probability of flood occurrence (§ 5.1) and vulnerability
of the involved anthropic system (§ 5.2).
This work offers a concise description of each of the
process typologies taken into consideration, underlining the principal methods available in the literature
devoted to the treatment of hazard.
Each specific methodology applied within the project
has been explained according to a standard scheme.
This scheme points out the peculiarities of the
method, such as its definition, goals, potentialities,
limits… The brief description of each method is followed by the explanation of the applications developed by the Associated Bodies committed to the
Project.
In order to provide clear and simple explanations,
Die Leitlinien begleiten den wissenschaftlichen
Endbericht des Projekts CatchRisk und stellen ein
operatives Instrumentarium dar, um allen mit der
Landschaftsplanung und mit den Problemen der
Analyse und Verwaltung von Naturerscheinungen
beschäftigten Personen in Wirtschaft und Verwaltung
das Vorgehen zu erleichtern.
Das vorliegende Dokument soll durch konkrete
Anwendungsbeispiele die wichtigsten heute verfügbaren
Methoden
zur
Einschätzung
von
Naturgefahren im Alpengebiet zeigen, vor allem im
Hinblick auf:
a) schnelle Hangrutschprozesse mit besonderer
Berücksichtigung von Erdrutschen durch
Sättigung der Oberflächenschicht (§ 3.1) und
Steinschlag (§ 3.2);
b) Gebirgsbachprozesse entlang der kleineren
Wasserläufe unter besonderer Berücksichtigung
der Herausarbeitung von Auslösungsbedingungen
(§ 4.1) und der von Ablagerungen besonders
betroffenen Gebiete (§ 4.2);
c) Hochwasserprozesse
bei
den
größeren
Wasserläufen mit Analyse der unterschiedlichen
Überschwemmungsrisiken für die Talböden und
der Wahrscheinlichkeit von Hochwasser (§ 5.1)
auf der einen Seite und der Verwundbarkeit des
betroffenen anthropischen Systems auf der anderen (§ 5.2).
Innerhalb des Dokumentes wird jeder Prozesstyp
einzeln beschrieben, dabei werden auch die verschiedenen aus der Literatur zur Verfügung stehenden Methoden für den Umgang mit den Gefahren
herausgearbeitet.
Jede Methode, die innerhalb dieses Projekts angewandt wird, wird anhand eines Standard-Schemas
vorgestellt, das die Eigenschaften der jeweiligen
Methode aufführt (Definition, Ziel, Möglichkeiten,
Il volume Guidelines si affianca al Final Report scientifico del Progetto CatchRisk come strumento di
carattere operativo destinato a fornire indirizzi a professionisti, funzionari pubblici ed amministratori locali che si occupano di pianificazione territoriale e di
problematiche relative all’analisi e alla gestione degli
effetti derivanti dall’evoluzione dei fenomeni naturali.
La funzione specifica del presente volume è illustrare, attraverso esempi concreti di applicazione, i principali approcci attualmente disponibili per la valutazione della pericolosità naturale in ambiente alpino
connessa in modo specifico a:
a) processi di versante a rapida evoluzione, con particolare riferimento alle frane per saturazione della
coltre superficiale (§ 3.1) e ai crolli (§ 3.2);
b) processi torrentizi lungo i corsi d’acqua d’ordine
inferiore, rivolgendo particolare attenzione ad
individuare le condizioni specifiche d’innesco (§
4.1) e le aree potenzialmente esposte a deposizione (§ 4.2);
c) processi correlati a fenomeni di piena nei corsi
d’acqua d’ordine superiore, analizzando da un
lato la propensione all’inondabilità delle aree di
fondovalle e la probabilità di occorrenza delle
piene (§ 5.1) e dall’altro la vulnerabilità del sistema antropico interessato (§ 5.2).
All’interno del volume, ogni tipologia di processo considerato è descritta sinteticamente, evidenziando
inoltre i principali metodi disponibili in letteratura per
la trattazione della pericolosità.
Ogni specifica metodologia applicata in seno al progetto è esposta secondo uno schema standard mirato a metterne in luce le peculiarità (definizione, finalità, potenzialità, limiti,…). La sintesi di ogni metodo è
seguita dall’illustrazione delle applicazioni sviluppate
dagli Enti consorziati nel Progetto.
Per esigenze di omogeneità e semplicità espositiva,
INTRODUCTION
11
each application has been described referring to a
representative sample plot and following a predefined structure:
1) geographical and administrative frame of the
study area;
2) reasons for selecting the specific study area and
description of the data available at the beginning
of the Project;
3) concise list of the developed activities;
4) results explanation;
5) final critical notes on the application and the outcomes.
12
Grenzen und ähnliches). An die Zusammenfassung
der Methoden schließt sich die Darstellung der
Anwendungsmöglichkeiten an, die von den am
Projekt beteiligten Stellen erarbeitet wurde.
Um die Darstellung homogen und einfach zu halten,
wird bei jeder Anwendung auf ein Modellgebiet verwiesen, das als repräsentativ gelten kann. Dabei wird
folgende Struktur berücksichtigt:
1) geografische und administrative Eingrenzung des
Modellgebietes;
2) Gründe für die Auswahl und Beschreibung der bei
Projektbeginn verfügbaren Daten;
3) zusammenfassende Liste der durchgeführten
Aktivitäten;
4) Beschreibung der Ergebnisse;
5) kritische Schlussbetrachtungen zur Durchführung
und zu den Ergebnissen.
INTRODUCTION
ogni applicazione è descritta con riferimento ad un’area campione ritenuta rappresentativa e segue una
struttura predefinita:
1) inquadramento geografico e amministrativo dell’area campione;
2) motivi della scelta dell’area in studio e descrizione
dei dati disponibili all’inizio del Progetto;
3) elenco sintetico delle attività condotte;
4) descrizione dei risultati;
5) considerazioni critiche conclusive sul lavoro svolto
e sui risultati conseguiti.
3. Rapid evolution slope processes
3. Schnelle Hangprozesse
3. Processi di versante a rapida evoluzione
The term landslide is generally used to describe all
mass movements, which, due to the force of gravity,
travel down slopes. In the literature landslides are
distinguished by a) the type of material involved
(rocks or soil), b) the type of movement (rock falls,
slides, toppling) or c) the different speeds of the
masses in movement. Rapidly-moving landslides in
particular include different types of instability, involving both rocks and soil.
A rapid landslide is classified as a landslide moving
at a speed of over 1.8 m/h (Cruden & Varnes, 1996).
This distinction can be used to evaluate landslides in
terms of the effects that can be withstood by manmade structures. In fact, by expressing the intensity
of a landslide as a function of the kinetic energy of
the mass in movement, and therefore the speed of
the mass itself, it is possible to plan protective structures. Some typical phenomena characterised by
high speed movement include collapses and rock
falls, rapid flows and landslides caused by the saturation of the surface mantle, known as shallow landslides.
Im Allgemeinen versteht man unter einer
Massenbewegung all die Prozesse, bei denen sich
Massen durch die Schwerkraft Hang abwärts
bewegen.
In
der
Fachliteratur
werden
Massenbewegung folgendermaßen unterschieden:
a) nach der Art des beteiligten Materials (Fels oder
Böden), b) nach der Art der Bewegung (Steinschlag,
Rutschungen, Kippung und ähnliches), c) nach der
Bewegungsgeschwindigkeit der Massen. Vor allem
die schnellen Hangbewegungen lassen sich in unterschiedlichen Typologien einteilen, bei denen sowohl
Gestein als auch Erdreich betroffen ist.
Man spricht von schnellen Massenbewegungen,
wenn die Geschwindigkeit 1,8 m/h überschreitet
(Cruden & Varnes, 1996). Diese Unterscheidung ist
nützlich für die Einschätzung der Massenbewegung
im Hinblick auf die Intensität seiner Auswirkungen auf
Gebäude und die Frage, ob diese dem
Massenbewegung standhalten oder nicht. Diese
Intensität kann als Funktion der kinetischen Energie
und damit der Geschwindigkeit der bewegten Masse
ausgedrückt werden. Auf diese Weise lassen sich die
benötigten Ausmaße eventueller Rückhalteanlagen
berechnen. Besonders hohe Geschwindigkeit haben
Steinschlag und Steinlawinen, schnelle Ströme und
Massenbewegung, die durch die Sättigung der oberen Schicht entstehen (Shallow Landslides).
In generale, con il termine frana si indicano tutti quei
processi di movimento di massa che per effetto della
gravità si muovono lungo un versante. In letteratura, le
frane vengono distinte secondo: a) il tipo di materiale
coinvolto (rocce o terreni), b) la tipologia di movimento
(crolli, scivolamenti, ribaltamenti, ecc.) o c) la differente velocità di movimento delle masse traslate. In particolare i processi di versante caratterizzati da rapida
evoluzione comprendono diverse tipologie di dissesto
che coinvolgono sia ammassi rocciosi sia terreni.
Si parla di frane rapide quando la velocità di movimento supera 1.8 m/h (Cruden & Varnes, 1996). Tale
distinzione è utile ad esempio per la valutazione del
fenomeno franoso in termini di intensità degli effetti
che possono essere sopportati dai manufatti. Infatti
esprimendo l’intensità come funzione dell’energia
cinetica della massa mobilizzata, quindi della velocità
che la massa stessa ha, è possibile dimensionare
eventuali opere di difesa. Tipici fenomeni caratterizzati da elevata rapidità sono ad esempio i crolli e le
valanghe in roccia, le colate rapide e le frane per saturazione della coltre superficiale (shallow landslides).
SLOPE PROCESSES
13
3.1. Rapid evolution shallow landslides
Shallow landslides, which are the most frequent type
of landslide in the hills and foothills of the Alps, occur
following periods of heavy rainfall in the spring or
autumn in correspondence with the surface mantle.
The increase in pore pressure causes a reduction in
the shear strength of the materials in the surface
mantle. This increase may be directly connected to
the infiltration of rain (saturation from above) or may
be the result of the formation and rise of a temporary
aquifer. According to these patterns, the failure surface may form within the colluvial material or in correspondence with a marked variation in permeability.
Shallow landslides are characterised by:
• modest thickness (t) and volume (v) (t from tens of
cm up to 150 cm; v from a few cubic meters to a
few hundred cubic meters);
• a high density of landslides per surface unit (up to
200 landslides per km2).
A common occurrence with this type of landslide is:
the coalescence of scars and/or accumulations (with
the aggregation of several dozen single landslides);
• transfer of accumulations to the minor hydrographical network (thus causing triggering and/or
increasing of debris mass transport in torrents);
• high speed of movement (up to and over 50 km/h)
which translates into great force of impact against
buildings (in northern Italy alone such events caused
4 deaths in Serravalle Scrivia (Alessandria), October
1977; 18 deaths in Tresenda (Sondrio), May 1983,
11 deaths in Tartano (Sondrio), July 1987, and 14
deaths in Varallo Sesia (Vercelli), November 1994);
• transfer and halt of the accumulation beyond the
foot of the slope, on flat land;
• highly conditioned by heavy rainfall;
• lack or almost of warning signs;
• only slight morphogenetic impact on the original
aspect of the slopes;
14
3.1. Schnelle Flachgründige
Rutschungen
Flachgründige Rutschungen suchen häufig die
Hügelzonen und das Voralpengebiet heim. Sie treten
bei starken Niederschlägen im Sommer und im
Herbst auf und betreffen die Bodenauflage. Die
Erhöhung des Porenwasserdrucks führt zu einem
verminderten Scherfestigkeit der Materialien in den
Schichten gegen Brüche. Ursache dafür ist das
Eindringen von Regenwasser (Sättigung von oben)
oder die vorübergehende Bildung oder das
Anwachsen eines unterirdischen Wasserlaufs. Vor
dem Hintergrund dieser Schematisierungen kann
sich die Bruchfläche entweder innerhalb des
Bedeckungsmaterials bilden oder in Verbindung mit
einem markanten Impermeabilitätswechsel.
Flachgründige Rutschungen haben folgende
Eigenschaften:
• geringe Mächtigkeiten (s) und Volumen (v) –
Mächtigkeiten von einigen Dezimetern bis 1,50 m,
Volumen von einigen m3 bis einigen Hundert
Kubikmetern;
• hohe
Dichte
der
Einzelereignisse
pro
Oberflächeneinheit (bis zu 200 Massenbewegung
pro km2).
Die Ereignisse haben folgende Tendenzen:
• Zusammenfließe der Abbruchnischen und der
Ablagerung (auf diese Weise kommen bisweilen
Dutzende von Massenbewegungen zusammen);
• Transport der Ablagerung ins kleinere
Gewässersystem (und damit Auslösung bzw.
Anhäufung der Flussfracht;
• Erhöhte Bewegungsgeschwindigkeit (manchmal
mehr als 50 km/h), die zu einer stärkeren
Kraftentwicklung beim Aufprall auf Gebäude führt
(allein in Norditalien gab es dadurch zahlreiche
Todesopfer: 4 in Serravalle Scrivia (Provinz
RAPID EVOLUTION SHALLOW LANDSLIDES
3.1. Frane superficiali a rapida evoluzione
Le frane superficiali, che interessano con maggior
frequenza l’ambiente collinare e prealpino, sono
fenomeni che si verificano in occasione di eventi pluviometrici intensi, estivi o autunnali, in corrispondenza delle coltri superficiali. L’aumento delle pressioni
neutre provoca una riduzione della resistenza al
taglio dei materiali della coltre. Tale aumento può
essere direttamente correlato all’infiltrazione della
pioggia (saturazione dall’alto) o può essere il risultato della formazione e innalzamento di una falda temporanea. Sulla base di tali schematizzazioni, la
superficie di rottura può formarsi all’interno del materiale di copertura o in corrispondenza di una marcata variazione di permeabilità.
Le frane superficiali si caratterizzano per:
• spessori (s) e volumi (v) molto modesti (s da decine di cm fino a 150 cm; v da qualche metro cubo
a qualche centinaio di metri cubi);
• elevata densità di fenomeni per unità di superficie
(sino a 200 frane/km2).
Tali fenomeni mostrano una frequente tendenza a:
• coalescenza delle nicchie di distacco e/o degli
accumuli (aggregazione anche di diverse decine
di singole frane);
• trasferimento degli accumuli nella rete idrografica
minore (quindi innesco e/o esaltazione dei fenomeni di trasporto in massa torrentizio);
• elevata velocità di movimento (anche maggiori di
50 km/h) che si traducono in elevata energia di
impatto con gli edifici (solo nel nord-Italia tali fenomeni hanno provocato 4 vittime a Serravalle
Scrivia (AL), ottobre 1977; 18 vittime a Tresenda
(SO), maggio 1983, 11 vittime a Tartano (SO),
luglio 1987, 14 vittime a Varallo Sesia (VC),
novembre 1994);
• traslazione ed arresto dell’accumulo oltre il piede
del versante, su terreno pianeggiante;
• extremely low probability of reactivation in the
same location, but a high probability of subsequent landslides in immediately adjacent areas.
•
•
•
•
•
Alessandria) im Oktober 1977, 18 in Tresenda
(Provinz Sondrio) im Mai 1983, 11 in Tartano
(Provinz Sondrio) im Juli 1987, 14 in Varallo Sesia
(Provinz Vercelli) im November 1994);
Transport der Masse über das untere Hangfuss
hinaus in die Ebene;
starke Abhängigkeit von intensiven Niederschlägen;
kaum Vorzeichen;
kaum morphogenetische Auswirkungen auf die
ursprüngliche Beschaffenheit des Hangs;
sehr
niedrige
Wahrscheinlichkeit
der
Reaktivierung direkt am Ursprungsort des vorigen
Auslösungsgebietes des Ereignisses, aber hohe
Wahrscheinlichkeit neuer Ereignisse in der Nähe
dieser Stelle.
• forte condizionamento delle piogge intense;
• mancanza o quasi di indizi premonitori;
• azione morfogenetica scarsamente incisiva sull’assetto originario dei versanti;
• bassissima probabilità di riattivazione nel luogo di
precedente innesco, ma alta probabilità di accadimento di nuovi fenomeni in aree immediatamente
adiacenti.
15
3.1.1. General framework
3.1.1. Zusammenfassung des Kenntnisstandes
3.1.1. Breve sintesi delle conoscenze
The identification of areas subject to a variety of hazards represents a vital tool in ensuring suitable planning of land use. All hazard and risk assessments have
to start with specific studies on the landslide phenomenon, identifying the geometric, physical/mechanical
and kinematic characteristics and the specific boundering conditions.
In the study of shallow landslides and all natural
processes in general, the need to answer the classic
questions: “why will it happen?” (for example, for
mechanical reasons) “how powerful will it be?” (magnitude) “where will it happen?” (spatial component)
and “when will it happen?” (temporal component)
calls for the use of models which attempt to reconstruct a phenomenon, process or effect as realistically as possible, adopting a simplified approach. And
with simplified models, whether they be physical,
numerical, deterministic, empiric or statistical, the
complexity of the question can be reduced, so that
the phenomenon in question emerges with greater
clarity.
Unfortunately it is not always possible to predict
where and when. This is particularly evident not only
in the case of landslides, but also for other natural
phenomena, such as earthquakes.
The reason why it is difficult to predict where and
when a natural phenomenon will occur is that such
answers depend on the exact knowledge of a number
of parameters and background conditions, where
often only approximate data are known.
The choice of model should be based on the aim in
question and on the level of difficulty of sourcing all
the ingredients needed to make it work.
In the literature, shallow landslides have been modelled using a variety of approaches (Regione
Lombardia & Università Milano Bicocca, 2001; Borga
et al., 1998):
Die Unterscheidung der einzelnen Gefahrenbereiche
ist für eine funktionierende Landschaftsplanung unerlässlich. Jede Einschätzung von Gefahren und Risiken
muss sich notwendigerweise auf Studien über
Massenbewegung stützen, bei denen die geometrischen, mechanischen und kinetischen Umstände und
die Begleiterscheinungen berücksichtigt werden.
Bei den flachgründigen Rutschungen stellen sich wie
bei allen anderen Naturerscheinungen die Fragen
„Warum?“ (hier wäre die Antwort zum Beispiel aus
dem Bereich der Mechanik), „Wie?“ (Intensität),
„Wo?“
(Raumkomponente)
und
„Wann?“
(Zeitkomponente). Zur Beantwortung dieser Fragen
sind Modelle vonnöten, die die Ereignisse, Prozesse
und Wirkungen so wirklichkeitsnah wie möglich und
dennoch
vereinfacht
nachstellen.
Diese
Vereinfachung der Modelle, ob sie nun physikalisch,
numerisch, deterministisch, empirisch oder statistisch sind, macht die Wirklichkeit greifbarer im
Hinblick auf das, was es darzustellen gilt.
Leider sind Vorhersagen für das Wo und Wann nicht
immer möglich. Das gilt für Massenbewegung ebenso
wie für andere Naturerscheinungen wie Erdbeben.
Der Grund, warum das Wo und Wann von
Naturerscheinungen so schwer vorherzusagen ist,
liegt darin, dass dazu eine Reihe von Parametern
und Umgebungsbedingungen bekannt sein müssen,
die sich oft nur annähernd einschätzen lassen.
Die Auswahl des Modells muss vor allem der
Zielsetzung unterworfen sein, daneben müssen die
Schwierigkeiten bei der Erhebung aller zum
Funktionieren notwendigen Elemente bedacht werden.
In der Literatur wird die Modellbildung für flachgründige
Rutschungen
nach
unterschiedlichen
Voraussetzungen angegangen (Regione Lombardia &
Università Milano Bicocca, 2001; Borga et al., 1998):
1. mit statistischen Techniken (Carrara, 1983; Carrara
L’individuazione di zone del territorio soggette a differente pericolosità è uno degli strumenti indispensabili per una corretta pianificazione territoriale. Ogni
valutazione di pericolosità e rischio deve necessariamente partire da studi specifici sul fenomeno franoso
che ne individuino le caratteristiche geometriche, fisico-meccaniche, cinematiche e le condizioni al contorno.
Nello studio delle frane superficiali e più in generale
di tutti i processi naturali, l’esigenza di rispondere alle
classiche domande “perché accadrà?” (ad esempio
risposta meccanica), “come accadrà?” (intensità),
“dove accadrà?” (componente spaziale) e “quando
accadrà?” (componente temporale) richiede l’impiego di modelli che cercano di ricostruire un fenomeno,
un processo o un effetto nella maniera più conforme
alla realtà, adottando approcci semplificati. Proprio
per la natura intrinsecamente semplificata, i modelli,
siano essi fisici, numerici, deterministici, empirici o
statistici, riducono il grado di complessità della realtà
affinché possa emergere più chiaramente quanto si
vuole rappresentare.
Sfortunatamente, la predizione di dove e quando non
sempre è possibile. Questo non solo è particolarmente evidente nel caso di frane, ma anche per altri
fenomeni naturali, per esempio i terremoti.
La ragione del perché è difficile predire dove e quando accadrà un fenomeno naturale è che tali risposte
dipendono dalla conoscenza esatta di un numero di
parametri e di condizioni al contorno che sono noti
molto approssimativamente.
La scelta di un modello deve basarsi innanzi tutto sull’obbiettivo che si vuole perseguire e sulla difficoltà
nel reperire tutti gli ingredienti necessari al suo funzionamento.
In letteratura, la modellazione delle frane superficiali
viene affrontata seguendo diverse impostazioni
16
1. with statistical techniques (Carrara, 1983; Carrara et
al., 1991) and automatic techniques for classifying
the level of stability (Hollingsworth & Kovacs, 1981);
2. using deterministic techniques based on mechanical-hydrological models (Montgomery & Dietrich,
1994; Dietrich & Montgomery, 1998);
3. using heuristic models, with empiric evaluations
starting from the interpretation of past events (De
Graff, 1985).
The choice of model is based on how an event starts.
In the case of shallow landslides the following possibilities have been identified:
1. vertical infiltration of water creates a temporary
piezometric surface in contact with the less permeable bedrock below. The consequent increase
in pore pressure renders the slope unstable. One
typical approach is that developed by Montgomery
and Dietrich (1994), which highlights the fact that
shallow landslides occur more frequently in areas
where sub-surface run-offs converge, where the
flow itself is steady-state;
2. vertical infiltration of water causes a reduction in
suction and a consequent reduction in apparent
cohesion. One typical approach is that recently
developed by Iverson (2000) and Baum et al.
(2002), which identifies the mechanisms of interaction between the land and the infiltration,
assessing the transitory effects of the rainfall.
The approach described in point one can be adopted
in the case of shallow landslides of limited thickness,
where the failure surface corresponds to the point of
contact between the soil and the sub-strate.
The second approach, which is more exacting,
describes the phenomenon in great detail, but is difficult to apply to large areas, in view of the intrinsic
complexity of the processes it sets out to model. It
does in fact require a great deal of work to detail and
regionalise numerous variables under different
aspects:
et al., 1991) und mit automatischen Techniken zur
Klassifizierung der Stabilität (Hollingsworth &
Kovacs, 1981);
2. durch deterministische Ansätze, die auf mechanisch-hydrologischen
Modellen
basieren
(Montgomery & Dietrich, 1994; Dietrich &
Montgomery, 1998);
3. mit heuristischen Methoden über empirische
Bewertungen auf der Grundlage der Deutung des
schon Geschehenen (De Graff, 1985).
Die Auswahl eines Modells erfolgt nach den auslösenden Momenten der Ereignisse. Dafür gibt es im
Fall von flachgründigen Rutschungen im allgemeinen
folgende Möglichkeiten:
1. Vertikales Eindringen von Wasser führt zur Bildung
einer vorübergehenden Grundwasserschicht über
dem weniger durchlässigen Untergrund. Der
dadurch ansteigende Druck im Zwischenraum
macht den Hang instabil. Eine typische Methode ist
die von Montgomery und Dietrich (1994) entwickelte. Sie arbeiteten heraus, dass flachgründige
Rutschungen sich besonders häufig da bilden, wo
eine Konvergenz des Abflusses unter der
Oberfläche besteht, wenn der Fluss selbst unverändert bleibt.
2. Vertikales Eindringen von Wasser verursacht eine
Verringerung der Aufnahme und damit der scheinbaren Kohäsion. Typisch hierfür ist die vor kurzem
von Iverson (2000) und Baum et al. (2002) entwickelte Methode, die die Mechanismen der
Interaktion zwischen Gelände und Infiltration
beschreiben und dabei die Auswirkungen von vorübergehenden Niederschlägen einschätzen.
Die zuerst beschriebene Methode kann in solchen
Fällen
angewandt
werden,
in
denen
Massenbewegung mit geringer Mächtigkeit auftreten,
bei denen die Bruchfläche an der Schnittstelle zwischen Boden und Untergrund liegt.
Die zweite Methode ist strenger und beschreibt sehr
(Regione Lombardia & Università Milano Bicocca,
2001; Borga et al., 1998):
1. con tecniche statistiche (Carrara, 1983; Carrara et
al., 1991) e tecniche di classificazione di stabilità
in maniera automatica (Hollingsworth & Kovacs,
1981);
2. mediante approcci deterministici basati su modelli meccanico-idrologici (Montgomery & Dietrich
1994; Dietrich & Montgomery, 1998);
3. mediante metodi euristici, attraverso valutazioni
empiriche a partire dall’interpretazione di quanto
già avvenuto (De Graff, 1985).
La scelta di un modello si basa sulle modalità d’innesco di un fenomeno, per le quali, nel caso delle frane
superficiali, vengono individuate generalmente le
seguenti possibilità:
1. l’infiltrazione verticale dell’acqua genera una
falda temporanea al contatto con il substrato
meno permeabile sottostante. Il conseguente
aumento della pressione interstiziale rende instabile il pendio. Tipico approccio è quello sviluppato da Montgomery e Dietrich (1994) che hanno
messo in evidenza che le frane superficiali si originano con maggiore frequenza nelle aree dove
si verifica convergenza del deflusso sub-superficiale, in condizioni di stazionarietà del flusso
stesso;
2. l’infiltrazione verticale dell’acqua causa la riduzione della suzione e la conseguente riduzione della
coesione apparente. Tipico approccio è quello
recentemente sviluppato da Iverson (2000) e
Baum et al. (2002), che individuano i meccanismi
di interazione tra terreno e infiltrazione, valutando
gli effetti del comportamento transitorio della pioggia.
L’approccio descritto al punto uno può essere adottato nel caso di frane superficiali di limitato spessore, in
cui la superficie di rottura è posta in corrispondenza
del contatto tra il suolo e il substrato.
17
1. economic and temporal aspects;
2. considering the importance of input parameters;
3. considering the representativeness of results.
In order to evaluate the level of hazard of shallow
landslides in large areas, which is what this project
examines, it is advisable to use models which, when
processed by a Geographic Information System
(GIS), represent a valid way of summarising the phenomenon and are simple to implement and use.
In view of this, while the non-steady state approach
is generally more accurate, we believe that, in line
with requirements for a large-scale hazard assessment method, a valid approach is one which couples
an infinite slope stability model (Limit Equilibrium
Model) and a steady-state hydrological model
(Montgomery & Dietrich, 1994; Dietrich &
Montgomery, 1998; Pack et al., 1998).
In any case, whatever approach is applied, all models are characterised by uncertainties which cannot
be eliminated. The degree of uncertainty that is
acceptable depends not only on the requirements of
the decision-making body, but also on the type of
problem and its extent.
To overcome uncertainties regarding spatial variability in both input parameters and results, a number of
methods which integrate prediction models into GIS
applications have been developed.
18
detailliert die zu untersuchenden Ereignisse, kann
aber nur schwer auf weite Gebiete übertragen werden,
weil die im Modell abzubildenden Prozesse sehr komplex sind. Es sehr aufwändig, die vielen Variablen
detailliert und nach Regionen aufzuschlüsseln. Dabei
sind folgende Gesichtspunkte zu bedenken:
1. wirtschaftliche und zeitliche Faktoren;
2. Signifikanz der Eingangsparameter;
3. Repräsentativität der Ergebnisse.
Für eine Einschätzung der Gefährlichkeit der flachgründigen Rutschungen in weiten Gebieten – wie
den in diesem Projekt behandelten – sollte auf
Modelle zurückgegriffen werden, die in einem geografischen Informationssystem (GIS) verwaltet werden und damit ein wirksames Mittel zur Synthese solcher Ereignisse bilden. Sie sollten darüber hinaus
leicht zu implementieren und zu verwenden sein.
Auch wenn man davon ausgeht, dass man bei einer
beweglichen Methode genauere Ergebnisse erhält,
kann man mit einer Methode, die ein
Stabilitätsmodell mit Grenzgleichgewicht des unendlichen Hangs und ein stationäres hydrologisches
Modell
kombiniert,
brauchbare
und
den
Anforderungen an eine Einschätzungsmethode für
Gefahren in großem Umfang genügende Ergebnisse
erzielen. (Montgomery & Dietrich, 1994; Dietrich &
Welche Methode man auch immer verwendet – das
Ergebnis enthält immer noch unsichere und nicht kalkulierbare Elemente. Der Grad der Unsicherheit, der
als gerade noch hinnehmbar gelten kann, hängt nicht
nur von der Fragestellung der Entscheidungsträger
ab, sondern auch von der Art des Problems und von
dessen Ausdehnung.
Um wenigstens die Unsicherheit wegen der
Raumvariable der Eingangsparameter und der
Ergebnisse zu eliminieren, wurden Methoden entwikkelt, die die Vorhersagemodelle in eine GISUmgebung integrieren.
Il secondo approccio, da ritenersi il più rigoroso,
descrive con estremo dettaglio i fenomeni in esame,
ma è difficilmente applicabile su ampie aree, proprio
per l’intrinseca complessità dei processi che intende
modellare. Esso richiede infatti un notevole sforzo nel
dettagliare e regionalizzare le numerose variabili dal
punto di vista:
1. economico e temporale;
2. della significatività dei parametri di ingresso;
3. della rappresentatività dei risultati.
Per la valutazione della pericolosità dei fenomeni franosi della coltre superficiale su aree estese, quali
quelle oggetto del presente Progetto, è opportuno il
ricorso a modelli che, convenientemente gestiti nell’ambito di un Sistema Informativo Geografico (GIS),
siano un valido strumento di sintesi fenomenologica
e rispondano al requisito di semplicità di implementazione e utilizzo.
Pertanto, pur ritenendo che la risposta fornita dall’approccio non stazionario sia generalmente più
rigorosa, si ritiene che una risposta tuttora valida,
coerente con i requisiti richiesti per l’applicazione di
una metodologia di valutazione della pericolosità su
larga scala, sia rappresentata da un approccio che
accoppia ad un modello di stabilità all’equilibrio limite del pendio infinito, un modello idrologico stazionario (Montgomery & Dietrich, 1994; Dietrich &
In ogni caso, qualunque sia l’approccio seguito, la
risposta di un modello è caratterizzata da incertezze
non eliminabili. Il grado di incertezza che si è disposti ad accettare è funzione non solo della domanda
formulata dall’autorità decisionale, ma anche del tipo
di problema e della sua estensione.
Per superare almeno l’incertezza sulla variabilità
spaziale sia dei parametri di ingresso sia dei risultati, sono state sviluppate metodologie che prevedono l’integrazione di modelli previsionali in
ambiente GIS.
3.1.2. Methods applied within the Project
3.1.2. Verwendete Methoden
3.1.2. Metodi applicati nel Progetto
3.1.2.A Empirical modelling of the triggering of
rapid evolution shallow landslides
3.1.2.A Empirische Modellierung der Auslösung
flachgründiger Rutschungen mit schneller
Entwicklung
3.1.2.A Modellazione empirica dell’innesco di
frane superficiali a rapida evoluzione
Allgemeine Einführung der Methode
Eventi meteorici straordinari, ritenuti tali per l’intensità e la durata delle precipitazioni, possono produrre fenomeni di instabilità superficiale. L’analisi delle
condizioni meteorologiche all’origine di dissesti storicamente documentati permette di determinare la
distribuzione regionale delle piogge critiche.
L’integrazione delle previsioni meteorologiche in un
modello dinamico di stabilità di versante permette la
ricostruzione di eventi passati e la previsione di
eventuali eventi futuri.
General introduction to the method
Heavy rainfalls, deemed to be such in view of the
intensity and duration of precipitations, can give rise to
shallow landslides. Analysing the meteorological conditions at the origin of recorded landslides enables us
to determine the regional distribution of critical rainfalls. Integrating meteorological forecasts into a
dynamic slope stability model allows us to reconstruct
past events and forecast any future events.
Definition
An empirical method to calculate the regional distribution of rainfall heavy enough to give rise to shallow
landslides.
Aims
The method indicates the regional distribution of critical rainfalls, in order to evaluate the risk of triggering
a landslide in the event of precipitation which is
exceptional in terms of intensity and duration.
Potential
The model provides a regional estimate of landslide
hazards when threshold levels of precipitation are
exceeded and is a tool which supports the decisionmaking process in the event of an incident.
Limits
The model requires records for a number of previous
events (with spatial and temporal information for each
event), a network of rain gauges and rainfall forecasts. Only normalised average rainfalls are taken
into account. If the model is used for prediction purposes, the accuracy of the results depends greatly on
the accuracy of the weather forecast used.
Meteorische Ereignisse von aussergewöhnlicher
Dauer oder Intensität können oberflächliche
Hanginstabilitäten auslösen. Die Analyse der meteorologischen Bedingungen von historisch dokumentierten Ereignissen erlaubt die Bestimmung der
regionalen Verteilung der notwendigen kritischen
Niederschläge.
Der
Einbezug
der
Niederschlagsvorhersage in ein dynamisches
Hangstabilitätsmodell
erlaubt
neben
der
Rekonstruktion
historischer
Ereignisse
die
Vorhersage des Verlaufes aktueller Ereignisse.
Definition
Empirisches Modell zur Bestimmung der regionalen
Verteilung
der
Niederschläge,
welche
Hanginstabilitäten auslösen können.
Ziel
Die Methode liefert die regionale Verteilung kritischer
Auslöseniederschläge zur Gefährdungsbeurteilung
im Falle von Starkniederschlägen.
Potentialität
Die Methode liefert eine regionale Gefahrenabschätzung bezüglich oberflächlicher Hanginstabilitäten, wenn gewisse kritische Niederschlagswerte überschritten werden und dient somit
als Instrument der Entscheidungshilfe bei
Ereignissen von Starkniederschlägen.
Grenzen
Benötigt Informationen historischer Ereignisse
(räumliche und zeitliche Informationen jedes
Introduzione generale sul metodo
Definizione
Metodo empirico della distribuzione regionale delle
piogge in grado d’innescare instabilità.
Finalità
Il metodo indica la distribuzione regionale delle precipitazioni critiche, al fine di valutare il pericolo d’innesco in caso di precipitazioni eccezionali per intensità e durata.
Potenzialità
Il modello fornisce una stima regionale del pericolo di
frana quando si superano i limiti critici di precipitazione ed è uno strumento di supporto decisionale in
caso d’evento.
Limiti
Il modello richiede una serie storica di eventi pregressi (con le informazioni spaziali e temporali di ogni
singolo evento), una rete di pluviometri e la previsione delle precipitazioni. Vengono considerate solo le
piogge medie normalizzate. Se il modello è utilizzato
per scopi previsionali, l’attendibilità dei risultati dipen19
Activities
The application of the method requires:
• collecting data regarding previous events of instability, on the exact time when the landslide was
triggered and rainfall/weather conditions;
• representation of normalised precipitation for the
duration of the event;
• definition of the trigger threshold;
• spatial interpolation of the trigger threshold and
corresponding rainfall in the area being studied;
• determination of critical rainfalls;
• integration of weather forecasts to predict the evolution of an event in progress.
Expected products
A map of rainfalls deemed critical for triggering instability (over different durations).
Appropriate professional figures
Emergency management authorities.
Ereignisses), ein Niederschlagsmessnetz und eine
Niederschlagsvorhersage. Es werden nur die mittleren normierte Niederschläge berücksichtigt. Als
Vorhersagemodell benutzt, ist es nur so gut wie die
Niederschlagsvorhersage.
Aktivitäten
Folgenden Schritte sind nötig:
• Datensammlung
historischer
Ereignisse:
möglichst genauer Zeitpunkt, Ort und begleitende
Niederschlagsverhältnisse;
• Darstellung der Ereignisse in einem Diagramm
Zeitdauer - normalisierte Niederschläge;
• Definition der Auslöseschwellenwerte;
• Räumliche Interpolation der Schwellenwerte und
der entsprechenden Niederschlagswerte im
Analysengebiet;
• Bestimmung der kritischen Niederschläge;
• Integration der Niederschlagsvorhersage, um den
Verlauf aktueller Ereignisse zu verfolgen.
Erwartete Produkte
Karten kritischer Auslöseniederschläge unterschiedlicher Dauer für oberflächliche Hanginstabilitäten.
Geeignete Berufsbilder
Behörden,
die
die
Entwicklung
Starkregenereignisses beurteilen müssen.
20
eines
de in modo considerevole dall’attendibilità della previsione meteorologica.
Attività
L’applicazione del metodo richiede:
• raccolta dei dati riguardanti eventi pregressi di
instabilità, circa il momento esatto dell’innesco e
le condizioni meteo-pluviometriche;
• rappresentazione delle precipitazioni normalizzate
in funzione della durata dell’evento;
• definizione di soglie d’innesco;
• interpolazione spaziale delle soglie d’innesco e
delle piogge corrispondenti nell’area di studio;
• determinazione delle piogge critiche;
• integrazione della previsione meteorologica per
prevedere l’evoluzione di un evento in corso.
Prodotti attesi
Carta delle piogge critiche per l’innesco di instabilità
(per diverse durate).
Figure professionali idonee
Autorità preposte alla gestione in caso di emergenza.
Empirical modelling of the triggering of rapid evolution shallow landslides
§ 3.1.2.A/1 CANTON TICINO
Study area - Anwendungsgebiet - Area d’indagine
Country - Staat - Nazione
Switzerland – Canton Ticino
Basin - Becken - Bacino
Ticino
Figure 3.1.2.A/1.1 Geographical context.
Figur 3.1.2.A/1.1 Geografische Übersicht.
Figura 3.1.2.A/1.1 Inquadramento geografico.
Superficie
2.812 km2
Altitudine min/max [m s.l.m.]
193/3’402
Precipitazioni medie annue
1.700 mm ca.
Temperatura media massima (luglio) [°]
22 °C
Temperatura media minima (gennaio) [°]
4 °C
Table 3.1.2.A/1.1 Regional characteristics of Canton Ticino.
Tabelle 3.1.2.A/1.1 Regionale Charakteristiken des Kantons Tessin.
Tabella 3.1.2.A/1.1 Caratteristiche regionali del Canton Ticino.
21
3.1.2.A/1.1 Preliminary tasks
3.1.2.A/1.1 Vorarbeiten
3.1.2.A/1.1 Fasi preliminari
In order to apply a statistical model of the trigger
threshold for shallow landslides to this area of the
canton, the following data were processed and integrated:
• forecast of precipitations for a 72 hour period, supplied twice daily (at 12:00 and 24:00) by Meteo
Svizzera, on a 7 x 7 km2 grid;
• data from 42 rain gauges which record rainfall in
real time (5 in Canton Ticino, 13 belonging to
Meteo Svizzera, 17 in Regione Piemonte and 8 of
the Consorzio Adda);
• mean annual rainfall data for all the Verbano lake
catchments (Carollo et al., 1981);
• trigger thresholds for shallow landslides in the
Ticino area and Lombardy (Ceriani et al., 1994;
Agustoni, 1996).
Um das empirische Modell der Auslösung oberflächlicher
Hanginstabilitäten
auf
das
ganze
Kantonsgebiet anzuwenden, wurden folgende Daten
zusammengeführt:
• Niederschlagsvorhersage für die folgenden 72
Std. auf einem Netz von 7 x 7 km2, zweimal täglich
(12 und 24 Uhr) geliefert durch die MeteoSchweiz;
• Online erhältliche Regendaten von 42
Pluviografen (5 vom Kanton Tessin, 13 von
MeteoSchweiz, 17 der Region Lombardei und 8
vom Consorzio Adda);
• Mittlere jährliche Niederschlagsdaten für das
ganze Einzugsgebiet des Lago Maggiore (Carollo
et al., 1981);
• Auslöseschwellen
für
oberflächliche
Hanginstabilitäten für das Tessin und die
Lombardei (Ceriani et al., 1994; Agustoni, 1996).
Per l’applicazione al territorio cantonale della modellazione empirica per le soglie d’innesco di frane
superficiali, sono stati elaborati ed integrati:
• la previsione delle precipitazioni per le successive
72 ore, fornita due volte al giorno (12:00 e 24:00)
da MeteoSvizzera su una griglia di 7 x 7 km2;
• i dati relativi a 42 pluviometri che registrano le precipitazioni in tempo reale (5 del Canton Ticino, 13
di MeteoSvizzera, 17 della Regione Piemonte e 8
del Consorzio Adda);
• i valori di pioggia media annuale per tutto il bacino
del Lago Verbano (Carollo et al., 1981);
• le soglie d’innesco per frane superficiali nel Ticino
e nella Lombardia (Ceriani et al., 1994; Agustoni,
1996).
22
Figure 3.1.2.A/1.2 Components of the model.
Figur 3.1.2.A/1.2 Komponenten des Modells.
Figura 3.1.2.A/1.2 Componenti del modello.
Figure 3.1.2.A/1.3 Trigger thresholds according to Ceriani et al. (1994) and
Agustoni (1996) with indication of the zonation zoning (1 to 3)
used in the model.
Figur 3.1.2.A/1.3 Auslöseschwellen nach Ceriani et al. (1994) und Agustoni
(1996) mit Angabe der im Modell verwendeten Zonierung (1 bis 3).
Figura 3.1.2.A/1.3 Soglie d’innesco secondo Ceriani et al. (1994) e Agustoni
(1996) con indicazione della zonazione (1 a 3) usata nel modello.
Figure 3.1.2.A/1.4 Definition of trigger thresholds (Ceriani et al., 1994; Agustoni, 1996).
Figur 3.1.2.A/1.4 Definition der Auslöseschwellen (Ceriani et al., 1994; Agustoni, 1996).
Figura 3.1.2.A/1.4 Definizione delle soglie d’innesco (Ceriani et al., 1994; Agustoni, 1996).
23
3.1.2.A/1.2 Activities
3.1.2.A/1.2 Aktvitäten
3.1.2.A/1.2 Attività
Using the available data, the development of a statistical model to study the triggering of shallow landslides enables us to assess the stability or instability
of each cell according to the interpolated trigger
thresholds.
The model is applied to a calculation grid of 72 x 84
km2 with accuracy to within 1 km, which covers the
entire Ticino area (Figure 3.1.2.A/1.2). The rainfall
recorded by the 42 rain gauges and the weather forecasts are mapped onto this.
The same model is applied to both predicted and
measured precipitation, and can therefore be used to
analyse both past and current situations (mapping
critical precipitation according to duration of rainfall,
at 6, 12, and 24 hours, and different trigger thresholds), to obtain predictions of stability during an
event.
The results of the model show stability ranges
(Figure 3.1.2.A/1.3) represented by four colours
(Figure 3.1.2.A/1.4).
Das
empirische
Modell
der
regionalen
Auslöseschwellenwerte
für
oberflächliche
Hanginstabilitäten ermöglicht es, die Stabilität oder
Instabilität
jeder
Rechenzelle
des
Anwendungsgebietes, basierend auf der interpolierten Auslöseschwelle, zu bestimmen.
Das Modell rechnet auf einem Netz von 72 x 84 km2
mit einer Auflösung von 1 km2 und deckt das ganze
Tessin ab (Figur 3.1.2.A/1.2). Auf diesem Netz werden die an den 42 Pluviometern gemessenen
Niederschläge und die Regenvorhersage interpoliert.
Das Modell benützt die vorausgesagten oder gemessenen Niederschläge, und kann somit benutzt werden, um eine vergangene oder aktuelle Situation zu
studieren (Kritische Niederschlagsmengen für 6, 12,
24 Std. und für verschiedene Auslöseschwellen) oder
um den Verlauf eines Ereignisses vorauszusagen.
Das
Modell
liefert
die
entsprechenden
Stabilitätsfelder (Figur 3.1.2.A/1.3) in verschiedenen
Farben (Figur 3.1.2.A/1.4).
Lo sviluppo di un modello empirico per lo studio dell’innesco di frane superficiali ha permesso, usando i
dati a disposizione, di valutare la stabilità o l’instabilità di ogni cella in base alla soglia d’innesco interpolata.
Il modello agisce su una griglia di calcolo di 72 x 84
km2 con precisione di 1 km che ricopre tutta l’area del
Ticino (Figura 3.1.2.A/1.2). Su di essa vengono interpolate le piogge misurate dai 42 pluviometri e le previsioni meteorologiche.
Lo stesso modello utilizza le precipitazioni previste o
misurate, e può quindi essere utilizzato per analizzare la situazione passata e attuale (carta delle precipitazioni critiche in funzione della durata delle piogge a
6, 12, 24 ore e delle diverse soglie d’innesco), o per
ottenere una previsione di stabilità durante l’evento.
I risultati del modello indicano i campi di stabilità
(Figura 3.1.2.A/1.3) rappresentati da quattro colori
(Figura 3.1.2.A/1.4).
24
Figure 3.1.2.A/1.5 Trigger thresholds with the evolution of actual
and predicted rainfall during the event in August 2003.
Figur 3.1.2.A/1.5 Auslöseschwellen mit effektivem und vorausgesagtem
Niederschlagsverlauf während des Ereignisses vom August 2003.
Figura 3.1.2.A/1.5 Soglie d’innesco con evoluzione delle piogge effettive
e previste durante l’evento dell’agosto 2003.
Figure 3.1.2.A/1.6 August 2003 event: actual situation (on the right) and the
forecast taken from the model at 1:00 and 10:00 on the same day.
Figur 3.1.2.A/1.6 Ereignis August 2003: Effektive Situation (rechts) und
Modellvoraussage um 1 Uhr für 10 Uhr desselben Tages.
Figura 3.1.2.A/1.6 Evento dell’agosto 2003: situazione effettiva (a destra) e
previsione fatta dal modello alle ore 1:00 per le 10:00 dello stesso giorno.
Figure 3.1.2.A/1.7 Critical rainfalls required to exceed threshold 1 in a 24
hour event in Ticino. Green 100 - 125, yellow 125 - 150, blue 150 - 175,
red 175 - 200 [mm].
Figur 3.1.2.A/1.7 Kritische Niederschlagswerte nötig zur Überwindung der
Schwelle 1 in einem Ereignis der Dauer 24 h im Tessin. Grün 100 - 125,
gelb 125 - 150, blau 150 - 175, rot 175 - 200 [mm].
Figura 3.1.2.A/1.7 Piogge critiche necessarie per superare la soglia 1
in un evento di 24 h in Ticino. Verde 100 - 125, giallo 125 - 150, blu 150 175, rosso 175 - 200 [mm].
25
3.1.2.A/1.3 Results
3.1.2.A/1.3 Ergebnisse
3.1.2.A/1.3 Risultati
The model was used to create graphs of critical rainfalls for events of 6, 12 and 24 hours for the entire
Ticino area and was tested on the events of
November 2002 and August 2003.
Like the prediction model, the critical rainfall map is
used by the relevant Canton authorities in the event
of an emergency, to estimate the evolution of an
event in progress.
The events of November 2002 and August 2003 highlighted the fact that the accuracy of the model
depends on the type of event and the quality of
weather forecasts: in the limited event of August 2003
the forecast scenarios were accurate, while in the
event of November 2002 there were marked differences, due to the wider scope of the weather front
and its long lasting duration.
Das Modell wurde angewendet zur Bestimmung der
kritischen Niederschläge für Ereignisse von 6, 12, 24
Std. für das ganze Tessin, und wurde an den
Ereignissen November 2002 und August 2003 getestet.
Die Karten der kritischen Niederschläge und das
Vorhersagemodell werden durch die Behörden im
Notfall benutzt, um die Entwicklung einer
Gefahrensituation zu beurteilen.
Die Ereignisse November 2002 und August 2003
haben gezeigt, dass die Zuverlässigkeit des Modells
vom Typ des Ereignisniederschlages und der Güte
der Niederschlagsvorhersage abhängt: Im Fall
August 2003 waren die Vorhersagen grösstenteils
zutreffend, während für November 2002 das Modell
Schwierigkeiten bekundete, bedingt durch die grössere Ausdehnung der Niederschlagszone und die
Länge des Ereignisses.
Il modello è stato utilizzato per l’illustrazione grafica
delle piogge critiche per eventi di 6, 12, 24 h per tutto
il Ticino e testato con gli eventi del novembre 2002 e
dell’agosto 2003.
Le carte delle piogge critiche, come il modello previsionale, vengono usati dalle autorità cantonali competenti in caso di emergenza per stimare l’evoluzione
di un evento in corso.
Gli avvenimenti del novembre 2002 e dell’agosto
2003 hanno evidenziato che l’affidabilità del modello
dipende dal tipo di evento e dalla qualità delle previsioni meteorologiche: nel caso circoscritto dell’agosto
2003 gli scenari previsionali sono stati molto vicini
alla realtà, mentre nell’evento del novembre 2002 le
differenze sono state più marcate, a causa della
maggior ampiezza della perturbazione e dalla sua
lunga durata.
26
3.1.2.A/1.4 Conclusions
3.1.2.A/1.4 Schlussfolgerungen
3.1.2.A/1.4 Conclusioni
The model developed is appropriate for the study of
historical data and the creation of regional-scale
maps of critical rainfalls heavy enough to trigger
slope instability.
In the event that the model is used for prediction purposes, the accuracy of results depends greatly on the
quality of the weather forecast.
Das entwickelte Modell ist ein taugliches Werkzeug
zum Studium von historischen Daten und der
Herstellung von regionalen Karten der kritischen
Niederschläge zur Auslösung oberflächlicher
Hanginstabilitäten.
Bei Benutzung als Vorhersagemodell hängt die
Aussagequalität stark von der Güte der
Niederschlagsvorhersage ab.
Il modello sviluppato può essere considerato uno
strumento adatto per lo studio di dati storici e per la
produzione di carte su scala regionale delle piogge
critiche in grado di innescare instabilità di versante.
Nel caso in cui il modello sia usato come strumento
previsionale, l’attendibilità dei risultati dipende fortemente dalla qualità della previsione meteorologica.
27
3.1.2.B Physically based modelling of the triggering of rapid evolution shallow landslides
The framework selected for the evaluation of the hazard level of shallow landslides is based on a mechanical/hydrological model. This type of modelling
includes the SHALSTAB (Dietrich & Montgomery,
1998), SINMAP (Pack et al., 1998) and SLIDISP
(Liener et al., 1996) applications.
This approach, which involves discretising the area
being studied into elementary cells, couples the classic Limit Equilibrium Method for slope stability with a
hydrological model.
The model is based on the following hypotheses:
• infinite slope;
• even surface of failure parallel to the slope and
situated at the point of contact between the altered
surface debris mantle and the bedrock (rock or
quaternary deposit);
• soil strength criteria (Mohr-Coulomb) expressed in
terms of effective stresses;
• steady-state flow parallel to the slope;
• no significant deep drainage and no significant
flow in the bedrock.
Definition
Deterministic approach based on a mechanical/hydrological model.
Aims
These models basically evaluate the influence of
topography on the triggers of shallow landslides.
They enable us to verify the stability of each individual cell in the area being studied, using variables and
parameters. The variables are attributes deriving
from topography and morphology: slope dip direction
and dip , area of drainage and width of run-off. In
general these vary for each cell being considered,
automatically derived from the Digital Elevation
28
3.1.2.B Physikalisch-basierte Modellierung der
Auslösung flachgründiger Rutschungen mit
schneller Entwicklung
Das ausgewählte Schema zur Einschätzung der
Gefährlichkeit von flachgründigen Rutschungen
basiert auf einem mechanisch-hydrologischen
Modell. Zu dieser Art der Modellbildung gehören die
Anwendungen SHALSTAB (Dietrich & Montgomery
1998), SINMAP (Pack et al., 1998) und SLIDISP
(Liener et al., 1996).
Bei dieser Methode wird der Untersuchungsbereich
in Elementarzellen untergliedert. Sie kombiniert das
klassische Modell des Grenzgleichgewichts für die
Stabilität des Hangs mit einem hydrologischen
Modell. Die Grundhypothesen des Modells sind folgende:
• unendlicher Hang;
• Bruchfläche parallel zum Hang an der
Berührungsfläche zwischen oberer Geröllschicht
und Unterboden (Fels oder quaternäre
Ablagerungen);
• Widerstandskriterien des Bodens (Relation nach
Mohr-Coulomb) ausgedrückt in wirksamer
Spannung;
• beständiger Fluss parallel zum Hang;
• keine tiefe Drainage und kein Abfluss im
Untergrund.
Definition
Deterministische Methode auf der Grundlage eines
mechanisch-hydrologischen Modells.
Ziel
Diese Art von Modell dient der Einschätzung des
Einflusses der Topografie auf die Auslösung von
flachgründigen Rutschungen. Es ermöglicht unter
Verwendung von Parametern und Variablen die
Prüfung der Stabilität einer jeden einzelnen der
3.1.2.B Modellazione fisicamente basata dell’innesco di frane superficiali a rapida evoluzione
Lo schema scelto per la valutazione della pericolosità per frane superficiali si basa su un modello meccanico-idrologico. In questa tipologia di modellazione
rientrano le applicazioni SHALSTAB (Dietrich &
Montgomery, 1998), SINMAP (Pack et al., 1998) e
SLIDISP (Liener et al., 1996).
Tale approccio, che prevede la discretizzazione del
dominio di studio in celle elementari, combina il
modello classico dell’equilibrio limite per la condizione di stabilità dei versanti con un modello idrologico.
Le ipotesi alla base della formulazione del modello
sono:
• pendio infinito;
• superficie di rottura piana parallela al pendio e
localizzata al contatto tra coltre detritica alterata
superficiale e substrato (roccia o deposito quaternario);
• criterio di resistenza del terreno (relazione di
Mohr-Coulomb) espresso in termini di tensioni
efficaci;
• flusso stazionario parallelo al pendio;
• assenza di drenaggio profondo e di flusso nel substrato.
Definizione
Approccio deterministico basato su un modello meccanico-idrologico.
Finalità
Questo tipo di modelli valuta essenzialmente l’influenza della topografia sull’innesco delle frane
superficiali. Essi permettono di verificare la stabilità di
ogni singola cella in cui è discretizzato il dominio di
studio, utilizzando variabili e parametri. Le variabili
sono gli attributi che derivano dalla topografia e dalla
morfologia: direzione e inclinazione del versante,
Model. The parameters are the physical-mechanical
dimensions attributed to the individual materials,
such as thickness, unit weight, shear strength,
hydraulic conductivity and the depth of infiltrated rain.
The SINMAP and SLIDISP applications utilise statistical procedures to define these parameters.
The model enables us to determine the quantity of
infiltrated water required to bring each element to a
given Safety Factor, namely to render each individual
cell unstable.
Potential
The type of model described presents the following
characteristics:
• it is consolidated and universally accepted;
• it is easy to implement and requires knowledge of
a small number of parameters;
• it provides results which are acceptable in relation
to the low costs involved and the data required;
• it provides results which are sufficiently valid for
processes linked to long-lasting meteorological
events.
Limits
The most evident Limits of this approach are:
• it requires a highly accurate Digital Elevation
Model, which the morphometric variables are derived from;
• the need for high numeric and spatial consistency
in land measurements, especially when an extensive area is being studied, which can be overcome
by a prudent selection of testing locations, or by
adopting simplified measures;
• it is based on steady-state infiltration, which can
be overcome by adopting more complete but more
complex, non steady-state models, such as the
models developed by Iverson (2000) and USGS
(TRIGRS; Baum, 2002), which identify interaction
mechanisms between terrain and infiltration, eva-
Zellen, in die das Untersuchungsgebiet eingeteilt ist.
Die Variablen sind Attribute, die der Morphologie und
der Topografie zugeschrieben werden können:
Durchtränkung
und
Neigung
des
Hangs,
Drainagegebiet und Abflussbreite. Im allgemeinen
sind diese für jede einzelne vom Digitalen
Geländemodell berücksichtigte Zelle unterschiedlich.
Die Parameter sind physikalisch-mechanische
Größen, die den einzelnen Materialien zugewiesen
werden
wie
zum
Beispiel
Mächtigkeit,
Volumengewicht, Schneidwiderstand, hydraulische
Leitfähigkeit und Höhe des eingedrungenen
Niederschlags. Die Anwendungen SINMAP und SLIDISP verwenden statistische Abläufe zur Definition
der Parameter.
Das Modell erlaubt für jedes Element eine
Bestimmung der Menge des eingedrungenen
Wassers, die nötig ist, um den Sicherheitsfaktor einheitlich zu machen.
Potentialität
Die Art des beschriebenen Modells hat folgende
Eigenschaften:
• es ist konsolidiert und allgemein anerkannt;
• es ist leicht zu implementieren und erfordert eine
nicht zu hohe Anzahl von Parametern;
• es liefert hinnehmbare Ergebnisse bei niedrigen
Kosten und geringen Datenmengen;
• es liefert ausreichend genaue Ergebnisse für
Prozesse, die mit meteorologischen Ereignissen
von langer Dauer verbunden sind.
Grenzen
Die augenscheinlichsten Grenzen dieser Methode
sind folgende:
• erhöhte Genauigkeit des verwendeten Digitalen
Geländemodells, aus dem morphometrische
Variablen des Hanges abgeleitet werden können;
• Notwendigkeit von zahlenmäßig und räumlich
area di drenaggio e larghezza di deflusso. In generale, esse sono diverse per ognuna delle celle considerate e derivate automaticamente dal Modello
Digitale del Terreno. I parametri sono grandezze fisico-meccaniche attribuite ai singoli materiali, come ad
esempio lo spessore, il peso di volume, la resistenza
al taglio, la conducibilità idraulica e l’altezza di pioggia infiltrata. Le applicazioni SINMAP e SLIDISP utilizzano procedure statistiche per la definizione dei
parametri.
Il modello permette di determinare, per ogni elemento, la quantità d’acqua infiltrata necessaria a rendere
unitario il Fattore di Sicurezza, cioè ad instabilizzare
ogni singola cella.
Potenzialità
La tipologia di modello descritta presenta le seguenti caratteristiche:
• è consolidata e universalmente accettata;
• è di facile implementazione e richiede la conoscenza di un contenuto numero di parametri;
• fornisce risultati accettabili in rapporto ai bassi
costi di realizzazione e ai dati richiesti;
• fornisce risultati sufficientemente validi per processi legati ad eventi meteorologici di lunga durata.
Limiti
l limiti più evidenti di tale approccio sono:
• elevata accuratezza del Modello Digitale del
Terreno impiegato, da cui derivare le variabili morfometriche del versante;
• necessità di un’alta consistenza numerica e spaziale delle misure di terreno, specialmente quando
il dominio di studio è esteso, superabile con una
scelta oculata dell’ubicazione delle prove oppure
adottando semplificazioni;
• assunzione dell’ipotesi di stazionarietà dell’infiltrazione, superabile con l’adozione di modelli non
29
luating the transitory effects of rainfall on variations in pore pressure.
The application of this approach requires the interdisciplinary participation of: hydraulic and geotechnical engineers, geologists, GIS experts and pedologists. The latter have proved to be vital, in ascertaining a number of soil properties.
ausgedehnten Messungen des Geländes, besonders wenn das Untersuchungsgebiet groß ist.
Abhilfe ist möglich durch eine sorgfältige Auswahl
der Messstellen oder durch Vereinfachungen;
• Annahme der Hypothese der beständigen
Infiltration. Abhilfe durch nicht stationäre, aber
komplexere Modelle wie denen von Iverson (2000)
und USGS (TRIGRS; Baum, 2002), die die
Mechanismen der Interaktion zwischen Gelände
und Infiltration ausmachen und dabei die
Auswirkungen
von
vorübergehenden
Niederschlägen auf den Druck im Zwischenraum
einschätzen.
Die Anwendung dieser Methode erfordert die interdisziplinäre Teilnahme von Hydraulikingenieuren,
Geotechnikern, Geologen, GIS-Experten und
Pädologen. Vor allem die letzteren haben sich als
unverzichtbar
im
Hinblick
auf
die
Bodeneigenschaften erwiesen.
30
stazionari più completi ma più complessi, come ad
esempio i modelli sviluppati da Iverson (2000) e
USGS (TRIGRS; Baum, 2002), che individuano i
meccanismi di interazione tra terreno e infiltrazione valutando gli effetti del comportamento transitorio della pioggia sulle variazioni della pressione
interstiziale.
L’applicazione di tale approccio prevede la partecipazione interdisciplinare di: ingegneri idraulici e geotecnici, geologi, esperti in Sistemi Informativi Geografici
e pedologi. Questi ultimi si sono rivelati fondamentali
nell’attribuzione di alcune proprietà dei suoli.
Physically based modelling of the triggering of rapid evolution shallow landslides
§ 3.1.2.B/1 CANTON TICINO
Village - Ort - Comune
Quinto
Ticino
Figure 3.1.2.B/1.1 Geographical context.
Figur 3.1.2.B/1.1 Geografische Übersicht.
Figura 3.1.2.B/1.1 Inquadramento geografico.
Figure 3.1.2.B/1.2 Area of study.
Figur 3.1.2.B/1.2 Untersuchungsgebiet.
Figura 3.1.2.B/1.2 Zona di studio.
31
3.1.2.B/1.1 Preliminary tasks
3.1.2.B/1.1 Vorarbeiten
3.1.2.B/1.1 Fasi preliminari
In 2002 the area of the commune of Quinto was hit
by an intense meteorological event (Figure
3.1.2.B/1.4). The heaviest rainfall occurred on 16
November, with a peak of 12.1 mm/h at 10:00.
Following this event (estimated return period: 100
years) there were various phenomena of surface
instability, which damaged infrastructures and foundations.
The first stage of work was an analysis of the terrain,
which enabled us to create an initial database of the
main information regarding the individual landslides.
Im November 2002 war die Gemeinde Quinto von
starken Niederschlägen betroffen (Figur 3.1.2.B/1.4).
Das Niederschlagsmaximum ereignete sich am 16.
November mit Spitzenwerten um 12.1 mm/h um 10
Uhr.
Auf
das
Niederschlagsmaximum
folgend
(Wiederkehrdauer 100 Jahre) sind verschiedene
Hanginstabilitäten aufgetreten, die Schäden an
Infrastruktur und Gebäuden verursacht haben.
In einem ersten Schritt wurden die Hanginstabilitäten
im Felde aufgenommen und eine Datenbank erstellt.
Nel 2002 la zona del Comune di Quinto è stata colpita da un intenso evento meteorologico (Figura
3.1.2.B/1.4). Le precipitazioni più intense si sono
verificate durante la giornata del 16 novembre, raggiungendo un picco massimo alle ore 10:00 pari a
12.1 mm/h.
In seguito a questo avvenimento (tempo di ritorno stimato a 100 anni), si sono verificati vari fenomeni di
instabilità superficiale, che hanno provocato danni
alle infrastrutture e ai sedimi.
Quale prima fase di intervento si è proceduto all’analisi sul terreno, che ha consentito di allestire una
prima banca dati contenente le principali informazioni riguardanti i singoli dissesti.
32
Figure 3.1.2.B/1.4 Pluviometric
evolution trend in November 2002.
Figur 3.1.2.B/1.4
Niederschlagsverlauf
im November 2002.
Figura 3.1.2.B/1.4 Evoluzione
pluviometrica del novembre 2002.
Figure 3.1.2.B/1.3 Map of soil coverage.
Figur 3.1.2.B/1.3 Bodenkarte des
Untersuchungsgebietes.
Figura 3.1.2.B/1.3 Carta della copertura del suolo.
Figure 3.1.2.B/1.5 Pluviometric
evolution trend of the event,
trigger thresholds and observed
landslides.
Figur 3.1.2.B/1.5
Niederschlagsverlauf
des Ereignisses,
Auslöseschwellenwerte und
beobachtete Hanginstabilitäten.
Figura 3.1.2.B/1.5 Evoluzione
pluviometrica dell’evento,
soglie d’innesco e dissesti osservati.
Figure 3.1.2.B/1.6 Type of landslides.
Figur 3.1.2.B/1.6 Typologie der Hanginstabilitäten.
Figura 3.1.2.B/1.6 Tipologia dei dissesti.
33
3.1.2.B/1.2 Activities
3.1.2.B/1.2 Aktivitäten
3.1.2.B/1.2 Attività
The following activities were carried out:
• survey and documentation of the geometry and
type of landslides;
• soil classification with laboratory analysis;
• creation of the Digital Elevation Model and creation of a raster map with 10 m grid;
• division of the area into elementary units;
• calibration of calculation parameters;
• theoretical calculation of slope stability using
various methods (SHALSTAB, SINMAP, TRIGRS);
• comparison between various models of calculation;
• application of the TRIGRS model with parameters
distributed evenly and equally across the entire
area being studied and with variations in the parameters of calculation according to the elementary
units;
• verification of results of the modelling and comparison with actual event.
Die folgenden Aktivitäten wurden ausgeführt:
• Feldaufnahme und Dokumentation der Geometrie
und Typologie der Hanginstabilitäten;
• Klassifikation der Lockergesteine anhand von
Laboranalysen;
• Digitalisierung eines digitalen Höhenmodells des
Untersuchungsgebietes mit 10 m horizontaler
Auflösung;
• Geografische
Unterteilung
des
Untersuchungsgebietes in Modelleinheiten;
• Kalibrierung der Rechenparameter;
• Berechnung der Hangstabilitäten mittels verschiedener Methoden (SHALSTAB, SINMAP, TRIGRS);
• Vergleich der verschiedenen Modelle und deren
Resultate;
• Anwendung von TRIGRS mit uniformen
Parameterwerten sowie Verteilung gemäss
Modelleinheiten;
• Vergleich der Modellresultate mit den Felddaten.
Sono state svolte le seguenti attività:
• rilevamento e documentazione della geometria e
della tipologia dei dissesti;
• classificazione dei suoli tramite analisi di laboratorio;
• realizzazione del Modello Digitale del Terreno e
creazione di una carta raster con griglia a risoluzione 10 m;
• suddivisione dell’area di studio in unità elementari;
• calibrazione dei parametri di calcolo;
• calcolo teorico della stabilità di versante con diversi metodi (SHALSTAB, SINMAP, TRIGRS);
• confronto tra i vari modelli di calcolo;
• applicazione del modello TRIGRS con i parametri
distribuiti in maniera omogenea e univoca su tutta
l’area di studio e con la variazione dei parametri di
calcolo in funzione delle unità elementari;
• controllo dei risultati della modellazione e confronto con il caso reale.
34
Figure 3.1.2.B/1.7 Result of the simulation of the event
of November 2002 using SHALSTAB.
Figur 3.1.2.B/1.7 Ergebnis der Simulation des Ereignisses
November 2002 mit SHALSTAB.Modellierung des Ereignisses
November 2002 mit SHALSTAB.
Figura 3.1.2.B/1.7 Risultato della simulazione
dell’evento novembre 2002 con SHALSTAB.
Figure 3.1.2.B/1.8 Result of the simulation using TRIGRS, before,
during and after the event of November 2002.
Figur 3.1.2.B/1.8 Modellierung mittels TRIGRS: Situation vor,
während und nach dem Ereignis November 2002.
Figura 3.1.2.B/1.8 Risultati della simulazione con TRIGRS,
prima, durante e dopo l’evento del novembre 2002.
35
3.1.2.B/1.3 Results
3.1.2.B/1.3 Ergebnisse
3.1.2.B/1.3 Risultati
The results obtained using the different models,
when visualised as instability maps, reveal a number
of differences linked to the steady-state, as opposed
to dynamic method of calculation (TRIGRS for example).
The results of the SHALSTAB model provide a better
picture of unstable areas, though with an outlook
which is overly pessimistic.
The TRIGRS model enables us to model a single
event through the evolution of precipitation, but it is
more difficult to obtain a result which reflects reality,
as the programming process is more delicate, involving both even and uneven distributions of parameters.
Die Resultate der verschiedenen Modelle, dargestellt
als Instabilitätskarten, unterstreichen einige prinzipiellen Unterschiede der benutzten Modelle, wie z. B.
die statische (SHALSTAB) oder dynamischer
Rechenmethode (TRIGRS).
Das Modell SHALSTAB erlaubt eine rasche, wenn
auch überschlagsmässige Identifizierung der instabilen Zonen, tendiert zu einer eher pessimistischen
Prognose.
Das Modell TRIGRS ermöglicht die konkrete
Modellierung eines einzelnen Ereignisses durch die
Niederschlagsentwicklung. Trotzdem ist ein realitätsbezogenes Ergebnis schwieriger zu erlangen, da die
Programmierung komplexer ist. In der Tat wird sowohl
eine homogene als auch heterogene Verteilung der
Parameter vorausgesetzt.
I risultati ottenuti dai diversi modelli, visualizzati sottoforma di carte d’instabilità, hanno evidenziato alcune differenze, legate al metodo di calcolo utilizzato
statico (steady state) piuttosto che dinamico (ad
esempio TRIGRS).
Per quanto riguarda il modello SHALSTAB, il risultato permette di prevedere maggiormente le zone
instabili sebbene esso sia troppo pessimistico.
Il modello TRIGRS permette di modellare un singolo
evento mediante l’evoluzione delle precipitazioni, ma
un risultato paragonabile alla realtà è più difficile da
ottenere in quanto la programmazione risulta più delicata, prevedendo una distribuzione sia omogenea
sia eterogenea dei parametri.
36
3.1.2.B/1.4 Conclusions
3.1.2.B/1.4 Schlussfolgerungen
3.1.2.B/1.4 Conclusioni
The results obtained are in line with the actual situation to some extent, though there are some significant differences between the events recorded on the
ground and the results of the calculations. These differences can be attributed to the level of precision of
the data used in the calculations, and its spatial dispersion. It should also be noted that in order for the
model to work, each cell must be given a single value
for each parameter. However the data is clearly accurate and spreading it over the area in question is only
possible by interpolating discrete sets of data.
We must therefore go from discrete sets of information spread over the area in question to a continuous
flow of information.
The use of a steady-state model such as SHALSTAB
is more suitable for a parametric study, for example to
evaluate the effects caused by precipitations with a
long-term return period.
A dynamic model like TRIGRS, which is able to
reproduce pluviometric conditions in a more realistic
way, is more suitable for modelling realistic events of
varying intensity.
Die Modellierungsresultate dokumentieren eine prinzipielle
Übereinstimmung
mit
den
Feldbeobachtungen, auch wenn ebenfalls erhebliche
Abweichungen beobachtet werden können. Diese
Abweichungen sind auf die Genauigkeit und räumliche Verteilung der verwendeten Modellparameter
zurückzuführen. Der Funktionsweise der Modelle ist
Rechnung zu tragen. Es ist aber notwendig jeder
Zelle einen einzigen wert für jeden einzelnen
Parameter zuzuschreiben. Die Bodenparameter
haben eine natürliche Streuung, die durch die
Modelle nur bedingt berücksichtigt werden kann. Die
Interpolation von diskreten, Feldbeobachtungen und
einzelnen Laboranalysen auf kontinuierliche
Modellwerte, die weite Teile des Modells abdecken
ist somit ein sehr sensibler und problematischer
Schritt.
Ein statisches Modell wie SHALSTAB ist eher geeignet für Parameterstudien, um z. B. den Effekt eines
Niederschlagsereignisses einer bestimmten mehrjährlichen Wiederkehrperiode auf die Hangstabilität
zu untersuchen.
Ein dynamisches Modell wie TRIGRS ist dazu geeignet um konkrete Niederschlagsereignisse nachzubilden oder um Modellniederschläge detaillierter abzubilden und deren Auswirkungen auf die Hangstabilität
zu untersuchen.
I risultati ottenuti dimostrano una certa concordanza
con gli avvenimenti reali, anche se vi sono importanti differenze tra gli eventi rilevati sul terreno e i risultati ottenuti dal calcolo. Queste differenze sono da
attribuire alla precisione dei valori di calcolo e alla
loro dispersione spaziale; si deve comunque tener
presente che per permettere al modello di operare è
necessario attribuire ad ogni cella un unico valore per
ogni parametro. Tuttavia l’origine dei valori è prettamente puntuale ed una ripartizione dei valori sulla
superficie studiata è possibile unicamente interpolando i dati discreti.
Si deve quindi passare da un’informazione discreta
assai dispersa sulla superficie di studio ad un’informazione continua.
L’utilizzazione di un modello statico tipo SHALSTAB è
più indicato per la previsione di uno studio parametrico, ad esempio per valutare l’effetto provocato da
precipitazioni con periodo di ritorno pluriannuale.
Un modello dinamico come TRIGRS, capace di riprodurre le condizioni pluviometriche in maniera più realistica, è maggiormente indicato per modellare degli
eventi realistici con intensità variabile.
37
§ 3.1.2.B/2 ARPA PIEMONTE
Italy – Piemonte
a) Andorno Micca, Biella, Campiglia Cervo, Mosso Santa Maria, Quittengo, Rosazza, Sagliano Micca, San Paolo Cervo, Veglio (provincia di Biella)
b) Alba, Albaretto della Torre, Arguello, Benevello, Borgomale, Bosia, Castino, Cortemilia, Cossano Belbo, Diano dÀlba, Grinzane Cavour,
Lequio Berria, Mango, Montelupo Albere, Neive, Neviglie, Rocchetta Belbo, Rodello, Serralunga dÀlba, Sinio, Treiso, Trezzo Tinella (provincia di Cuneo).
a) Cervo.
b) Tanaro.
Figure 3.1.2.B/2.1 Location of the areas being studied.
Figur 3.1.2.B/2.1 Lage der UntersuchungsbereicheUntersuchungszonen.
Figura 3.1.2.B/2.1 Ubicazione delle zone di studio.
38
The Montgomery and Dietrich method for evaluating
the hazard level of shallow landslides was applied to
two sample areas with different characteristics: a hill
area and an Alpine area.
a) The Alpine area: part of the land included in the
four sections on a scale of 1:10.000 of the
Regional Technical Map: 92120 (Piedicavallo),
92160 (Oropa), 93090 (Quittengo), and 93130
(Sagliano Micca), a total of around 27 km2;
b) The hill area: all the land included in the four sections on a scale of 1:10.000 of the Regional
Technical Map 193090 (Alba Sud), 193100
(Mango), 193130 (Montelupo Albese), and
193140 (Borgomale), with a total of around 146
km2.
The selection criteria for the areas of study were
linked to the following factors:
a) geological and morphological differentiation
(Alpine and hill areas);
b) areas known to be at risk of shallow landslides,
with data available for at least one heavy meteorological event where shallow landslides occurred,
in order to be able to compare the results of the
model and verify its robustness and reliability. For
the Alpine area we referred to the data for the
heavy meteorological event in October 2000,
while for the hill area we used the records of the
heavy meteorological event in November 1994.
Another important initial element for the analysis was
the Arpa Piemonte Digital Elevation Model, with a 10
x 10 m2 grid, which guaranteed the accuracy required
to determine all the morphometric dimensions of the
areas of study (drainage, inclination and hydrological
characteristics linked to the topography).
Die Methode von Montgomery und Dietrich zur
Einschätzung der Gefahr, die von flachgründigen
Rütschungen ausgeht, wurde in zwei Probegebieten
mit unterschiedlichen Eigenschaften angewandt: ein
hügeliges und ein alpines.
a) alpines Gebiet: ein Teil des Geländes zwischen
den vier Sektionen der Technischen Regionalkarte
(1:10.000): 92120 (Piedicavallo), 92160 (Oropa),
93090 (Quittengo), 93130 (Sagliano Micca),
Gesamtfläche etwa 27 km2;
b) hügeliges Gebiet: das gesamte Gelände zwischen
den vier Sektionen der Technischen Regionalkarte
(1:10.000): 193090 (Alba Sud), 193100 (Mango),
193130 (Montelupo Albese), 193140 (Borgomale),
Gesamtfläche etwa 146 km2.
Die Kriterien zur Auswahl der Untersuchungsgebiete
sind an folgende Faktoren gebunden:
a) Differenzierung vom geologischen und morphologischen Standpunkt aus (alpines und hügeliges Gebiet);
b) Zonen, die dafür bekannt sind, dass sie
Massenbewegungen ausgesetzt sind und von
denen relative Daten für mindestens ein Überschwemmungsereignis
mit
flachgründigen
Rutschungen verfügbar sind, damit die Ergebnisse
des Modells damit verglichen werden können und
die Zuverlässigkeit und die Haltbarkeit getestet werden kann. Für die alpine Zone wurden die Daten von
der Überschwemmung im Oktober 2000 verwendet.
Für die Hügelzone wurden die Daten der Überschwemmung im November 1994 verwendet.
Außerdem war das Digitale Geländemodell von Arpa
Piemont ein wichtiges Ausgangselement für die
Analysen. Es hat eine Dichte von 10 x 10 m2 und sorgte so für die nötige Präzision zur Bestimmung aller
morphometrischer Größen der Untersuchungszonen
(Immersion,
Neigung
und
hydrologische
Eigenschaften in Verbindung mit der Topografie)
La metodologia di Montgomery e Dietrich per la valutazione della pericolosità per frane superficiali è stata
applicata in due aree campione aventi caratteristiche
diverse: una zona collinare e una zona alpina.
a) Zona alpina: parte del territorio compreso tra le
quattro Sezioni alla scala 1:10.000 della Carta
Tecnica Regionale: 92120 (Piedicavallo), 92160
(Oropa), 93090 (Quittengo), 93130 (Sagliano
Micca), per un totale di circa 27 km2;
b) Zona collinare: tutto il territorio compreso entro le
quattro Sezioni 1:10.000 della Carta Tecnica
Regionale 193090 (Alba Sud), 193100 (Mango),
193130 (Montelupo Albese), 193140 (Borgomale),
per un totale di circa 146 km2.
I criteri per la scelta delle zone di studio sono legati
ai seguenti fattori:
a) differenziazione dal punto di vista geologico e
morfologico (ambiente alpino e collinare);
b) zone riconosciute come soggette a frane di tipo
superficiale con disponibilità di dati relativi ad
almeno un evento alluvionale in occasione del
quale si sono innescate frane superficiali, al fine di
poter confrontare i risultati del modello e verificarne la robustezza ed affidabilità. Per la zona Alpina
ci si è riferito ai dati dell’evento alluvionale dell’ottobre 2000, mentre per la zona Collinare si sono
utilizzati i rilievi relativi all’evento alluvionale del
novembre 1994.
Inoltre, importante elemento di partenza per le analisi è stato il Modello Digitale del Terreno di Arpa
Piemonte, a maglia 10 x 10 m2, che ha garantito la
necessaria precisione per la determinazione di tutte
le grandezze morfometriche delle zone di studio
(immersione, inclinazione e caratteristiche idrologiche legate alla topografia).
39
Figure 3.1.2.B/2.2 Digital Elevation Model
of the Alpine area.
Figur 3.1.2.B/2.2 Digitales Geländemodell
der alpinen Zone.
Figura 3.1.2.B/2.2 Modello Digitale
del Terreno della Zona Alpina.
Figure 3.1.2.B/2.3 Slope drainage in the Alpine area.
Figur 3.1.2.B/2.3 Einfallen des Hangs im
Alpinengebiet in der alpinen Zone.Dip direction
des Hangs in der alpinen Zone.
Figura 3.1.2.B/2.3 Immersione
del versante della Zona Alpina.
Figure 3.1.2.B/2.4 Slope inclination
in the Alpine area.
Figur 3.1.2.B/2.4 Neigung des Hangs
in der alpinen Zone.
Figura 3.1.2.B/2.4 Inclinazione del versante
della Zona Alpina.
Figure 3.1.2.B/2.5 Digital Elevation Model
of the Hill area.
Figur 3.1.2.B/2.5 Digitales Geländemodell
der hügeligen Zone.
Figura 3.1.2.B/2.5 Modello Digitale del Terreno
della Zona Collinare.
Figure 3.1.2.B/2.6 Slope drainage in the Hill area.
Figur 3.1.2.B/2.6 Einfallen des Hangs
im hügeligen Gelände.Dip direction des Hangs
in der hügeligen Zone.
Figura 3.1.2.B/2.6 Immersione
del versante della Zona Collinare.
Figure 3.1.2.B/2.7 Slope inclination in the Hill area.
Figur 3.1.2.B/2.7 Neigung des Hangs
in der hügeligen Zone.
Figura 3.1.2.B/2.7 Inclinazione del versante
della Zona Collinare.
40
The process to evaluate the level of hazard was
entirely carried out in GIS, and traced back to an
established scheme already successfully used for a
series of local studies (SUPSI & REGIONE
PIEMONTE, 2002; Campus et al., 2001). The nucleus of the entire process was the Montgomery and
Dietrich mechanical/hydrological stability model. The
sets of data fed into the model were structured so as
to be independent informative layers , to enable them
to be processed by GIS as follows:
1. physical/mechanical parameters;
2. topographic variables;
3. hydrological parameters.
From a methodological point of view the process can
be summarised in the following stages (Figure
3.1.2.B/2.8):
1. Collection of basic data;
2. discretization of the study area into cells of the
desired size (10 m per side); gathering and structuring of the data entered, in order to provide information in a format suitable for GIS; attribution of
raw data to the units of reference (pedological
units) and lastly to the cells;
3. pre-processing of raw data to structure it into the
information required by the model;
4. implementation of the calculation algorithms;
5. testing and calibration of the model;
6. filtering and reduction to scale of the chosen representation;
7. production and illustration of the map.
Steps 1 and 2 regard the collection and structuring
of the basic raw data in GIS from the various sources:
accurately measured and spatialized data (rainfalls),
data specifically acquired using systematic explorations of the terrain (pedological, geological, geomorphological and land use studies), basic data
acquired from other subjects (topography and Digital
Der Prozess der Einschätzung der Gefährlichkeit
wurde völlig innerhalb eines Geografischen
Informationssystems (GIS) gesteuert und auf ein in
einer Reihe von Geländestudien bereits erfolgreich
verwendetes Schema zurückgeführt (SUPSI &
REGIONE PIEMONTE 2002, Campus et al., 2001).
Der Kern des Prozesses wird durch das mechanischhydrologische Stabilitätsmodell von Montgomery und
Dietrich dargestellt. Die Daten, mit denen das Modell
versorgt wird, sind in drei Gruppen eingeteilt. Jede
Art von Daten ist unabhängig strukturiert, damit sie in
einer GIS-Umgebung weiterverarbeitet werden können.
1. physisch-mechanische Parameter;
2. topografische Variablen;
3. hydrologische Parameter.
Aus methodischer Sicht kann der Prozess in folgende Phasen zusammengefasst werden (Figur
3.1.2.B/2.8):
1. Sammlung der Basisdaten;
2. Unterteilung des Untersuchungsgebietes der
Hügelzone mit der gewünschten Dichte (10 m auf
jeder Seite), Erfassung und Strukturierung der
Eingangsdaten, so dass sie in einer GISUmgebung genutzt werden können, Zuweisung
der
Rohdaten
zu
den
grundlegenden
Referenzeinheiten (pädologische Einheiten) und
zu den Zellen;
3. Vorab-Ausarbeitung
der
Rohdaten
zur
Strukturierung nach den Anforderungen des
Modells;
4. modellhafte Anwendung der BerechnungsAlgorhythmen;
5. Test und Eichung des Modells;
6. Filterung und Anpassung an den vorher
gewählten Maßstab;
7. Erstellung und Ausstattung der Karte.
Il processo di valutazione della pericolosità è stato
interamente governato in ambiente informativo geografico (GIS) ed è stato ricondotto ad uno schema
consolidato già sperimentato con successo per una
serie di studi a scala territoriale svolti (SUPSI &
REGIONE PIEMONTE, 2002; Campus et al., 2001).
Il nucleo dell’intero processo è rappresentato dal
modello meccanico-idrologico di stabilità di
Montgomery e Dietrich. I dati che alimentano il
modello, ciascuno strutturato in livello informativo
indipendente per poter essere processato in ambiente GIS, sono raggruppabili in tre classi:
1. parametri fisico-meccanici;
2. variabili topografiche;
3. parametri idrologici.
Da un punto di vista metodologico il processo si può
riassumere nelle seguenti fasi (Figura 3.1.2.B/2.8):
1. raccolta dei dati di base;
2. discretizzazione del dominio di studio in celle con
maglia avente il passo desiderato (10 m di lato);
acquisizione e strutturazione dei dati di ingresso,
al fine di rendere le informazioni fruibili in un contesto GIS; attribuzione dei dati grezzi alle unità
elementari di riferimento (unità pedologiche) ed
infine alle celle;
3. pre-elaborazione dei dati grezzi per strutturarli
nelle informazioni necessarie al modello;
4. implementazione modellistica degli algoritmi di
calcolo;
5. test e taratura del modello;
6. filtraggio e riduzione alla scala di rappresentazione prescelta;
7. produzione ed allestimento della carta.
Le fasi 1 e 2 riguardano la raccolta e strutturazione
dei dati di base grezzi in ambiente GIS, derivanti da
diverse tipologie di fonti: dati misurati puntualmente e
spazializzati (piogge), dati acquisiti appositamente
41
Elevation Model). In step 3 the raw data were preprocessed to structure them to provide the input
information required by the model (infiltrated rain,
topographic variables, physical/mechanical parameters). At the same time the algorithms of the hazard
model were implemented in the GIS environment
(step 4). The specific development environment chosen was Avenue by ESRI ArcView 3.x. Step 5 was to
reconstruct the landslide scenario during the heavy
meteorological event in question and calculate the
critical levels of rainfall which trigger shallow landslide. If the comparison between the actual scenario
and the scenario produced by the model was positive, we proceeded to the next step, creating a map
of hazard levels, using appropriate filtering techniques (step 7) in order to convert results from the
scale of 1:10.000 which was used for the simulation,
to the scale selected for the map (1:25.000 for example). Otherwise it was necessary to calibrate the
model, verifying the accuracy of the data entered and
the plausibility of the assumptions made.
42
Die Phasen 1 und 2 betreffen die Sammlung und
Strukturierung von Basis-Rohdaten für die
Anwendung in der GIS-Umgebung, die aus verschiedenen Quellen stammen: punktuell gemessene und
hochgerechnete Daten (Niederschläge), Daten, die
bei Geländeerhebungen gesammelt wurden (pädologische, geologische und geomorphologische Daten
sowie solche über die Bodennutzung), Basisdaten,
die von anderen gesammelt wurden (Topografie und
Digitales Geländemodell). In der Phase 3 werden die
Rohdaten vorverarbeitet, wobei sie nach den für das
Modell nötigen Informationen verarbeitet werden
(eingedrungener
Niederschlag,
topografische
Variabeln, physikalisch-mechanische Parameter).
Gleichzeitig werden in geografischer Umgebung die
Algorhythmen des Gefährlichkeitsmodells implementiert (Phase 4). Die Entwicklungsumgebung ist
Avenue von ESRI ArcView 3.x. In der Phase 5 wird
das Störungsszenario der Referenz-Überschwemmung rekonstruiert. Dann werden die kritischen
Regenhöhen berechnet, die zu oberflächlichen
Erdrutschen führen. Wenn das Ergebnis des
Vergleichs zwischen echtem und rekonstruiertem
Szenario positiv ausfällt, kommt es zur letzten
Phase, der Erstellung der Gefährlichkeitskarte. Dabei
werden passende Filtertechniken angewendet
(Phase 7), um die Ergebnisse des Maßstabs der
Simulation (1:10.000) in den Maßstab der Karte (zum
Beispiel 1:25.000) umzurechnen. Andernfalls muss
das Modell geeicht werden, indem die Korrektheit der
eingehenden Daten und die Plausibilität der
Arbeitshypothesen geprüft werden.
attraverso sistematiche indagini di terreno (studi
pedologici, geologici, geomorfologici e sull’uso del
suolo), dati di base acquisiti da altri soggetti (topografia e Modello Digitale del Terreno). Nella fase 3 i
dati grezzi vengono pre-processati per strutturarli
nelle informazioni necessarie ad alimentare il modello (pioggia infiltrata, variabili topografiche, parametri
fisico-meccanici). Contestualmente vengono implementati in ambiente geografico gli algoritmi del
modello di pericolosità (fase 4). Nello specifico, l’ambiente di sviluppo scelto è l’Avenue di ESRI ArcView
3.x. Nella fase 5 viene ricostruito lo scenario dissestivo dell’evento alluvionale di riferimento e vengono
calcolate le altezze di pioggia critica di innesco delle
frane superficiali. Se il risultato del confronto tra scenario reale e scenario prodotto dal modello è positivo
si arriva alla fase finale di produzione della carta di
pericolosità, previa applicazione di opportune tecniche di filtraggio (fase 7) al fine di convertire i risultati
dalla scala 1:10.000, corrispondente alla scala di
esecuzione della simulazione alla scala prescelta,
alla scala di rappresentazione della carta (ad esempio 1:25.000); altrimenti occorre procedere ad una
taratura del modello verificando la correttezza dei
dati in ingresso e la plausibilità delle ipotesi assunte.
Figure 3.1.2.B/2.8 Logical scheme for the hazard analysis of shallow landslides.
Figur 3.1.2.B/2.8 Operatives logisches Schema zur Analyse der Gefährlichkeit von Erdrutschen.
Figura 3.1.2.B/2.8 Schema logico operativo per l’analisi della pericolosità per frane superficiali.
43
Figure 3.1.2.B/2.9 Graphic interface created using ArcView ESRI©, to simplify the analysis carried out using the model.
Figur 3.1.2.B/2.9 Grafische Schnittstelle, programmiert in der Umgebung ArcView ESRI© zur Vereinfachung der Modellanalysen.
Figura 3.1.2.B/2.9 Interfaccia grafica, realizzata in ambiente ArcView ESRI©, per semplificare l’esecuzione delle analisi del modello.
44
3.1.2.B/2.3 Results
The results obtained using different combinations of
the parameters and variables available in the two
chosen areas confirmed the versatility of the
approach adopted.
They did however demonstrate the model’s tendency
to overestimate the area of the landslide, including
areas where no landslides occurred.
For instance, in the last configuration studied in the
Alpine area, results indicated a success rate of 59%
for unstable areas and 66 % for stable areas, with a
total of 66 % of cells correctly predicted.
Obviously the most important thing is for the model to
predict the instability of any given cell, without giving
a reading of instability where not present. To get
around this problem, results predicting instability
were generalised using GIS filters in order to take
into account possible georeferentiation errors in the
database of previous landslides, to indicate the
soundness of the model.
Despite these seemingly low percentages, the model
does enable us to identify critical slope areas. The
success rate is calculated by spatially overlaying predicted and actual landslide areas. Results are therefore judged to be successful when there is spatial
correspondence between predictions and reality.
Die Ergebnisse werden mit verschiedenen
Kombinationen der in den Umgebungen verfügbaren
Parameter und Variablen erzielt. Es handelt sich um
eine vielseitige Methode.
Es gibt allerdings eine Tendenz des Modells, die
Erdrutschgefahr auch in solchen Zonen überzubewerten, in denen es nicht zu Massenbewegungen
kommt.
Bei der letzten untersuchten Konfiguration für das
alpine Gebiet deuten die Ergebnisse auf einen
Erfolgsprozentsatz von 59 % für die instabilen Zonen
und 66 % für die stabilen Zonen hin. Insgesamt wurden 66 % der Zellen korrekt vorhergesehen.
Natürlich interessiert dabei am meisten, ob das
Modell instabiles Verhalten bei einer Zelle vorherzusagen im Stande ist und gleichzeitig möglichst
wenig Fehlalarm auslöst. Um dem vorzubeugen, wurden die Ergebnisse der Instabiltätsvorhersagen
durch bestimmte in der GIS-Umgebung verwendete
Filter verallgemeinert. Dabei wurden auch mögliche
Fehler bei der Erstellung der Referenz-Datenbasis,
also der vorherigen Rutschungen, die als Indikatoren
für das Modell verwendet werden, berücksichtigt.
Trotz dieser niedrigen Prozentsätze erlaubt das
Modell auf jeden Fall die Auffindung von kritischen
Teilstücken des Hangs. Der Erfolgsprozentsatz wird
durch Übereinanderlegen der Darstellung der
Vorhersage und der wirklich eingetretenen
Ereignisse errechnet. Von Erfolg kann daher geredet
werden, wenn es eine räumliche Übereinstimmung
zwischen Vorhersage und tatsächlich eingetretenem
Ergebnis gibt.
I risultati, ottenuti utilizzando diverse combinazioni
dei parametri e delle variabili disponibili nei due
ambiti prescelti, confermano la versatilità dell’approccio adottato.
Essi dimostrano comunque la tendenza del modello
a sovrastimare le zone in frana anche in quelle zone
in cui esse non sono presenti.
Ad esempio, nell’ultima configurazione studiata per
l’ambiente alpino, i risultati indicano una percentuale
di successo del 59 % per le zone instabili e del 66 %
per le zone stabili, per un totale di 66 % di celle correttamente previste. Ciò che ovviamente più interessa è che il modello ben preveda il comportamento
instabile di una cella, evitando una valutazione di
instabilità dove essa non si verifica. Per ovviare a tale
inconveniente, i risultati della previsione di instabilità
sono stati generalizzati attraverso dei filtri utilizzati in
ambiente GIS, al fine di tenere conto anche dei possibili errori di georeferenziazione della base dati di
riferimento, cioè le frane pregresse che fungono da
indicatore della bontà del modello.
Nonostante queste percentuali apparentemente
basse, il modello permette di riconoscere i settori di
versante critici. Infatti, la percentuale di successo
viene calcolata mediante sovrapposizione spaziale
tra lo strato informativo della previsione e quello della
realtà. Pertanto un successo è ottenuto quando vi è
l’effettiva coincidenza spaziale tra quanto previsto e
quanto accaduto.
45
Figure 3.1.2.B/2.10 An example of the result of the model, and comparison with the shallow landslides which occurred during
the heavy meteorological event of June 2002 in the Alpine study area.
Figur 3.1.2.B/2.10 Beispiel für ein Ergebnis des Modells und Vergleich mit den tatsächlich eingetretenen oberflächlichen Erdrutschen bei
der Überschwemmung im Juni 2002 in der alpinen Untersuchungszone.
Figura 3.1.2.B/2.10 Esempio di risultato del modello e confronto con le frane superficiali prodottesi in occasione dell’evento alluvionale
del giugno 2002 nella zona di studio di tipo alpino.
46
The results obtained confirm that the approach
adopted adapts well to a variety of different contexts.
As this model sets out to comprehend the influence
of morphology on shallow landslides, it is important
to have a Digital Elevation Model able to capture topographical variations as accurately as possible.
In this way, even with partial corrections to the areas
simplified by the model, by exploring the spatial variability of parameters and variables and their mutual
influence, it is possible to apply the same approach in
different contexts.
In view of this, this model adapts well to the following
observations, which are required to evaluate the stability of large parcels of terrain in the context of shallow landslides:
a) it is a carefully studied method, known and universally accepted;
b) it is easy to implement and requires knowledge of
relatively few parameters;
c) it provides results which are acceptable in relation
to the low costs of the database required;
d) it models processes connected to lasting meteorological events.
Die Ergebnisse bestätigen, dass die verwendete
Methode sich für die Anwendung in verschiedenen
Umgebungen anpassen lässt.
Da das Modell vor allem dazu dient, die Einflüsse der
Morphologie auf die Auslösung von oberflächlichen
Ereignissen zu erfassen, muss ein Digitales
Geländemodell verwendet werden, das die topographischen Unebenheiten des Geländes so genau wie
möglich wiedergibt.
Auch durch eine teilweise Korrektur der
Vereinfachungen des Modells durch die genauere
Wiedergabe der räumlichen Vielfältigkeit von
Parametern
und
Variablen
und
deren
Wechselwirkungen ist es möglich, diese Methode in
unterschiedlichen Umgebungen anzuwenden.
Diese Methode entspricht den folgenden Überlegungen, die für eine Bewertung der MassenbewegungStabilität auf großem Gelände nötig sind:
a) Es handelt sich um eine erprobte, bekannte und
allgemein anerkannte Methode;
b) Sie kann leicht implementiert werden und erfordert die Kenntnis von relativ wenigen Parametern;
c) Sie liefert annehmbare Ergebnisse bei niedrigen
Kosten für die Erstellung der Datenbasis;
d) Sie stellt Prozesse in Verbindung mit lang anhaltenden meteorologischen Ereignissen gut dar.
I risultati ottenuti confermano che l’approccio adottato ben si adatta all’applicazione in differenti contesti.
Poiché il modello si propone innanzi tutto di cogliere
l’influenza della morfologia sull’innesco dei fenomeni
superficiali, è importante dotarsi di un Modello
Digitale del Terreno in grado di cogliere il più possibile esattamente le discontinuità topografiche.
In questo modo, anche correggendo parzialmente le
semplificazioni del modello attraverso l’approfondimento della variabilità spaziale di parametri e variabili e della loro mutua influenza, è possibile applicare
tale approccio anche in contesti diversi tra loro.
Pertanto, l’adozione di tale metodo ben si adatta alle
seguenti considerazioni che si richiedono per una
valutazione su ampie porzioni di territorio, della stabilità per frane superficiali:
a) si tratta di un metodo studiato, conosciuto e universalmente accettato;
b) è di facile implementazione e richiede la conoscenza di relativamente pochi parametri;
c) fornisce risultati accettabili in rapporto ai bassi
costi di realizzazione della base dati che richiede;
d) modella bene processi legati ad eventi meteorologici di lunga durata.
47
§ 3.1.2.B/3 REGIONE AUTONOMA FRIULI VENEZIA GIULIA
Italia
Ovaro (UD)
Miozza
Stream - Fluß - Corso d’acqua Miozza
Figure 3.1.2.B/3.1 Miozza catchment, located in Carnia, an alpine region of north-eastern Italy.
Figur 3.1.2.B/3.1 Das Miozza-Becken in Carnia, einer nordostitalienischen Alpenregion.
Figura 3.1.2.B/3.1 Il bacino del Miozza, ubicato in Carnia, una regione alpina dell’Italia nord-orientale.
48
The Miozza basin was chosen as a study area of the
Carnia region for specific reasons:
• the basin is very representative of litological and
physiographical conditions frequently observed in
Carnia areas;
• detailed topographic information such as Digital
Elevation Model (5 m grid size) is available with
land use and geomorphological maps;
• meteorological data set are available from previous survey and studies for this basin;
• landslides and erosion area have been extensively mapped in last few years;
• landslides and erosion area cover a significative
part of the basin;
• debris flow phenomena are rather usual in the
Miozza torrent as results of sediment supply from
source area in the head basin.
Geomorphological settings of the basin are typical of
northern alpine region: deep valleys with high value
of slope and significative erosion areas; soil thickness varies between 0.2 m and 0.5 m on topographic spurs to depths of up 1.5 m in topographic hollows.
Most of the catchment area is formed by sandstones,
shales, calcarenites and marly limestones belonging to
Werfen Formation and, to a less extent, by bituminous
limestones and dolostones of Bellerophon and
Durrenstein Formations. The middle part is characterized by a quaternary cover formed by cobles and gravels with silt matrix (39 % of catchment area). In proximity of basin outlet, where low slopes prevail, there is
a depositional area originated by debris flow events.
The high erosion rate of the catchment is due to the
nature of outcropping lithology and to the high tectonic fracturing.
The basin is quite wilderness and the only significant
human activity is related to forest practices in some
areas.
Das Miozza-Becken wurde aus ganz bestimmten
Gründen als Untersuchungsgebiet ausgewählt:
• Es ist wegen seiner für die Gegend typischen
lithologischen und physiografischen Bedingungen
besonders repräsentativ;
• Detaillierte topografische Informationen wie ein
Digitales Erhebungsmodell (5 m Rasterdichte)
sind verfügbar. Auch die Bodennützungskarten
können abgerufen werden. Meteorologische
Daten sind aus vorherigen Untersuchungen und
Aufnahme in diesem Becken vorhanden;
• Die Rutschungen und die von Erosion betroffenen
Gebiete sind in den letzten paar Jahren ausführlich kartiert worden;
• Massenbewegung und Erosionen bedecken einen
bedeutenden Teil des Geländes;
• Muren sind im Miozza-Fluss eine relativ häufig zu
beobachtende Erscheinung. Sie sind das Resultat
einer grossen Schuttproduktion im Quellgebiet
des Beckens.
Die geomorphologischen Bedingungen sind typisch
für die nördliche Alpenregion: tiefe Täler mit starken
Neigungen und große Erosionsgebiete, eine
Mächtigkeit des Bodens von 0.2 bis 0.5 m im
(Kammbereich) auf topografischen Vorsprüngen und
Tiefen von 1.5 m in Senken.
Der größte Teil des Beckens besteht aus Sandstein,
Schiefer, Calcarenit und Mergelkalkstein, die zur
Werfen-Formation gehören, und in geringerem
Ausmaß aus bituminösen Kalksteinen und Dolomit
der Bellerophon- und Durrenstein-Formation. Der
mittlere Teil ist durch eine Quartär-Decke aus Kies
mit einer Schlickmatrix gekennzeichnet (39 % des
Beckens). In der Nähe des Beckenabflusses, wo flachere Neigungen vorherrschend sind, befinden sich
Ablagerungen, die durch Geröllströme verursacht
wurden.
Il bacino del Torrente Miozza è stato scelto come
area di studio della regione Carnia per specifiche
ragioni:
• il bacino è estremamente rappresentativo del contesto litologico e fisiografico frequentemente
osservato nella regione Carnia;
• sono disponibili una base topografica di dettaglio
costituita dal Modello Digitale del Terreno (a
maglia 5 m di lato), mappe di uso del suolo e carte
geomorfologiche;
• sono disponibili basi dati meteorologiche, come
risultato di precedenti studi e rilievi condotti nel
bacino;
• negli ultimi anni sono state ampiamente rilevate e
cartografate le frane e le aree soggette ad erosione;
• le frane e le aree soggette ad erosione occupano
una parte significativa della superficie del bacino;
• fenomeni di colata di detrito sono piuttosto frequenti nel Torrente Miozza, a causa della grande
disponibilità di detrito proveniente dalle aree sorgenti poste in zona di testata del bacino idrografico.
L’assetto geomorfologico del bacino è tipico della
regione alpina nord-orientale: profonde incisioni vallive caratterizzate da elevati valori di pendenza ed
estese aree soggette ad erosione; lo spessore dello
strato di suolo varia da 0.2 m a 0.5 m nelle zone di
cresta, mentre nelle depressioni raggiunge 1.5 m.
Nel bacino affiorano prevalentemente arenarie, argilliti, calcareniti e calcari marnosi appartenenti alla
Formazione di Werfen e, in misura minore, calcari
bituminosi e dolomie delle Formazioni a Bellerophon
e di Durrenstein. La parte intermedia del bacino è
caratterizzata da una copertura quaternaria formata
da ghiaie con matrice limosa (39 % dell’area del bacino). In prossimità dello sbocco del bacino, dove pre-
49
The area has a typical North Eastern Alpine climate
with short dry periods and a mean annual rainfall of
about 2.200 mm, ranging from 1.300 mm to 2.500
mm. Precipitation occurs mainly as snowfall from
November to April; runoff is usually dominated by
snowmelt in May and June, during summer flash
floods with heavy solid transport frequently occurs,
while in autumn high discharges associate to rainfall
period characterise the flow regime. (Figure
3.1.2.B/3.4).
50
Die hohe Erosionsrate des Beckens ergibt sich aus
der Natur der felsnasenförmigen Gesteine und der
starken tektonischen Aufsplittung.
Das Becken ist nahezu unberührt. Der einzige
Einfluss des Menschen ergibt sich aus der Nutzung
des Waldes in einigen Gebieten.
Das Gebiet hat das typische Klima der NordostAlpen. Es gibt kurze Trockenperioden und einen mittleren Niederschlag von 2.200 mm im Jahr bei einer
Streuung zwischen 1.300 und 2.500 mm. Die meisten Niederschläge kommen in Form von Schneefall
zwischen November und April vor. Die Niederschläge
fließen als Schmelzwasser zwischen Mai und Juni
ab. Im Sommer kommt es häufig zu Überflutungen
mit starkem Gesteinstransport. Im Herbst sind starke
Abflüsse mit Regenfällen kennzeichnend für das
Flusssystem. (Figur 3.1.2.B/3.4).
valgono pendenze modeste, è presente un’area
deposizionale generata da eventi di colata detritica.
L’elevato tasso di erosione del bacino è dovuto alla
natura dei litotipi affioranti e all’elevato grado di fratturazione di origine tettonica.
Il bacino è pressoché disabitato e l’unica attività
umana significativa è correlata, in alcune zone, alla
pratica forestale.
L’area ha il clima tipico delle Alpi nord-orientali, con
brevi periodi secchi ed una precipitazione media
annuale di 2.200 mm, che varia da 1.300 mm a 2.500
mm. Le precipitazioni si verificano principalmente
sottoforma di nevicate da novembre ad aprile; il
ruscellamento superficiale è condizionato dalla fusione delle nevi in maggio e giugno, mentre durante l’estate si verificano piene brevi ed improvvise con trasporto solido molto abbondante; in autunno il regime
di flusso è caratterizzato da portate elevate associate ai periodi piovosi (Figura 3.1.2.B/3.4).
Figure 3.1.2.B/3.2 Basin area
is 10.7 km2 width, with elevation ranging between 471 m
and 2.075 m a.s.l.
Figur 3.1.2.B/3.2 Fläche des
Beckens beträgt 10.7 km2,
die Höhen reichen von 471 m
bis 2.075 m ü. NN.
Figura 3.1.2.B/3.2 L’area del
bacino è pari a 10.7 km2, le
quote sono comprese tra 471
m s.l.m. e 2.075 m s.l.m.
Figure 3.1.2.B/3.3 The slope
angle has an average value
of 32.8° and maximum values of 77°.
Figur 3.1.2.B/3.3 Der
Hangwinkel hat einen
Durchschnittswert von 32.8°
und Höchstwerte von 77°.
Figura 3.1.2.B/3.3 L’angolo di
inclinazione del versante ha
un valore medio pari a 32.8°
ed un valore massimo di 77°.
Figure 3.1.2.B/3.4 Vegetation
covers almost all catchment
area (94 %) and mainly consist of forest stand, shrubs
and mountain grassland.
Figur 3.1.2.B/3.4 Vegetation
bedeckt den größten Teil des
Beckens (94 %). Sie besteht
vorwiegend aus Wald,
Sträuchern und Berggras.
Figura 3.1.2.B/3.4 La vegetazione ricopre quasi tutta
l’area del bacino (94 %) ed è
costituita prevalentemente da
alberi ad alto fusto, arbusti e
pascoli.
Figure 3.1.2.B/3.5. Most of
the catchment area is formed
by sandstones, shales, calcarenites and marly limestones.
Figur 3.1.2.B/3.5 Der größte
Teil des Beckens besteht aus
Sandstein, Schiefer,
Calcarenit und
Mergelkalkstein.
Figura 3.1.2.B/3.5 Nella maggior parte del bacino affiorano arenarie, argilliti, calcareniti e calcari marnosi.
51
Activities are summarised in:
• survey of geotechnical parameters of biggest
landslide area at the head of the basis; in Figure
3.1.2.B/3.9 are reported surveys of part of soil.
Then was mapped sedimental source area
(Figure 3.1.2.B/3.7).
The area of erosion and shallow landslides
amounts to 0.5 km2, i.e. about 5 % - 6 % of total
catchment area; average slope angle of the landslide and erosion area is 39°. Most of these areas,
in particular the biggest landslide (0.22 km2), are
localized at the head of the basin. A detailed
inventory of sediment source, erosion and landslide area was carried out, in last in the few years
(Figure 3.1.2.B/3.6);
• analysis and computation of the principal topographic derivate attributes such as slope, flow
directions, upslope drainage area.
Elevation contours data were gridded to generate
raster maps with 5 m grid size; map of specific
upslope drainage area were computed by using
the concept of multiple downslope flow introduced
by Quinn et al. (1991) (Figure 3.1.2.B/3.8). SHALSTAB model was applied to the Miozza basin and
a sensitive analysis of the role of principal parameters (friction angle, cohesion, soil transmissivity,
soil thickness) was carried out.
Das Vorgehen kann folgendermaßen zusammengefasst werden:
• Aufnahme der geotechnischen Parameter des
großen Erdrutschgebietes oberhalb der Basis. In
Figur 3.1.2.B/3.9 sind entsprechende Ergebnisse
für einen Teil des Bodens wiedergegeben. Dann
wurde das Quellgebiet des Schuttes kartiert (Figur
3.1.2.B/3.7).
Das Gebiet der Erosion und der flachgründige
Rutschungen hat eine Fläche von 0.5 km2 und
damit 5 % - 6 % des ganzen Beckens. Der durchschnittliche Hangwinkel des Massenbewegungund Erosionsgebietes beträgt 39°. Die meisten
dieser Gebiete, vor allem der größte
Massenbewegung (0.22 km2) befinden sich oberhalb des Beckens. Ein detailliertes Inventar der
Sedimentquelle und des Erosions- und
Erdbebengebietes wurde in den letzten Jahren
angelegt (Figur 3.1.2.B/3.6).
• Analyse und Berechnung der wichtigsten abgeleiteten topografischen Merkmale wie Hang,
Flussrichtungen und hangaufwärts gelegene
Drainagegebiete
Die Höhenliniendaten wurden zu Rasterkarten mit
einer Dichte von 5 m verarbeitet. Karten der
hangaufwärts gelegenen Drainagegebiete wurden
durch das Konzept vom multiplen hangabwärts
gerichteten Fluss erstellt, das von Quinn et al.,
(1991) entwickelt wurde (Figur 3.1.2.B/3.8). Das
SHALSTAB-Modell wurde auf das Miozza-Becken
angewendet und eine sorgfältige Analyse der
Rolle der wichtigsten Parameter durchgeführt
(Reibungswinkel,
Kohäsion,
Übertragunsgfähigkeit des Bodes, Mächtigkeit des Bodens).
Le attività svolte si possono sintetizzare come segue:
• rilievo dei parametri geotecnici relativi alle aree in
frana più estese in testata al bacino; nella Figura
3.1.2.B/3.9 vengono riportati i rilievi su una
porzione di suolo. È stata inoltre cartografata
l’area sorgente di detrito (Figura 3.1.2.B/3.7).
Le aree in erosione e soggette a frane superficiali
ammontano a 0.5 km2 , ovvero circa il 5 %-6 % del
totale del bacino idrografico, con un angolo medio
di inclinazione di 39°. La maggior parte di queste
aree, in particolare la frana di maggiori dimensioni
(0.22 km2), è collocata in zona di testata del bacino. Negli ultimi anni è stato eseguito un inventario
dettagliato delle sorgenti di detrito e delle aree
interessate da frane e processi erosivi (Figura
3.1.2.B/3.6).
• Analisi e calcolo dei principali attributi topografici
derivati, quali pendenze, direzioni di deflusso,
aree di drenaggio.
I dati relativi all’altimetria sono stati inseriti in una
griglia che ha permesso di generare mappe a
maglia 5 m x 5 m; le mappe delle aree specifiche
di drenaggio a monte sono state calcolate utilizzando il concetto di deflusso multiplo lungo versante (multiple downslope flow), introdotto da
Quinn et al. (1991) (Figura 3.1.2.B/3.8). Il modello
SHALSTAB è stato applicato al bacino Miozza,
conducendo un’analisi di sensitività sul ruolo dei
principali parametri (angolo di resistenza al taglio,
coesione, trasmissività del suolo, spessore del
suolo).
52
Figure 3.1.2.B/3.6 Erosion and landslide areas.
Figur 3.1.2.B/3.6 Gebiete mit Erosion und Erdrutschen.
Figura 3.1.2.B/3.6 Aree in erosione e in frana.
Figure 3.1.2.B/3.7 Sediment source areas.
Figur 3.1.2.B/3.7 Herkunftsgebiete der Sedimente.
Figura 3.1.2.B/3.7 Aree sorgenti di detrito.
Figure 3.1.2.B/3.8 Drainage area.
Figur 3.1.2.B/3.8 Drainagegebiet.
Figura 3.1.2.B/3.8 Area di drenaggio.
Figure 3.1.2.B/3.9 Surveys.
Figur 3.1.2.B/3.9 Untersuchungen.
Figure 3.1.2.B/3.9 Rilievi.
53
3.1.2.B/3.3 Results
SHALSTAB produces a map of steady-state critical
rainfall allowing to identify across the basins a potential for slope failure. Results are evaluated comparing
the SHALSTAB slope instability map with the location
of landslide areas surveyed on the field. A parameterization suitable to give a good result should take in
account root cohesion and a variable soil thickness
across the basin. The map in Figure 3.1.2.B/3.11
shows the map obtained with shear strenght angle of
33°, variable soil thickness (0.5 m - 1.0 m) and variable cohesion (1 kPa - 6 kPa). It is compared with
Figure 3.1.2.B/3.10 obtained adopting the standard
suggested hypothesis of cohesionless material and
shear strenght angle of 45°.
In the critical rainfall map (Figure 3.1.2.B/3.11) more
than 80 % of sediment sources were classified as
unconditionally instable or highly unstable, while only
4 % of the whole basin area falls in the same classes.
SHALSTAB liefert eine Karte mit den kritischen
Dauerregenfällen, die über die Becken hinweg ein
Potenzial für Erdrutsche am Hang darstellen.
Ergebnisse
werden
erzielt,
indem
die
Instabilitätskarte der Hänge von SHALSTAB mit den
vor Ort beobachteten Erdrutschgebieten verglichen
wird. Eine Parameterbildung, die gute Ergebnisse
versprechen soll, muss die Wurzelkohäsion und eine
variable Mächtigkeit des Bodens über das Becken
hinweg berücksichtigen. Figur 3.1.2.B/3.11 zeigt eine
Karte, die mit einem internen Reibunsgwinkel von
33° berechnet wurde, ferner mit einer variablen
Bodendicke von 0.5 bis 1.0 m und einer variablen
Kohäsion von 1 kPa bis 6 kPa. Sie wurde mit Figur
3.1.2.B/3.10 verglichen, die durch Anwendung der
Standardhypothese von kohäsionslosem Material
und einem Reibungswinkel von 45° ermittelt wurde.
In der Karte der kritischen Regenfälle (Figur
3.1.2.B/3.11) wurden mehr als 80 % der
Sedimentquellen als absolut oder hochgradig instabil
eingestuft, während ansonsten nur 4 % der Fläche
des gesamten Bassins in diese Klassen fällt.
Il modello SHALSTAB genera una mappa delle precipitazioni critiche in regime stazionario, consentendo di localizzare le potenziali rotture di versante nel
bacino. I risultati vengono verificati confrontando la
mappa SHALSTAB di instabilità dei versanti con l’ubicazione delle aree in frana rilevate sul campo. Una
parametrizzazione in grado di dare un buon risultato
dovrebbe prendere in considerazione la coesione
delle radici e lo spessore variabile del suolo nel bacino. La Figura 3.1.2.B/3.11 mostra una mappa ottenuta con un angolo di resistenza al taglio di 33°, uno
spessore del suolo variabile da 0.5 a 1.0 m e una
coesione variabile da 1 kPa a 6 kPa. Tale mappa è
messa a confronto con la Figura 3.1.2.B/3.10, ottenuta a sua volta adottando l’ipotesi standard di materiale privo di coesione e angolo di resistenza al taglio
di 45°.
Nella mappa delle precipitazioni critiche (Figura
3.1.2.B/3.11), oltre l’80 % delle sorgenti di detrito è
stato classificato come incondizionatamente instabile
o altamente instabile, mentre solo il 4 % dell’intera
area del bacino rientra nella stessa classe.
54
Figure 3.1.2.B/3.10 Result of SHALSTAB model (Qcr 45°).
Figur 3.1.2.B/3.10 Ergebnis des SHALSTAB-Modells (Qcr 45°).
Figura 3.1.2.B/3.10 Risultati del modello SHALSTAB (Qcr 45°).
Figure 3.1.2.B/3.11 Result of SHALSTAB model (Qcr 33°).
Figur 3.1.2.B/3.11 Ergebnis des SHALSTAB-Modells (Qcr 33°).
Figura 3.1.2.B/3.11 Risultati del modello SHALSTAB (Qcr 33°).
55
SHALSTAB model proved to be a simple valuable
tool for a preliminary evaluation of relative potential of
slope failure across the Miozza basin. Anyway it
should be stressed that no significant results were
obtained when standard hypothesis (no cohesion
and 45° shear strenght) are considered. Large part of
the basin was categorized as unconditionally unstable.
Based on field survey data and drived by evidence of
land use maps a specific set of parameters was
selected (shear strenght angle of 33°, soil cohesion
variable in the range of 1 kPa - 2 kPa, root cohesion
of 6 kPa for forest area, soil thickness in the range of
0.5 m - 1.0 m) and a considerable improvement of
model performance was obtained.
The critical rainfall map was then utilised to derive a
scenario of possible expansion of sediment source
areas. On this base it seems interesting to outline a
scenario of possible increase in sediment yield due to
the potential contribution of shallow landslides.
Das SHALSTAB-Modell hat sich als einfaches, aber
wertvolles Hilfsmittel für eine Vorab-Einschätzung
des relativen Potenzials von Hangabrutsch um das
Miozza-Becken erwiesen. Es sollte allerdings unterstrichen werden, dass keine signifikanten Ergebnisse
erzielt werden, wenn Standardhypothesen (keine
Kohäsion und 45° interne Reibung) zu Grunde gelegt
werden. Ein großer Teil des Beckens wurde als
uneingeschränkt instabil eingestuft.
Auf der Grundlage von Feldforschungen und Karten
zur Landnutzung wurde ein besonderer Set von
Parametern ausgewählt (interner Reibungswinkel
von 33°, Bodenkohäsion zwischen 1 und 2 kPa,
Wurzelkohäsion in Waldgebieten 6 kPa, Bodendicke
zwischen 0.5 und 1.0 m). Auf diese Weise wurde eine
erhebliche Verbesserung der Leistungen des Modells
erreicht.
Die Karte der kritischen Niederschläge wurde dann
verwendet, um ein Szenario der möglichen
Expansion der Herkunftsgebiete von Sedimenten zu
erstellen. Auf dieser Grundlage könnte es interessant
sein, ein Szenario der möglichen Erweiterung der
Sedimente durch flachgründige Rutschungen zu entwerfen.
Il modello SHALSTAB ha dimostrato di essere uno
strumento semplice e prezioso per una valutazione
preliminare delle potenziali rotture di versante nel
bacino del Torrente Miozza. Tuttavia, bisogna porre
l’accento sul fatto che non si sono ottenuti risultati
significativi prendendo in considerazione l’ipotesi
standard (mancanza di coesione e angolo di resistenza al taglio di 45°): un’ampia porzione del bacino
risultava infatti classificabile come incondizionatamente instabile.
Sulla base di dati derivanti da rilievi su campo e guidati dalle evidenze di una carta di uso del suolo, è
stato selezionato un complesso di parametri (angolo
di resistenza al taglio di 33°, coesione del suolo
variabile da 1 kPa a 2 kPa, coesione della radice di 6
kPa per l’area con vegetazione ad alto fusto, spessore del suolo variabile da 0.5 m a 1.0 m), ottenendo un
considerevole miglioramento della prestazione del
modello.
La mappa delle precipitazioni critiche è stata quindi
utilizzata per derivare uno scenario di possibile
espansione delle aree sorgente di detriti. Su questa
base risulta interessante evidenziare uno scenario di
possibile incremento della produzione di detrito
dovuto al potenziale contributo di frane superficiali.
56
§ 3.1.2.B/4 KANTON GRAUBÜNDEN
Switzerland - Graubünden
Schlans, Trun
Surselva
Figure 3.1.2.B/4.1 Study area.
Figur 3.1.2.B/4.1 Investigation Area.
Figura 3.1.2.B/4.1 Area d’indagine.
Figure 3.1.2.B/4.2 Incipient crack of a shallow landslide
in the Schlans/Trun region.
Figur 3.1.2.B/4.2 Anriss einer flachgründigen Rutschung
im Gebiet Schlans/Trun.
Figura 3.1.2.B/4.2 Frattura incipiente di una frana superficiale
nella regione di Schlans/Trun.
57
The Graubünden activities within the project concern
shallow landslides and debris flows.
During the November 2002 rainstorms in
Graubünden, several landslides were triggered causing severe damages. The objective of the
Graubünden project is to model the disposition of the
incipient crack areas of shallow landslides, which
could, in case of sufficient water inflow, develop into
mud and debris flows. If these flows get into stream
channels, big and far-reaching mudslides can develop and cause devastation accordingly. The great
mudslides of Schlans and Trun had such an origin
and generated, due to the great water inflow from the
slope, debris flows that partially reached the bottom
of the valley. The project aim is, on the one hand, to
model the incipient crack areas of the events in 2002
with a computer simulation and, on the other hand, to
model potential incipient crack areas by means of the
SLIDIPS models and by integrating all available digital bases and the collection of soil characteristics.
Das Projekt Graubünden bearbeitet die Prozesse der
flachgründigen Rutschungen und Schlang- und
Schuttströme. Bei den Unwettern im November 2002
in Graubünden ereigneten sich mehrere 100
Rutschungen und Hangmuren die grossen Schaden
anrichteten. Das Ziel des Projekts Graubünden ist die
Modellierung der Disposition der Anrissgebiete für
flachgründigen Rutschungen (soil slips) aus denen
sich bei genügend Wasserzufuhr Hangmuren entwikkeln können. Gelangen diese Hangmuren in ein
Gerinne können sich daraus grosse Murgänge bilden, die sehr grosse Reichweiten aufweisen und entsprechende Zerstörungen anrichten können. Die
grossen Murgänge von Schlans und Trun hatten
ihren Ursprung in Rutschungen ausserhalb von
Gerinneeinhängen und entwickelten sich mit einem
grossen Wasserinput aus dem Hang zu Hangmuren,
die z.T. im Gerinne bis in den Talboden vorstiessen.
Im Projekt geht es darum, einerseits die
Anrissgebiete
der
Ereignisse
2002
mit
Computersimulationen nachzubilden und andererseits sollen mit dem Modell SLIDISP unter Einbezug
aller verfügbaren digitalen Grundlagen und der
Erfassung der Bodeneigenschaften potentielle
Anrissgebiete für flachgründige Rutschungen modelliert werden.
Durante l’evento del novembre 2002, nel Cantone dei
Grigioni si sono innescate numerose frane, che
hanno causato ingenti danni.
Le attività condotte nell’ambito del Progetto sono inerenti alle frane superficiali e alle colate di fango e
detriti.
L’obiettivo del Progetto è individuare, mediante l’applicazione di un modello di simulazione, le aree soggette a fratturazione incipiente connessa a franamento superficiale; in corrispondenza di tali aree si
possono innescare, in caso di sufficiente apporto idrico, colate di fango e detriti. Tali flussi di detrito, se si
incanalano lungo i tributari minori, possono evolvere
in colate imponenti che causano disastrose devastazioni, propagandosi per notevoli distanze. Le grandi
frane di Schlans e Trun nel 2002 hanno avuto tale origine e, anche a causa dell’importante contributo
d’acqua proveniente dai versanti, sono evolute in
grandi colate di detrito che hanno raggiunto il fondovalle. Il Progetto mira da un lato a modellare a posteriori le aree soggette a fratturazione interessate dall’evento del 2002 e, in secondo luogo, a simulare le
aree di fratturazione incipienti potenziali mediante
l’applicazione del modello SLIDISP, integrando tutte
le basi dati disponibili e i dati caratteristici relativi ai
suoli, ricavati da indiagini di terreno.
58
Figure 3.1.2.B/4.3 November 2002 Event, Grison.
Figur 3.1.2.B/4.3 November 2002 Event, Grison.
Figura 3.1.2.B/4.3 Evento del novembre 2002, Cantone dei Grigioni.
Figure 3.1.2.B/4.4 November 2002 Event, Grison.
Figur 3.1.2.B/4.4 November 2002 Event, Grison.
Figura 3.1.2.B/4.4 Evento del novembre 2002, Cantone dei Grigioni.
59
The aim of the first part of the study is the revision of
all existing digital data. In a first step, all existing digital basic data that, in one way or another, are connected to the triggering of landslides were collected.
For this, one could fall back on the following archives:
• cantonal archive (Ereigniskataster [database for
natural disasters], road network, swampy areas,
forest stand maps, register of springs);
• GEOSTAT (Geotechnical Map of Switzerland, land
use in Switzerland, property of land in
Switzerland, statistics of the area);
• geotechnical commission: hydrogeological map,
Panixerpass, further archives: TERGESO (rainfall
data event nov. 2002).
The different data sets were checked for their quality.
It turned out that the complete data sets of GEOSTAT
that are available in Switzerland are imaged, as a
general rule, on a too small scale (max. 1:200.000).
The validity of the results will be strongly limited as
regards these rough input data. The data from other
archives are more detailed and thus sufficient for the
intended study.
From the geological bases and the forest stand
maps, the input parameters for the SLIDISP model
are treated and several model sequences could be
carried out. The remaining data sets were classified
according to their influence (according to data in literature) on the triggering of shallow landslides. We
could distinguish between landslide-supporting and
landslide-inhibitory factors. The factors were offset
against each other via a dot matrix in a GIS. As a
product, a disposition map on the scale of 1:50.000
for incipient crack areas of shallow landslides could
be presented. This map is composed of the model
results of SLIDISP and the GIS model results of the
supporting and inhibitory factors.
A specific workshop was organized in order to dis-
Der erste Teil der Studie umfasst die Aufarbeiteung
aller vorhandenen digitalen Daten. In einem ersten
Arbeitsschritt wurden alle vorhandenen digitalen
Grundlagedaten, welche in irgeneiner Art mit der
Auslösung von Rutschungen in Zusammenhang stehen, beschafft. Dabei konnte auf die folgenden
Archive zurückgegriffen werden:
• Kantonsarchiv
(Ereigniskataster, Wegnetz,
Moorflächen, Waldbestandeskarten, Quellenverzeichnis);
• GEOSTAT (Geotechnische Karte der Schweiz,
Bodennutzung der Schweiz, Bodeneignung der
Schweiz, Arealstatistik);
• geotechnische Kommission: hydrogeologische
Karte Panixerpass weitere Archive: TERGESO
(Niederschlagsdaten Ereignis Nov. 2002) .
Die verschiedenen Datensätze wurden auf ihre Güte
überprüft. Dabei stellte sich heraus, dass die gesamtschweizerisch vorhandenen Datensätze von GEOTSTAT generell in zu kleinem Massstab vorliegen
(max. 1:200.000). Die Aussagekraft der Resultate
wird in Anbetracht diese groben Eingabedaten stark
limitiert sein. Die Daten aus den anderen Archiven
detaillierter und genügen daher für die vorgesehene
Untersuchung.
Aus den geologischen Datenbanken und der
Waldbestandeskarte wurden die Eingabeparameter
für das Modell SLIDISP aufbereitet und mehrere
Modellläufe konnten durchgeführt werden. Die restlichen Datensätze wurden nach ihrem Einfluss
(gemäss Literaturangaben) auf die Auflösung von
flachgründigen Rutschungen klassiert. Es konnte
zwischen rutschungsfördernden und rutschungshemmenden Faktoren unterschieden werden. Die
Faktoren wurden über eine Punktierungsmatrix in
einem GIS miteinander verrechnet. Als Produkt kann
eine Dispositionskarte im Massstab 1:50.000 für
La prima parte dello studio è mirata alla revisione di
tutti i dati disponibili per l’area d’indagine in formato
digitale. In una prima fase sono state raccolte tutte le
informazioni connesse con l’innesco di frane, consultando i seguenti archivi:
• archivio cantonale (Ereigniskataster [base dati relativa ai disastri naturali], infrastrutture stradali,
zone acquitrinose, mappe della vegetazione ad
alto fusto, catasto delle sorgenti);
• GEOSTAT (Mappa geotecnica della Svizzera, uso
del suolo in Svizzera, mappa catastale, dati statistici);
• Commissione geotecnica: mappa idrogeologica,
Panixerpass, altri archivi (TERGESO, dati di precipitazione dell’evento 2002).
I differenti data set sono stati testati per definirne la
qualità. È emerso che le basi dati complete di GEOSTAT, disponibili in Svizzera, sono riprodotti in linea
generale ad una scala troppo piccola (1:200.000). La
validità dei risultati attraverso l’impiego di tali informazioni, sarebbe fortemente limitata, a causa dello
scarso grado di dettaglio. Al contrario i dati provenienti dagli altri archivi sono più dettagliati ed adeguati alle finalità del presente studio.
I parametri d’ingresso al modello SLIDISP sono stati
processati a partire dalla base geologica e dalle
carte della vegetazione ad alto fusto, rendendo possibile condurre numerose serie di analisi. I data set
rimanenti sono stati classificati secondo la loro
influenza sull’innesco di frane superficiali, come da
letteratura.
Si possono distinguere fattori favorevoli e fattori inibitori all’instabilità, confrontati in ambiente GIS in forma
di griglie regolari di punti.
Come prodotto di tale analisi può essere predisposta
una mappa in scala 1:50.000 delle aree soggette ad
incipiente fratturazione connessa a franamento
60
cuss the procedure and the quality of the results.
In the second step, the existing input data sets (geology and land use) were replaced by more precise
data from a detailed geological mapping and a soil
mapping. In addition to this, the exclusion of supporting and inhibitory factors was specified.
With the new data sets arising from new field studies,
for two detailed regions within a study perimeter a
new disposition map on a scale of 1:25.000 was generated.
Anrissbereiche von flachgründigen Rutschungen
präsentiert werden. Diese Karte setzt sich aus den
Modellresultaten von SLIDISP und den GIS
Modellresultaten der Förder- und Hemmfaktoren
zusammen.
Anlässlich eines Workshops wurde das Vorgehen
diskutiert und die Resultate auf ihre Güte überprüft.
Im zweiten Arbeitsschritt wurden die bestehenden
Inputdatensätze (Geologie und Bodennutzung) durch
genauere Daten aus einer detaillierten geologischen
Kartierung und einer Bodenkartierung ersetzt.
Zudem wurde die Ausscheidung von Förder- und
Hemmfaktoren verfeinert.
Mit den neuen, aus Feldundersuchungen stammenden Datensätzen wurde für zwei Detailgebiete innerhalb des Untersuchungsperimeters eine neue
Dispositionskarte im Massstab 1:25.000 generiert.
superficiale, in cui sono rappresentati i risultati del
modello SLIDISP e del modello GIS relativo ai fattori
di supporto e inibitori.
In occasione di un workshop è stata discussa la procedura ed è stata testata la qualità dei risultati.
In una seconda fase le basi dati preesistenti utilizzate in ingresso al modello (geologia e uso del suolo)
sono stati sostituiti con dati più precisi derivanti da
mappe a maggiore grado di dettaglio, non considerando i fattori favorevoli ed inibitori.
Con i nuovi dati derivanti da rilievi di dettaglio, per
due aree specifiche poste all’interno dell’area d’indagine, è stata predisposta una nuova mappa alla scala
1:25.000.
61
Figure 3.1.2.B/4.5 Example of base data; simplified map
of the land use in Switzerland (GEOTSTAT).
Figur 3.1.2.B/4.5 Beispiel von Grundlagedaten,
Karte der vereinfachten Bodennutzung der Schweiz (GEOTSTAT).
Figura 3.1.2.B/4.5 Esempio di dati di base; mappa semplificata
dell’uso del suolo in Svizzera (GEOSTAT).
62
Figure 3.1.2.B/4.6 Events in november 2002 (green) in a situation
with highlighted forest roads.
Figur 3.1.2.B/4.6 Ereignisse November 2002 (grün) auf einer Situation
mit hervorgehobenen Wald- und Forststrassen.
Figura 3.1.2.B/4.6 Inneschi nel novembre 2002 (in verde)
con le piste forestali in evidenza.
3.1.2.B/4.3 Results
3.1.2.B/4.3. Ergebnisse
The results of the preliminary study are not applicable for a scale of 1:50.000. For such a scale the input
parameters are too imprecise (geology 1:200.000,
soil 1:500.000). With the help of detailed studies (field
mapping on a scale of 1:5.000 of geology and soil),
very precise input parameters could be determined.
The validity of the disposition map for shallow landslides on a scale of 1:10.000 was thus significantly
improved.
The detailed studies show that the assessment of
incipient crack regions for shallow regions must
inevitably take into account pedological aspects. On
account of the pedological data in two detailed
perimeters, the sliding horizons of many shallow
landslides of November 2002 were determined. The
modelling with SLIDISP was carried out both with the
detailed geological input parameters and the parameters that could be derived from the soil mapping. It
turned out that in the study area, significantly better
results could be achieved with the input parameters
derived from the soil mapping.
Die Resultate der Vorstudie sind auf einen Massstab
1:50.000 nicht anwendbar. Dazu sind die
Eingangsparameter
zu
ungenau
(Geologie
1:200.000, Boden 1:500.000). Anhand der
Detailuntersuchungen
(Feldkartierungen
im
Massstab 1:5.000 von Geologie und Boden) konnten
sehr genaue Eingangsparameter festgelegt werden.
Damit wurde die Aussagekraft der Dispositionskarte
für flachgründige Rutschungen im Massstab
1:10.000 deutlich verbessert.
Die Detailuntersuchungen zeigen, dass bei der
Beurteilung von Anrissgebieten flachgründiger
Rutschungen unbedingt pedologische Aspekte
berücksichtigt werden müssen. Anhand der bodenkundlichen Aufnahmen in zwei Detailperimetern
konnten die Gleithorizonte vieler flachgründiger
Rutschungen vom November 2002 eruiert werden.
Die Modellierung mit SLIDISP wurde sowohl mit den
detaillierten geologischen Inputparamtern als auch
mit den aus der Bodenkartierung abgeleiteten
Parametern durchgeführt. Dabei stellte sich heraus,
dass im Untersuchungsgebiet deutlich bessere
Resultate mit den aus der Bodenkartierung abgeleiteten Inputparametern erreicht werden.
I risultati dello studio preliminare non sono utilizzabili alla scala 1:50.000 in quanto i dati in ingresso al
modello sono troppo imprecisi (geologia 1:200.000 e
uso del suolo 1:500.000). Con l’ausilio di studi di dettaglio alla scala 1:5.000 relativi a geologia e uso del
suolo, sono stati definiti parametri in ingresso decisamente più precisi. Con tali parametri è stata perfezionata in modo significativo la validità di una mappa
della predisposizione nei confronti dell’innesco di
frane superficiali, alla scala 1:10.000.
Gli studi di dettaglio indicano che l’individuazione
delle aree potenzialmente soggette a fratturazione
incipiente, connessa a franamento superficiale, deve
necessariamente considerare gli aspetti pedologici.
Tenendo conto dei dati pedologici, in due siti sono
stati individuati i piani di scivolamento di molti dei
fenomeni franosi che si sono verificati nel novembre
del 2002. La modellazione con SLIDISP è stata condotta a partire dai parametri geologici di dettaglio e
dai parametri derivanti dalle mappe del suolo.
L’utilizzo di parametri in ingresso derivanti da mappe
del suolo porta a risultati decisamente più significativi.
63
Figure 3.1.2.B/4.7 Disposition map of the incipient crack
areas of shallow landslides. Red: incipient crack regions
after the modelling with soil parameters. Green: areas which
were also instable after the modelling with rough input
parameters. The map shows that, with the use of the soil
parameters, a significant improvement could be achieved.
Figur 3.1.2.B/4.7 Dispositionskarte der Anrissbereiche flachgründiger Rutschungen. Rot: Anrissbereiche nach
Modellierung mit Bodenparametern. Grün: Bereiche, welche
nach der Modellierung mit groben Inputparametern ebenfalls
instabil waren. Die Karte zeigt, dass mit dem Einsatz der
Bodenparametern eine deutliche Verbesserung erreicht
wurde.
Figura 3.1.2.B/4.7 Mappa della disposizione delle aree soggette a fratturazione connessa all’innesco di frane superficiali. In rosso: aree soggette a fratturazione secondo la modellazione condotta con i parametri del suolo. In verde: aree
anch’esse instabili secondo la modellazione che ha dati in
ingresso di scarsa precisione. La carta mostra come, attraverso l’uso dei parametri del suolo il risultato è decisamente
migliore.
64
The studies show that for the demarcation of incipient
crack areas of shallow landslides on a scale of
1:10.000, detailed basic data must be available. For
this, detailed geological data are as important as
pedological information.
In the Surselva, shearing parameters derived from
the pedological map gave models more plausible
than those based on geological information.
Currently, further studies are in progress focussing
on the pedological aspects.
Furthermore, the assumption that uncontrolled dehydration of forest roads and hiking trails decisively
influence the triggering of events could not yet been
confirmed. Further studies in the framework of diploma theses (e.g. colouring tests for the determination
of the activity area of road dehydration that have
been disregarded) are also planned.
Die Untersuchungen zeigen, dass für die
Abgrenzung von Anrissbereichen flachgründiger
Rutschungen im Massstab 1:10.000 genaue
Grundlagedaten vorhanden sein müssen. Detaillierte
geologische Karten sind dabei ebenso wichtig wie
pedologische Informationen. In der Surselva konnte
anhand der aus der pedologischen Karte abgeleiteten Scherparamter die plausibleren Modellresultate
erzielt werden, als mit den geologischen
Informationen. Zur Zeit sind weitere Untersuchungen
mit Schwerpunkt auf den pedologischen Aspekten im
Gang.
Im Weiteren konnte die Vermutung, dass die unkontrollierte Entwässerungen von Forststrassen und
Wanderwegen einen entscheidenden Einfluss auf die
Auslösung der Ereignisse haben, bis anhin nicht
bestätigt. Weitere Untersuchungen im Rahmen von
Diplomarbeiten (z.B. Färbversuche zur Bestimmung
des
Wirkungsraumes
von
ungefassten
Strassenentwässerungen) sind ebenfalls geplant.
Lo studio condotto mostra come per l’individuazione
a scala 1:10.000 delle aree soggette a fratturazione
connessa a franamento superficiale devono essere
disponibili basi dati dettagliate. Per questo i dati geologici di dettaglio sono importanti così come le informazioni pedologiche. Nell’area del bacino di
Surselva, per mezzo dei parametri di resistenza al
taglio derivanti dalle mappe pedologiche, i risultati
del modello sono più plausibili di quelli conseguiti utilizzando le sole informazioni geologiche; attualmente
sono in corso ulteriori studi focalizzati sugli aspetti
pedologici.
65
APPENDIX 1 Propaedeutical analysis:
pedological survey
ANHANG 1 Propädeutische Analysen:
das pädologische Relief
APPENDICE 1 Analisi propedeutiche: il
rilievo pedologico
Definition
Definition
Definizione
Pedology is a branch of earth science which studies the soil and the processes of transformation of
the surface of the earth. A pedological survey
responds to two demands: on the one hand to identify homogeneous areas from the pedological/land
formation point of view and analyse the spatial distribution of the main pedological categories (units
of soil types), in relation to other environmental
components, and on the other to provide numeric
data (measurements and/or estimates) to input into
stability models.
Die Pädologie ist eine Unterabteilung der
Geowissenschaften, die sich mit dem Boden und den
Transformationsprozessen
der
Erdoberfläche
beschäftigt. Die pädologische Untersuchung erfüllt
einen doppelten Zweck: zum einen soll sie pädologisch-landschaftlich homogene Gebiete herausarbeiten und in deren Inneren die räumliche Verteilung der
wichtigsten pädologischen Typen (typologische
Bodeneinheiten) in Relation zu den anderen
Umweltkomponenten analysieren, zum anderen soll
sie numerische Daten (gemessen oder geschätzt) für
die Größen liefern, die als Eingangsvariablen für
Stabilitätsmodelle fungieren.
La pedologia è una branca delle Scienze della Terra
che si occupa dello studio del suolo e dei processi di
trasformazione della superficie terrestre. L’indagine
pedologica risponde ad una duplice esigenza: da un
lato individuare aree omogenee da un punto di vista
pedo-paesaggistico ed analizzare al loro interno la
distribuzione spaziale delle principali tipologie pedologiche (unità tipologiche di suolo), in relazione alle
altre componenti ambientali; dall’altro fornire dati
numerici (misurati e/o stimati) delle grandezze che
entrano come variabili di ingresso a modelli di stabilità.
Ziel
Il rilevamento pedologico ha come obbiettivo la definizione delle unità di terre elementari di riferimento e
la stima dei valori di alcuni parametri di ingresso per
modelli meccanico-idrologici; a questo particolare
scopo i parametri tipicamente pedologici richiesti per
l’elaborazione sono la permeabilità a saturazione, lo
spessore della copertura e la coesione efficace. Per
quest’ultima variabile, l’approccio pedologico è in
grado di fornire valutazioni sulla coesione dei singoli
orizzonti del suolo, attraverso l’osservazione diretta
della densità e dell’andamento degli apparati radicali
delle piante; si tratta però di dati difficili da misurare e
stimabili in termini relativi (classi) piuttosto che assoluti.
Aims
The aim of a pedological survey is to identify basic
land units and estimate the values of a number of
input parameters for mechanical/hydrological models. To this end the typical pedological parameters
required are permeability, soil thickness and effective
cohesion. With regards to the latter variable, the
pedological approach is able to evaluate the cohesion of individual soil horizons, by means of direct
observation of the density and development of plant
roots, but these data are difficult to measure and are
to be estimated in relative terms (categories) rather
than absolute terms.
Potential
In this project pedological studies, when integrated
with geological and geomorphological surveys,
basically represent a support to stability models.
Surveys are carried out in limited sample areas and
are integrated with a series of toposequences
and/or transects from outside the area which
enable the information gathered to be extended to
66
Die pädologische Reliefbildung hat die Definition von
Grundeinheiten des Geländes als Referenzen zum
Ziel, ferner die Einschätzung der Werte für einige
Eingangsparameter für mechanisch-hydrologische
Modelle. Zu diesem Zweck sind die für die
Bearbeitung typischerweise nötigen pädologischen
Parameter Durchlässigkeit und Sättigung, die
Mächtigkeit der Bodendecke und die wirksame
Kohäsion. Für diese letzte Variable kann die pädologische Methode Einschätzungen über die Kohäsion
der einzelnen Bodenhorizonte liefern. Dazu wird die
Dichte und die Entwicklung des Wurzelwerks der
Pflanzen beobachtet, wobei es sich allerdings um
schwer zu messende Daten handelt, die eher relativ
als absolut einschätzbar sind.
Potentialität
In diesem Projekt dient die angemessen mit den geologischen und geomorphologischen Daten in
Finalità
Potenzialità
Nel presente progetto lo studio pedologico, opportunamente integrato con i rilievi geologici e geomorfologici, è essenzialmente di supporto a modelli di stabilità; il rilievo è concentrato in aree campione di
the entire area being studied, with a satisfactory
level of accuracy.
Limits
This type of study is expensive and lengthy; the spatialisation of pedological information using semi-automatic procedures involves a margin of approximation
in the definition of group types for areas not directly
explored.
Activities
The work involves the following steps:
• preliminary bibliographical research;
• preliminary photointerpretation, which includes
physiographic photointerpretation and photointerpretation of land use, giving rise to a map of Land
Units and a map of Land Cover;
• pedological survey. This is carried out in three
stages: 1) field observations with the purpose of
calibrating the cartography derived from photointerpretation with an initial pedological characterisation (description of local characteristics of observation points and surface soil horizons); 2)
description of slopes; bore samples using a hand
bore; systematic survey alternating field observations and the description of pedological profiles in
order to characterise and verify soil type units and
their properties; 3) control and verification survey
with field hydrological testing.
Surveying is a multi-disciplinary activity which
requires geologists and soil analysts to integrate their
work in order to provide the exhaustive quantitative
responses that the simulation model requires.
Beziehung gesetzte pädologische Untersuchung zur
Unterstützung der Stabilitätsmodelle. Das Relief konzentriert sich auf Modellgebiete mit geringer
Ausdehnung. Es wird von einer Reihe von
Toposequenzen
beziehungsweise
externen
Transects integriert, durch die die erfassten Daten
mit einem zufriedenstellenden Zuverlässigkeitsgrad
auf das ganze Gebiet übertragen werden können.
Grenzen
Die Untersuchung dauert lange und bringt hohe
Kosten mit sich; Die räumliche Einteilung der punktuellen pädologischen Informationen über halbautomatische Abläufe bringt es bei der Definition von
Typologien für die nicht direkt erforschten Gebiete mit
sich, dass einige Ergebnisse nur Näherungswerte
bleiben.
Aktivitäten
Das Vorgehen gliedert sich in folgende Phasen:
• bibliografische Recherche zur Vorbereitung;
• vorbereitende Auswertung von Fotos, vor allem im
Hinblick auf Physiografie und Bodennutzung.
Daraus abgeleitet werden eine Karte der
Geländeeinheiten (Land Units) und eine Karte der
Geländedecke (Land Cover);
• pädologische Reliefbildung. Sie hat drei aufeinander folgende Momente: 1) Beobachtungen vor Ort.
Damit soll die Karte, die durch die Auswertung der
Fotos erstellt wurde, durch pädologische
Merkmale ergänzt werden (Beschreibung der stationären Eigenschaften und der oberflächlichen
Horizonte des Bodens); 2) Beschreibung von
Abhängen, Durchführung von Probebohrungen
mit
Handbohrern;
die
systematische
Relieferstellung, bei der sich Beobachtungen vor
Ort mit Beschreibungen der pädologischen Profile
zur Charakterisierung und Prüfung der typologischen Einheiten des Bodens und seiner
estensione limitata ed è integrato da una serie di
toposequenze e/o transect ad esse esterne, che permettono di estendere le informazioni acquisite a tutta
l’area di indagine con un grado di attendibilità soddisfacente.
Limiti
Lo studio implica tempi e costi elevati; la spazializzazione delle informazioni puntuali relative a tipo
pedologico attraverso procedure semiautomatiche
comporta un margine di approssimazione nella
definizione del gruppo tipologico per le aree non
esplorate direttamente.
Attività
Il lavoro prevede le seguenti fasi:
• ricerca bibliografica preliminare;
• fotointerpretazione preliminare, che comprende la
fotointerpretazione fisiografica e la fotointerpretazione di uso del suolo, da cui derivano la Carta
delle Unità di Terre (Land Units) e la Carta della
Copertura delle Terre (Land Cover);
• rilevamento pedologico. Si svolge in tre momenti
successivi: 1) osservazioni speditive con la funzione di calibrare la cartografia derivata dalla
fotointerpretazione con una prima caratterizzazione pedologica (descrizione dei caratteri
stazionali e degli orizzonti superficiali del suolo);
2) descrizione di scarpate; esecuzione di trivellate
con trivella manuale; rilevamento sistematico in
cui le osservazioni speditive sono alternate alla
descrizione di profili pedologici per la caratterizzazione e la verifica delle unità tipologiche di suolo
con le loro proprietà; 3) rilevamento di verifica e
controllo, con esecuzione delle analisi idrologiche
di campo.
Il rilevamento è un’attività multidisciplinare in cui le
figure professionali del geologo e dell’analista pedo67
Eigenschaften ergänzen; 3) Reliefbildung zur
Prüfung und Kontrolle, mit Durchführung von
hydrologischen Untersuchungen vor Ort
Die Reliefbildung ist eine multidisziplinäre Tätigkeit,
in die sich Geologen und pädologische
Analyseexperten einfügen müssen, um die quantitativen Anforderungen des Simulationsmodells erfüllen
zu können.
68
logo devono integrarsi per potere rispondere in
maniera esauriente alle richieste di tipo quantitativo
che il modello di simulazione richiede.
Propaedeutical analysis: pedological survey
§ APP1/1 CANTON TICINO
Quinto
Ticino
Figure APP1/1.1 Geographic context.
Figur APP1/1.1 Geografische Übersicht.
Figura APP1/1.1 Inquadramento geografico.
Figure APP1/1.2 Location of samples taken for laboratory testing.
Figur APP1/1.2 Lokalisierung der Probennahmen für die Laboranalysen.
Figura APP1/1.2 Localizzazione dei prelievi di campioni per le prove di laboratorio.
69
APP1/1.1 Activities
APP1/1.1 Aktivitäten
APP1/1.1 Attività
The following activities were carried out:
• in situ determination of uniaxial compressive
strength and shear strength using penetrometer
and vane pocket test (VSS 670350 norm);
• field samples;
• particle size analysis with sieving (VSS 670810)
and sedimentation (VSS 670816);
• determination of limits of consistency (VSS 670345);
• identification of terrains (VSS 670008);
• determination of typical parameters (VSS 670010);
direct shear strength tests.
Die folgenden Aktivitäten wurden ausgeführt:
• In-situ Bestimmung der Druck- und Scherfestigkeit
mittels Taschenpenetrometer und -flügelsonde
(Norm VSS 670350);
• Probenentnahme im Feld;
• Analyse der Korngrössenverteilung mittels
Siebanalyse
(VSS
670810)
und
Aräometermethode (VSS 670816);
• Bestimmung der Konsistenzgrenzen (VSS
670345);
• Identifikation der Lockergesteine (VSS 670 008);
• Bestimmung
von
typischen
Lockergesteinsparameter (VSS 670010);
• Direkter Scherversuch (ASTM D 3080).
Sono state condotte le seguenti attività:
• determinazione in situ della resistenza alla compressione e della resistenza al taglio tramite penetrometro e scissometro tascabile (norma VSS
670350);
• prelievo dei campioni sul terreno;
• analisi granulometrica tramite setacciatura (VSS
670810) e sedimentazione (VSS 670816);
• determinazione dei limiti di consistenza (VSS
670345);
• identificazione dei terreni (VSS 670008);
• determinazione dei parametri tipici (VSS 670010);
• prove di taglio diretto.
70
Figure APP1/1.3 Particle size distribution curves of the samples.
Figura APP1/1.3 Kornverteilungskurven der Proben.
Figura APP1/1.3 Curve granulometriche dei campioni.
Figure APP1/1.4 Typical parameters for an SM soil (silty sand).
Figur APP1/1.4 Typische Parameter für ein Lockergestein SM
(Siltiger Sand).
Figura APP1/1.4 Parametri tipici per un suolo di tipo SM (sabbia limosa).
Figure APP1/1.5 Soil classification.
Figur APP1/1.5 Lockergesteinsklassfikation.
Figura APP1/1.5 Classificazione dei suoli.
71
APP1/1.2 Results
APP1/1.2 Ergebnisse
APP1/1.2 Risultati
Results were obtained using typical coefficients for
the terrains surveyed using the norm VSS 670010 for
soils which have undergone landslides, while for the
remaining types of soils (wooded, undergrowth, slope
debris, surface outcrops of rock) the data available in
the literature were used.
Das Lockergesteinsmaterial der Rutschungen wurde
im Labor untersucht, die entsprechenden Parameter
wurden aus der Norm VSS 670010 entnommen. Für
die verbleibenden Bodentypen (Wald, Unterholz,
Hangschutt und anstehendes Gestein) wurden
Literaturdaten verwendet.
I risultati sono stati ottenuti utilizzando i coefficienti
caratteristici dei terreni rilevati dalla norma VSS
670010 per i suoli che hanno avuto dissesti, mentre
per i tipi di suolo restanti (bosco, boscaglia, detrito di
versante, roccia affiorante) sono stati utilizzati i dati
disponibili in letteratura.
72
§ APP1/2 REGIONE LOMBARDIA
Italy - Lombardia
Zone, Marone (BS)
Bagnadore
Stream - Fluß - Corso d’acqua Bagnadore
Figure APP1/2.1 Geographical context of the Bagnadore Torrent catchment (BS).
Figur ANHANG1/2.1 Geografische Umgebung des Bagnadore-Beckens (Provinz Brescia).
Figura APP1/2.1 Inquadramento geografico del bacino del Torrente Bagnadore (BS).
73
APP1/2.1 Preliminary tasks
APP1/2.1 Vorarbeiten
APP1/2.1 Fasi preliminari
In order to apply a model to evaluate erosion risks we
identified 10 potential catchments in the foothills of
the Alps. Starting with the typical conditions of the
pre-Alpine area, with a prevalence of wooded cover
and carbonate bedrock, we opted for areas with
branched hydrographic networks without great
anomalies. The main characteristics of these catchments were calculated starting from geological information (on a scale of 1:250.000) and land use, and
from the Digital Elevation Model on a 40 x 40 m2 grid.
From the ten catchments identified at the initial stage,
we selected the catchment area of the Bagnadore
torrent in the province of Brescia, east of the Iseo
Lake (Figure APP1/2.1).
The model for evaluating erosion risk that was chosen considers both static factors which influence
mass erosion, and dynamic factors connected to
heavy rainfalls, with an estimate of potential infiltration and run-off. This model also requires parameters
regarding soil and sub-strate which can either be
directly measured in situ or calculated indirectly later:
1) soil/debris type, 2) soil depth, 3) level of impermeability or lesser permeability, and 4) hydrological
group.
Um ein Modell zur Einschätzung von Erosionsrisiken
aufstellen zu können, wurden im Voralpengebiet 10
verwendbare Becken ausgesucht. Abgesehen von
den typischen Bedingungen des Voralpengebietes
mit seinen Wäldern und kohlenstoffhaltigen
Unterschichten wurden solche Umgebungen mit verzweigten hydrografischen Netzen ohne zu große
Anomalien bevorzugt. Von diesen Becken wurden die
wichtigsten Eigenschaften auf der Grundlage der
Karten zur Information über Geologie (1:250.000)
und Bodennutzung berechnet, ferner unter
Zuhilfenahme des Digitalen Geländemodells mit
einer Rasterdichte von 40 x 40 m2. Von den 10 zur
Verfügung stehenden Becken wurde am Ende das
des Flusses Bagnadore in der Provinz Brescia ausgewählt, im Osten des oberen Iseo-Sees. (Figur
ANHANG1/2.1).
Das geplante Modell zur Einschätzung des
Erosionsrisikos berücksichtigt statische Faktoren, die
einen Einfluss auf die Massenerosion ausüben,
ebenso wie dynamische Faktoren, die in Verbindung
mit starken Niederschlägen stehen und vor allem die
potenzielle Infiltration und das Abflusspotenzial
betreffen. Dieses Modell erfordert als Input auch
Parameter über den Boden und den Unterboden, und
zwar sowohl solche, die direkt vor Ort messbar sind,
als auch solche, die später berechnet werden: 1) die
Art des Bodens (soil/debris type); 2) die Tiefe des
Bodens; 3) die Durchlässigkeitsstufe; 4) die hydrologische Gruppe.
Al fine di applicare un modello di valutazione del
rischio di erosione sono stati individuati in ambiente
prealpino 10 bacini potenzialmente utilizzabili. A partire dalle condizioni tipiche dell’ambito prealpino, con
prevalenza di coperture a bosco e substrati carbonatici, sono stati privilegiati ambienti con reticoli idrografici ramificati privi di forti anomalie. Di tali bacini
sono state calcolate le caratteristiche salienti a partire dagli strati informativi geologia (scala 1:250.000) e
uso del suolo e dal Modello Digitale del Terreno a
maglia 40 x 40 m2. Tra i dieci bacini individuati nella
fase iniziale è stata scelta l’area del bacino del torrente Bagnadore, in provincia di Brescia, ad est dell’alto Lago d’Iseo (Figura APP1/2.1).
Il modello di valutazione del rischio di erosione che si
intende applicare prende in considerazione sia i fattori statici che influenzano l’erosione in massa, sia
quelli dinamici legati alle piogge intense attraverso la
stima dell’infiltrazione potenziale e del deflusso. Tale
modello richiede come input anche parametri relativi
al suolo e al sottosuolo sia direttamente rilevabili in
campo sia calcolati indirettamente a posteriori: 1) il
tipo di suolo (soil/debris type), 2) la profondità del
suolo, 3) il livello impermeabile o meno permeabile,
4) il gruppo idrologico.
74
APP1/2.2 Activities
APP1/2.2 Attività
Compared to initial estimates, we discovered that
pedological information must be strictly integrated
with the geology of surface materials, and with observations and specific surveys to study deeper
deposits. With regards to the measurements made
and data collected, we were obliged to abandon the
direct measurements which were initially planned for
a number of parameters (for example apparent density and saturation conductivity), as these can only be
evaluated in particular conditions.
With regards to the use of the data collected we
decided to adopt a strategy of correlating similar but
independent sets of data, in the case of strictly pedological interpretation, and for the interpretation of
data for the application. In both cases the spatialisation of the information into types and groups was carried out according to the similarity of static characteristics, evaluated at every point on a grid with a 20 m
mesh.
The results were attributed to entire cartographic
units of the soilscape, so as to extend them to wider
areas which were judged to be sufficiently homogeneous. In some cases, however, it may be preferable
to use spatialisation of data without re-applying the
data to land unit polygons.
Angesichts der Vorhersagen wurde festgestellt, dass
die pädologische Information mit den geologischen
Informationen über die oberflächlichen Materialien
abgeglichen
werden
muss,
sowie
mit
Beobachtungen und Studien über die tieferen
Ablagerungen. Im Hinblick auf die Messungen und
die erhobenen Daten musste auf die direkte
Bewertung einiger ursprünglich vorgesehenen
Parameter verzichtet werden (zum Beispiel die
scheinbare Dichte und die gesättigte Leitfähigkeit),
die nur in besonderen Situationen einschätzbar sind.
Was die Verarbeitung der erhobenen Daten betrifft,
sollen für die pädologische Interpretation im engen
Sinn und für die Interpretation der Daten im Hinblick
auf die Verwendung Strategien zur Korrelierung von
ähnlichen, aber autonomen Daten angewandt werden. In beiden Fallen ist die Aufteilung der
Informationen nach Typen und Gruppen durch die
Ähnlichkeit der Eigenschaften zustande gekommen,
die an jedem Punkt eines Rasters von 20 m
Seitenlänge bewertet wurden.
Die Ergebnisse wurden kartografischen Einheiten
der pädologischen Landschaft zugewiesen, so dass
sie auch auf größere Landstriche übertragen werden
können, die als ausreichend homogen angesehen
werden können. In einigen Fällen kann es von Vorteil
sein, die punktuelle Raumeinteilung der Daten zu
verwenden, ohne eine Neuzuweisung an die
Mehrecke der Landschaftseinheiten vorzunehmen.
Rispetto alle previsioni iniziali si è constatato che l’informazione pedologica deve essere fortemente integrata con la geologia dei materiali superficiali e con
osservazioni e indagini apposite per lo studio dei
depositi più profondi. Riguardo alle misure e ai dati
rilevati, si è dovuto rinunciare a valutazioni dirette di
alcuni parametri inizialmente preventivati (ad esempio densità apparente e conducibilità satura), valutabili solo in situazioni particolari.
Riguardo all’utilizzazione dei dati rilevati si è scelto di
adottare strategie di correlazione dei dati simili ma
autonome nel caso della interpretazione pedologica
in senso stretto e in quello della interpretazione dei
dati derivati di interesse applicativo. In entrambi i casi
la spazializzazione delle informazioni puntuali in tipi
e gruppi è avvenuta per mezzo della similitudine dei
caratteri stazionali, valutati in ogni punto di una griglia a maglia di 20 m di lato.
I risultati sono stati attribuiti ad intere unità cartografiche del pedopaesaggio, così da estenderli a paesaggi
più ampi e ritenuti comunque sufficientemente omogenei. In qualche caso, tuttavia può essere preferibile utilizzare la spazializzazione puntuale dei dati senza riattribuzione ai poligoni delle unità di paesaggio.
Processing the strata and preliminary analyses
In order to analyse the area and cartography of the
soilscape in the sample catchment we used thematic, geological, morphological and land use data. From
the analysis of the strata and photointerpretation we
created a map of Land Units. In particular we evaluated the relation between detailed geological cartography (maps of formations and facies of quaternary
deposits), land use cartography, vegetation and morphology (elevations, hills, local relief) from a 20 x 20
m2 Digital Elevation Model. Finally, ortho-images pro-
Ausarbeitung der thematischen Schichten und
vorausgehende Analysen
Für die Analyse des Terrains und die Kartografierung
der
pädologischen
Landschaften
des
Untersuchungsbeckens wurden thematische, geologische und morphologische Daten sowie solche über
die Bodennutzung verwendet. Aus der Analyse der
Elaborazione degli strati tematici e analisi preliminari
Per l’analisi del territorio e la cartografia dei pedopaesaggi del bacino campione si sono utilizzati dati
di carattere tematico, geologico, morfologico e di uso
del suolo. Dall’analisi degli strati tematici e da fotointerpretazione è stata ricavata la carta delle Unità di
Terre. In particolare sono stati valutati gli effetti delle
relazioni tra cartografia geologica di dettaglio (carte
delle formazioni e delle facies dei depositi quaternari), cartografia dell’uso del suolo e vegetazione e
morfologia (quote, clivometria, energia del rilievo) da
Modello Digitale del Terreno 20 x 20 m2. Infine sono
75
jected in 3-D on the Digital Land Model, were examined. In order to describe the landscape we created a
database containing descriptions of level 4
soilscapes, their surfaces and indications of general
pedological characteristics, with reference to the catalogue of types of soil units in the mountains of the
Lombardy region (Figure APP1/2.2).
Field surveys
Pedological and geo-pedological field surveys were carried out (on outcrops or with a hand-held borer) to obtain
15 profiles, on the basis of 34 soil samples taken. The
distribution of the profiles aimed to explore the salient
characteristics of the cartographic units identified. The
main profiles were classified according to the World
Reference Base for Soil Resources (1998) and the
USDA Soil Taxonomy (1999). Three permeability tests
were also carried out on site (Figure APP1/2.3). All the
profiles and field observations were recorded in a dedicated database (PACSI) (Figure APP1/2.4).
The next stage was to group the different varieties of
soil into unit types representative of widespread, significant situations; 8 types were identified (UTS),
each representing a number of observations. For the
purposes of the present project it was decided to
characterise only four types:
• Group 1: very shallow soils (< 25 cm), with very
low skeleton content, limited by a carbonate
bedrock;
• Group 2: shallow soils, at a depth between 25 cm
and 50 cm, limited by the bedrock, with an organic carbon and terrigenous layer;
• Group 3: deep and very deep soils (> 100 cm)
lying on different materials and in different environments;
• Group 4: soils from shallow to deep formed in different environments and in terms of characteristics and thickness, strongly conditioned by the
presence of clasts/blocks.
76
thematischen Schichten und der Fotos wurde eine
Karte der Landschaftseinheiten erstellt. Besonders die
Beziehungen zwischen geologischer Detailkartografie
(Karten der Formationen und Facies der quartären
Ablagerungen), Kartografie der Bodennutzung sowie
Vegetation und Morphologie (Höhe, Hangmaße,
Energie) des Digitalen Geländemodells (20 x 20 m2)
wurden ausgewertet. Schließlich wurden die Luftbilder
ausgewertet, die dreidimensional auf das Digitale
Geländemodell projiziert wurden.
Um die Landschaft beschreiben zu können, wurde
eine Datenbank erstellt, die eine Beschreibung der
Landschaften der Stufe IV enthält (Soilscape), ferner
ihre Oberfläche und Angaben über den pädologischen Inhalt mit Verweisen auf den Katalog der typologischen Einheiten des Bodens der lombardischen
Berge (Figur ANHANG1/2.2).
Vermessung des Geländes
Im Verlauf der pädologischen und geopädologischen
Vermessung wurden Untersuchungen vor Ort von insgesamt 15 Profilen durchgeführt (durch Ausstriche oder
mit Handbohrer), dabei wurden 34 Bodenproben entnommen. Die Verteilung der Profile sollte die wichtigsten
Merkmale der identifizierten kartografischen Einheiten
erkennbar machen. Die wichtigsten Profile wurden nach
der World Reference Base for Soil Resources (1998)
und der Soil Taxonomy der USDA (1999) eingeteilt. Es
wurden auch drei Durchlässigkeitsproben in situ entnommen (Figur ANHANG1/2.3). Alle Profile und die
Beobachtungen bei den Begehungen wurden in einer
Datenbank archiviert (PACSI, Figur ANHANG1/2.4).
In der folgenden Phase wurden die einzelnen Böden
in typologische Einheiten unterteilt, die für verbreitete und signifikante Situationen stehen. Es wurden 8
Typologien (UTS) unterschieden, auf deren jede einige Beobachtungen zutreffen. Was die Ziele der vorliegenden Arbeit angeht, wurden vier Arten herausgearbeitet:
state esaminate le ortoimmagini proiettate in tre
dimensioni sul Modello Digitale del Terreno.
Ai fini della descrizione dei paesaggi è stato realizzato un data base contenente la descrizione dei paesaggi di IV livello (Soilscape), la loro superficie e indicazioni sul contenuto pedologico generale, con riferimento al catalogo delle unità tipologiche di suolo
della montagna lombarda (Figura APP1/2.2).
Attività di rilevamento su terreno
Nel corso delle attività di rilevamento pedologico e
geo-pedologico sono state realizzate osservazioni
speditive (su affioramenti o mediante trivella a mano)
di 15 profili esplorativi, con il prelievo di 34 campioni
di terreno. La distribuzione dei profili ha cercato di
esplorare i caratteri salienti delle unità cartografiche
identificate. I profili principali sono stati classificati
secondo il World Reference Base for Soil Resources
(1998) e la Soil Taxonomy dell’USDA (1999). Sono
anche state realizzate tre prove di permeabilità in situ
(Figura APP1/2.3). Tutti i profili e le osservazioni speditive sono state archiviate in un apposito data base
(PACSI) (Figura APP1/2.4).
Nella fase successiva si sono riunite le differenti
varietà di suoli in unità tipologiche che rappresentano situazioni diffuse e significative; sono state individuate 8 tipologie (UTS) che raggruppano ciascuna
alcune osservazioni. Per gli scopi applicativi del presente lavoro si è scelto di caratterizzare solo quattro
raggruppamenti tipologici:
• Gruppo I: suoli molto sottili (< 25 cm), a bassissimo contenuto di scheletro, limitati da substrato
roccioso carbonatico;
• Gruppo II: suoli sottili, con profondità comprese tra
25 cm e 50 cm, limitati da substrato roccioso, di
natura carbonatica e terrigena;
• Gruppo III: suoli profondi e molto profondi (> 100
cm) formati su materiali ed in ambienti differenti;
• Gruppo IV: suoli da poco profondi a profondi for-
Generalisation of static pedological information
The pedological data gathered were extended using
semi-automatic procedures based on probability, taking into account two parameters (elevation and inclination) and two characteristics (land use and geology). This method consists of attributing a probability
for the presence of a soil type to each cell of the
Digital Elevation Model. The degree of probability is
linked to the level of similarity of environmental characteristics between cells. Based on the evaluations
made in the field, the actual distribution of the reference profiles of the different types, and their probable
distribution, evaluated by means of the aforementioned methods, a group/soil type was attributed to
each unit. Obviously this is a simplified process,
which while enabling uniform pedological content to
be attributed to all areas, does introduce a considerable degree of approximation, especially in the areas
where less direct exploration was carried out.
• Gruppe I: sehr dünne Böden (< 25 cm) mit
geringem Steinanteil, darunter eine kohlenstoffhaltige Felsschicht;
• Gruppe II: dünne Böden mit einer Tiefe zwischen
25 und 50 cm und einer kohlenstoff- und erdhaltigen Unterschicht aus Fels;
• Gruppe III: tiefe und sehr tiefe Böden (> 100 cm),
die sich auf verschiedenen Materialien und
Umgebungen gebildet haben;
• Gruppe IV: tiefe und weniger tiefe Böden, die sich
in unterschiedlichen Umgebungen gebildet haben
und durch ihre Eigenschaften auf eine Bildung
unter dem Einfluss von Felsen und Blöcken hinweise.
Verallgemeinerung der pädologischen Informationen
Die Übertragung der pädologischen Daten, die bei
der Vermessung ermittelt wurden, erfolgt durch halbautomatische Abläufe, die auf dem Grundsatz der
Wahrscheinlichkeit beruhen und zwei Parameter
berücksichtigen: Höhe und Hangneigung, sowie die
beiden Eigenschaften Bodennutzung und Geologie.
Diese Methode besteht darin, jeder Zelle des
Digitalen
Geländemodells
eine
bestimmte
Wahrscheinlichkeit eines bestimmten pädologischen
Merkmals zuzuweisen. Die Wahrscheinlichkeit ist an
den Grad der Ähnlichkeit gebunden, die die
Umweltmerkmale der verglichenen Zellen aufweisen.
Auf der Grundlage der vor Ort ermittelten Werte, der
tatsächlichen Verteilung der Referenzprofile der typologischen Gruppen und ihrer stochastischen
Verteilung, die mit der beschriebenen Methode
gemessen wird, wurde eine Auswahl getroffen, die
den pädologischen Typ für jede Einheit berücksichtigt. Dabei handelt es sich natürlich um eine
Vereinfachung, die einerseits für alle Gebiete eine
einheitliche pädologische Zuweisung ermöglicht,
andererseits ungenaue Annäherungswerte vor allem
in den weniger direkt erforschten Gebieten liefert.
mati in ambienti differenti e fortemente condizionati, per caratteristiche e spessore, da presenza di clasti/blocchi.
Generalizzazione delle informazioni pedologiche su
base stazionale
L’estensione dei dati pedologici raccolti con il rilevamento è avvenuta con procedure semi-automatiche
basate sul concetto di probabilità, che prendono in
considerazione due parametri (quota e pendenza) e
due caratteristiche (uso del suolo e geologia). Tale
metodo consiste nell’assegnare ad ogni cella del
Modello Digitale del Terreno una probabilità di occorrenza di un particolare tipo pedologico. La maggiore
o minore probabilità è connessa al grado di somiglianza dei caratteri ambientali delle celle che si confrontano. Sulla base delle valutazioni effettuate in
campagna, della distribuzione reale dei profili di riferimento dei gruppi tipologici e della loro distribuzione
probabilistica, valutata con le metodologie esposte in
precedenza, si è operata la scelta relativa al gruppo/tipo pedologico da attribuire ad ogni unità.
Naturalmente si tratta di una semplificazione che, se
da un lato permette di assegnare un contenuto pedologico uniforme a tutte le aree, dall’altro introduce
ampie approssimazioni soprattutto nelle aree meno
esplorate direttamente.
77
Figure APP1/2.2 The thematic maps and database used in the preliminary analysis. Clockwise: the Digital Elevation Model, the geological map,
the soilscape database and the land use map.
Figur ANHANG1/2.2 Thematische Karten und Datenbank für die vorbereitenden Analysen. Im Uhrzeigersinn: das Digitale Geländemodell,
die geologische Karte, die Datenbank der Soilscapes und die Karte zur Bodennutzung.
Figura APP1/2.2 Carte tematiche e basi dati utilizzate per le analisi preliminari. In ordine orario: il Modello Digitale del Terreno,
la carta geologica, il data base dei soilscape e la carta di uso del suolo.
78
Figure APP1/2.3 Permeameters in the Commune of Zone – Place Cusato.
Figur ANHANG1/2.3 Messgeräte für die Durchlässigkeit
in der Gemeinde Zone – Cusato.
Figura APP1/2.3 Permeametri in Comune di Zone – Località Cusato.
Figure APP1/2.4 Database of observations made in the Lombardy mountains,
including profiles and field observations.
Figur ANHANG1/2.4 Datenbank der Beobachtungen über die Berge der
Lombardei: vor Ort erstellte Profile und Beobachtungen sind eingearbeitet.
Figura APP1/2.4 Base dati delle osservazioni sulla montagna lombarda:
sono inseriti i profili e le osservazioni speditive.
79
APP1/2.3 Results
APP1/2.3 Ergebnisse
APP1/2.3 Risultati
The main dimensions and input parameters for the
model were calculated from the characteristics surveyed and measured. The first assessments regarded the main individual points of soil observation,
assigning a hydrological group, category of depth,
category of run-off and category of permeability to
each profile. In order to extend these to the area a
single type of analysis was used, producing two
types of output in a GIS environment (shapefile and
grid formats). In the first case the required characteristics were attributed to entire cartographical units
according to pedological and geopedological similarities. The resultant cartography presents the area
subdivided into land units, attributing the characteristics required by the Project to each one. In the second case grids showing run-off probabilities for each
soil type classified were created for each characteristic analysed.
Auf der Grundlage der ermittelten Eigenschaften
wurden die wichtigsten Größen und Input-Parameter
des Modells ausgewertet. Die Auswertungen beziehen sich in erster Linie auf die einzelnen
Beobachtungspunkte des Bodens, wobei jedem
Profil eine hydrologische Gruppe zugewiesen wird,
eine Tiefenklasse, eine Abflussklasse und eine
Durchlässigkeitsklasse. Für die Extension der
Eigenschaften auf das ganze Gelände wurde nur
eine Art der Analyse verwendet, aber es können zwei
verschiedenen
Arten
von
Output
über
Informationsschichten in einer GIS-Umgebung
(Formate Shapefile und Grid) verwendet werden. Im
ersten Fall wurden die Eigenschaften auf der
Grundlage der Einschätzungen der pädologischen
und geopädologischen Ähnlichkeiten den kartografischen Einheiten zugewiesen. Die erstellte
Kartografie stellt die Unterteilung des Gebietes in
Geländeeinheiten dar und weist jeder von diesen die
erforderlichen
Eigenschaften
in
der
Projektumgebung zu. Im zweiten Fall werden für jede
analysierte Eigenschaft die Grids zu der entsprechenden Abflusswahrscheinlichkeit jeder pädologischen Klasse zugewiesen.
Sulla base dei caratteri rilevati e misurati sono state
valutate le principali grandezze ed i parametri di input
al modello. Le valutazioni sono state riferite in prima
istanza ai singoli punti di osservazione principali del
suolo, assegnando ad ogni profilo un gruppo idrologico, una classe di profondità utile, una classe di
deflusso ed una classe di permeabilità. Per l’estensione al territorio delle caratteristiche applicative cercate si è proceduto con un unico tipo di analisi, ma la
produzione di due possibili output mediante strati
informativi in ambiente GIS (formati shapefile e grid).
Nel primo caso le caratteristiche richieste sono state
attribuite, sulla base delle valutazioni di similitudine
pedologica e geopedologica, alle intere unità cartografiche. La cartografia prodotta presenta la suddivisione dell’area in esame in Unità di Terre e l’attribuzione a ciascuna di esse delle caratteristiche richieste nell’ambito del Progetto. Nel secondo caso si propongono per ogni caratteristica analizzata i grid relativi alla probabilità di deflusso di ciascuna classe
pedologica classificata.
80
Figure APP1/2.5 Preliminary soilscape map (left) and final version (right).
Figur ANHANG1/2.5 Vorläufige (links) und endgültige (rechts) Karte der pädologischen Landschaften.
Figura APP1/2.5 Carta dei pedo-paesaggi preliminare (a sinistra) e definitiva (a destra).
81
APP1/2.4 Conclusions
APP1/2.4 Schlussfolgerungen
APP1/2.4 Conclusioni
The catchment being studied was discretised into
homogeneous areas according to measured or estimated soilscape and hydrogeological characteristics.
Different Land Units were defined, and 8 different Soil
Types were identified, described and analysed, only
four main types of which were then further characterised for the specific purposes of the present project (Figure APP1/2.5).
Starting from this characterisation, using probability
surfaces, the various parameters which influence
erosion, potential infiltration and runoff were
assessed from a qualitative point of view. These
parameters can be used for the application of erosion
risk assessment models.
The activities carried out enable us to make a few
overall observations, but the studies planned are
both lengthy and expensive, making them unsuitable
for general application: it was specifically noted that
the procedure should be simplified, and the number
of parameters should be reduced.
Das untersuchte Becken wurde nach gemessenen
und geschätzten geo-pädologischen und hydrogeologischen Merkmalen in homogene Zonen unterteilt.
Vor allem wurden unterschiedliche Geländeeinheiten
definiert, ferner wurden acht unterschiedliche Arten
von Böden bestimmt, von denen dann für die besonderen Anforderungen dieser Arbeit vier Haupttypen
herausgearbeitet wurden (Figur ANHANG1/2.5).
Abgesehen von dieser Einteilung wurden für jede
dieser Gruppen qualitativ und mit Hilfe von
Wahrscheinlichkeiten die verschiedenen Parameter
berechnet, die die Erosion, die potenzielle Infiltration
und den Abfluss beeinflussen. Diese Parameter können für Bewertungsmodelle für das Erosionsrisiko
verwendet werden.
Die Aktivitäten erlauben auch einige übergeordnete
Betrachtungen, aber eine Studie wie die beschriebene bringt erhöhte Kosten mit sich und dauert lange.
Dadurch ist eine allgemeine Verwendung kaum möglich, vor allem muss der Ablauf vereinfacht und das
Feld der zu analysierenden Parameter reduziert werden.
Il bacino in esame è stato discretizzato in aree omogenee per caratteri geo-pedologici ed idrogeologici,
misurati o stimati. In particolare sono state definite
differenti Unità di Terre; sono state riconosciute,
descritte ed analizzate 8 Unità Tipologiche di Suolo,
di cui sono poi stati ulteriormente caratterizzati, per le
finalità specifiche del presente lavoro, solo quattro
principali
raggruppamenti
tipologici
(Figura
APP1/2.5).
A partire da tale caratterizzazione, per ognuno dei
gruppi sono stati valutati qualitativamente, mediante
superfici di probabilità, i differenti parametri che
influenzano l’erosione, l’infiltrazione potenziale ed il
deflusso. Tali parametri possono essere utilizzati per
l’applicazione di modelli di valutazione del rischio di
erosione.
Le attività svolte consentono alcune considerazioni
complessive, però lo studio, così come impostato,
implica tempi e costi elevati che non ne consentono
un’applicazione generalizzata; in particolare si osserva che il procedimento va semplificato e va ridotto il
campo di parametri da analizzare.
82
§ APP1/3 ARPA PIEMONTE
Italy - Piemonte
a) Andorno Micca, Biella, Campiglia Cervo, Mosso Santa Maria, Quittengo, Rosazza, Sagliano Micca, San Paolo Cervo, Veglio;
b) Alba, Albaretto della Torre, Arguello, Benevello, Borgomale, Bosia, Castino, Cortemilia, Cossano Belbo, Diano dÀlba, Grinzane Cavour,
Lequio Berria, Mango, Montelupo Albere, Neive, Neviglie, Rocchetta Belbo, Rodello, Serralunga dÀlba, Sinio, Treiso, Trezzo Tinella.
a) Cervo;
b) Tanaro.
Figure APP1/3.1 Location of the study areas.
Figur ANHANG1/3.1 Lage der
Untersuchungsgebiete.
Figura APP1/3.1 Ubicazione delle zone di studio.
83
APP1/3.1 Preliminary tasks
APP1/3.1 Vorarbeiten
APP1/3.1 Fasi preliminari
The initial stages of the pedological survey were
research, consultation and critical analysis of the bibliography and the main and thematic cartography
regarding the areas of study.
All the information needed for the subsequent work in
the field was gathered. The research work focused on
studying the bibliography and pedological cartography on different scales concerning the area of study
and adjacent areas with similar geolithological and
morphological characteristics. We also made special
consideration of documents and publications regarding all elements of the area which contribute to soil
formation (geology, geomorphology, hydrology, climatology, vegetation, etc.).
Parallel to this wide-ranging bibliographic research
work, we carried out a preliminary photointerpretation, which consisted of physiographic analysis of
land use.
Physiographic photointerpretation involves dividing
the area into relatively homogeneous polygons in
terms of lithological sub-strates, relief shape, land
use and natural vegetation. Its function is to identify
areas which are relatively homogeneous from a
pedological point of view (Land Units), which represent the unit of reference for the field survey.
Photointerpretation follows an interdisciplinary
methodological approach, in which the concept of
“terrain” includes not only soil but also the main environmental factors: geomorphology, lithology, climate,
vegetation and man-made alterations.
The land use photointerpretation was carried out,
using the Land Cover Corine on a scale of 1:100.000
available on a regional scale, with an interpretation of
aerial photographs regarding three different periods
to analyse the evolution of vegetation cover over
time.
The interpretation of the most recent available flight
Die Vorbereitung für die pädologische Vermessung
umfasst bibliografische Recherchen und kritische
Analysen der Literatur und der Kartografie auf thematischer
Grundlage
nach
den
Untersuchungszonen.
Es wurden alle Informationen gesammelt, die für die
weitere Arbeit nützlich sein könnten. Vor allem wurde
die Recherche auf pädologische Untersuchungen
und Karten mit verschiedenen Maßstäben konzentriert, die das Untersuchungsgebiet und die umliegenden Zonen betreffen, sofern diese geolithologische und morphologische Ähnlichkeiten aufweisen.
Außerdem
wurde
Dokumenten
und
Veröffentlichungen über alle die Elemente des
Bodens besondere Beachtung geschenkt (Geologie,
Geomorphologie,
Hydrologie,
Klimatologie,
Vegetation, etc.), die an der Bildung des Bodens
beteiligt sind.
Parallel zu den bibliografischen Recherchen im weitesten Sinn wurde eine vorläufige Analyse der Fotos
durchgeführt, genauer gesagt, eine physiografische
Analyse der Bodennutzung.
Diese Analyse besteht in einer Aufteilung des
Geländes in relativ homogene Mehrecke für die lithologische Unterschicht, die Form des Reliefs, die
Nutzung des Bodens und die natürliche Vegetation.
Sie soll aus pädologischer Sicht relativ homogene
Bereiche bestimmen (Geländeeinheiten), die als
Referenz für die Vermessung vor Ort dienen sollen.
Die Analyse der Fotos folgt einem interdisziplinären
methodischen Ansatz, bei dem unter Gelände neben
dem Boden auch die wichtigsten Umweltfaktoren
zusammengefasst
werden:
Geomorphologie,
Lithologie,
Klima, Vegetation,
anthropische
Veränderungen.
Die Analysen der Fotos zur Bodennutzung wurden
mit dem Land Cover Corine und einem Maßstab von
Le fasi preliminari alle attività di rilievo pedologico
propriamente detto hanno riguardato la ricerca, la
consultazione e l’analisi critica della bibliografia e
della cartografia di base e tematica relativa alle zone
di studio.
Sono state infatti acquisite tutte quelle informazioni
che potessero essere utili alla successiva attività di
campo. In particolare la ricerca è stata focalizzata
allo studio della bibliografia e cartografia pedologica
a diversa scala, concernente l’area di indagine ed
aree limitrofe, con caratteristiche geolitologiche e
morfologiche analoghe; inoltre sono stati presi in particolare considerazione documenti e pubblicazioni
riguardanti tutti gli elementi del territorio che concorrono alla formazione dei suoli (geologia; geomorfologia; idrologia; climatologia; vegetazione; etc.).
Parallelamente alle attività di ricerca bibliografica in
senso ampio, è stata effettuata una foto-interpretazione preliminare, consistente in un’analisi fisiografica di uso del suolo.
La foto-interpretazione fisiografica prevede la scomposizione del territorio in poligoni relativamente omogenei per quanto riguarda il substrato litologico, la
forma del rilievo, l’uso del suolo e la vegetazione
naturale. Ha la funzione di definire aree relativamente omogenee da un punto di vista pedologico (Unità
di Terre), che costituiscono l’elemento di riferimento
per il rilevamento di campagna. La foto-interpretazione segue un approccio metodologico interdisciplinare, nel quale il concetto di terre comprende, oltre al
suolo, i principali fattori ambientali: geomorfologia,
litologia, clima, vegetazione, modificazioni antropiche.
La foto-interpretazione di uso del suolo è stata eseguita, avendo come punto di riferimento il Land Cover
Corine alla Scala 1:100.000 disponibile su scala
regionale, attraverso l’interpretazione di foto aeree
84
(2000 for the hilly area of Alba and 2002 for the
Alpine area of Biella) was followed by a further level
of detail, on a local level, in order to provide sufficiently accurate parameters to evaluate the increase
in cohesion due to the presence of plant roots.
1:100.000 durchgeführt, der im regionalen Rahmen
verfügbar ist. Die Fotos wurden zu drei verschiedenen Jahreszeiten aufgenommen, um die Entwicklung
der Vegetation verfolgen zu können.
Vor allem die Analyse der neuesten Luftbilder (2000
für das Hügelgebiet von Alba und 2002 für das
Alpengebiet von Biella) machte noch mehr lokale
Details sichtbar, um ausreichend zuverlässige
Parameter für die Einschätzung der zunehmenden
Kohäsion durch das Wurzelwerk zu bekommen.
relativa a tre diverse epoche per analizzare l’evoluzione nel tempo della copertura vegetale.
In particolare, all’interpretazione del volo disponibile
più recente (2000 per l’area collinare di Alba e 2002
per l’area alpina di Biella) è seguito un ulteriore livello di dettaglio, di carattere locale, al fine di fornire
parametri sufficientemente attendibili per la valutazione dell’incremento di coesione dovuto alla presenza degli apparati radicali.
85
APP1/3.2 Activities
APP1/3.2 Attività
A number of activities were undertaken, all aimed at
making a pedological characterisation of the soil in
the area of study, in order to provide useful indications for the evaluation of a number of parameters
needed to apply the Montgomery & Dietrich model.
First and foremost was the pedological survey, carried out in three stages with brief intervals for data
processing and reviews of preliminary cartography.
The first stage of the survey mainly concerned field
observations (description of static characteristics and
soil surface horizons, description of slopes, bore
samples with hand bore), aimed at calibrating the
cartography taken from the preliminary physiographic photointerpretation. The result was an initial pedological characterisation of the map of Land Unit polygons, verifying the correct interpretation of the categories of Land Cover.
The systematic surveying process consisted in carrying out field observations, alternated with descriptions of pedological profiles, which yield more information. In this stage we proceeded to:
• characterise soil type units by describing profiles;
• verify the variability of individual soil properties
during field observations;
• check the limits of individual polygons and single
cartographic units during field observations.
The last stage involved surveying for verification and
checking purposes, with a hydrological field analysis
and selecting the samples destined for physical,
chemical and hydrological analysis in the laboratory.
The observations, carried out at a rate of around 8
per km2, were described according to the methodology prepared for the creation of the 1:250.000 scale
pedological map (Carnicelli et al., 2001), integrated
with a number of areas offering additional information
regarding the input parameters for the model, based
on recent similar work (Joannas, 2003).
Das Vorgehen berücksichtigt verschiedene Aspekte,
die alle eine pädologische Charakterisierung der
Böden im Untersuchungsgebiet zum Ziel haben.
Dadurch sollen nützliche Hinweise für die
Einschätzung einiger Parameter geliefert werden, die
für die Anwendung des Modells von Montgomery &
Dietrich unverzichtbar sind.
Im Vordergrund steht die pädologische Vermessung,
die von kurzen Phasen der Datenverarbeitung und
Revision der vorläufigen Kartierung unterbrochen
wird.
In der ersten Phase der Vermessung wurden vorwiegend Beobachtungen vor Ort durchgeführt
(Beschreibung
der
jahreszeitbedingten
Eigenschaften und der Oberflächenhorizonte des
Bodens,
Beschreibung
der
Vorsprünge,
Durchführung von Probebohrungen mit dem
Handbohrer). Dadurch soll die Kartierung auf der
Grundlage der physiografischen Analyse der Fotos
verfeinert werden. Das Ergebnis ist eine erste pädologische Beschreibung der Mehrecke auf der Karte
der Bodeneinheiten und eine Prüfung der korrekten
Interpretation der Land-Cover-Klassen.
Die systematische Vermessung erfolgt durch
Ortstermine und abwechselnde Beschreibung der
pädologischen
Profile,
von
denen
mehr
Informationen abgeleitet werden können. In dieser
Phase wurde folgendermaßen vorgegangen:
• Charakterisierung
der
topologischen
Bodeneinheiten über eine Beschreibung der
Profile;
• Prüfung des Variabilitätsintervalls der einzelnen
Bodeneigenschaften bei den Ortsterminen;
• Prüfung der Grenzen der einzelnen Mehrecke und
der kartografischen Einheiten bei Ortsterminen.
Die letzte Phase betrifft Vermessung und Kontrolle. In
dieser Phase wurden hydrologische Analysen durch-
Le attività hanno riguardato diversi aspetti, tutti
comunque volti alla caratterizzazione pedologica dei
suoli ricadenti nel dominio di studio, al fine di fornire
indicazioni utili per la valutazione di alcuni parametri
necessari all’applicazione del modello di
Montgomery & Dietrich.
Innanzi tutto il rilevamento pedologico, svolto in tre
momenti successivi, intervallati da brevi fasi di elaborazione dati e di revisione della cartografia preliminare.
Nella prima fase di rilevamento sono state eseguite
prevalentemente osservazioni speditive (descrizione
dei caratteri stazionali e degli orizzonti superficiali del
suolo; descrizione di scarpate; esecuzione di trivellate con trivella manuale), aventi la funzione di calibrare la cartografia derivata dalla foto-interpretazione
fisiografica preliminare. Il risultato è stato una prima
caratterizzazione pedologica dei poligoni della carta
delle Unità di Terre e verificare la corretta interpretazione delle classi di Land Cover.
Il rilevamento sistematico è consistito nell’esecuzione di osservazioni speditive alternate alla descrizione di profili pedologici, dai quali è possibile dedurre
una mole maggiore di informazioni. In questa fase si
è proceduto a:
• caratterizzare le unità tipologiche di suolo, attraverso la descrizione dei profili;
• verificare l’intervallo di variabilità delle singole proprietà dei suoli attraverso le osservazioni speditive;
• controllare i limiti dei singoli poligoni e delle singole unità cartografiche attraverso le osservazioni
speditive.
L’ultima fase ha riguardato il rilevamento di verifica e
controllo, in cui sono state eseguite le analisi idrologiche di campo e scelti i campioni destinati alle analisi fisico-chimiche ed idrologiche di laboratorio.
86
Physical and chemical lab testing was also performed, though in view of the high cost of such procedures, this was kept to the minimum indispensable
for the purposes of the study. Physical and chemical
analyses of the soils were limited to a number of
diagnostic characteristics deemed important for the
comprehension of current or past pedological
dynamics and processes. They also aim to highlight
phenomena connected to shallow hydrogeological
instability.
The processing of survey data aimed to modify and
complement the preliminary cartography, with further
stages of physiographic photointerpretation, modifying and integrating the contents. The soils were classified using WRB 1998 (FAO, ISRIC, 1998) and the
classification scale of the Ministry of Forests of
British Columbia (Green et al., 1993), with regards to
surface horizons (Humus Forms).
geführt und die Proben für die chemisch-physikalischen und hydrologischen Laboranalysen ausgewählt.
Die Beobachtungen wurden in einer Dichte von acht
pro Quadratkilometer durchgeführt. Sie wurden nach
den Methoden zur Erstellung der pädologischen
Karte mit dem Maßstab 1:250.000 beschrieben
(Carnicelli et al., 2001), dabei wurden einige für
Zusatzinformationen nützliche Felder hinzugefügt,
die sich auf Parameter beziehen, die in das Modell
integriert werden müssen. Grundlage dafür sind jüngere Experimente (Joannas, 2003).
Es
wurden
auch
physikalisch-chemische
Laboranalysen durchgeführt. Angesichts der hohen
Kosten für solche Untersuchungen wurden diese
allerdings auf das für die Ziele der Studie nötige
Minimum reduziert. Die physikalisch-chemischen
Analysen des Bodens wurden auf einige diagnostische und für die laufenden und früheren pädologischen Dynamiken und Prozesse als wichtig erachtete Merkmale beschränkt. Außerdem waren sie dazu
bestimmt, einige Erscheinungen im Zusammenhang
mit den oberflächlichen hydrogeologischen
Störungen herauszustreichen.
Die Datenverarbeitung der Daten aus den
Vermessungen hatte das Ziel, die vorläufige
Kartierung
über
weitere
physiografische
Fotoanalysen zu modifizieren und zu integrieren. Die
Böden wurden durch das WRB 1998 (FAO, ISRIC
1998) eingeteilt, ferner durch die Klassifizierung des
Ministry of Forests of British Columbia (Green et al.,
1993) für die oberflächlichen Horizonte (Humus
Forms).
Le osservazioni, aventi una densità di circa 8 osservazioni/km2, sono state descritte secondo le metodologie messe a punto per la realizzazione della Carta
Pedologica alla Scala 1:250.000 (Carnicelli et al.,
2001), integrate con alcuni campi utili per acquisire
informazioni aggiuntive in campagna relative ai parametri da inserire nel modello, secondo recenti esperienze analoghe (Joannas, 2003).
Sono state eseguite anche analisi fisico-chimiche di
laboratorio, che tenendo conto dei costi relativamente elevati, sono state ridotte al minimo indispensabile
per le finalità dello studio. Le analisi chimico-fisiche
dei suoli sono state limitate ad alcuni caratteri diagnostici ritenuti importanti per la comprensione delle
dinamiche e dei processi pedologici in atto o pregressi. Inoltre sono finalizzate alla messa in evidenza
di fenomeni connessi con il dissesto idrogeologico
superficiale.
L’elaborazione dei dati derivanti dal rilevamento ha
avuto lo scopo di modificare ed integrare la cartografia preliminare, attraverso ulteriori fasi di foto-interpretazione fisiografica, modificandone ed integrandone i contenuti. I suoli sono classificati con il WRB
1998 (FAO, ISRIC, 1998) e con la classificazione del
Ministry of Forests of British Columbia (Green et al.,
1993), per quanto riguarda gli orizzonti superficiali
(Humus Forms).
87
APP1/3.3 Results
APP1/3.3 Ergebnisse
APP1/3.3 Risultati
The results obtained provide new information, in the
form of geographic and alpha-numeric data regarding:
• Land units;
• Observation points;
• Current and previous Land cover, through multitemporal diachronic analysis;
• Data for the application of the Montgomery &
Dietrich model. The usual pedological parameters
required for the model are permeability and saturation, soil thickness and cohesion, for which it
was necessary to identify particle sizes. Indirectly
this analysis helped us to estimate the shear
strength angle.
With particular regard to cohesion, the pedological
approach enabled us to integrate the classic geotechnical model, with a relative estimate of the density and development of plant roots.
Die
erzielten
Ergebnisse
sind
neue
Informationsschichten, die aus einer geografischen
und einer alphanumerischen Komponente bestehen.
Sie beziehen sich auf:
• Bodeneinheiten;
• Beobachtungspunkte;
• aktuelle und frühere Bodenbedeckung durch
zeitübergreifende diachronische Analysen;
• Daten zur Anwendung des Modells von
Montgomery & Dietrich. Folgende typische pädologische Parameter sind für die Datenbearbeitung
nötig: Durchlässigkeit bis zur Sättigung des
Bodens, Dicke der Deckschicht und Kohäsion, für
deren Einschätzung die Granulometrie berücksichtigt werden musste. Indirekt hat die Analyse
dazu beigetragen, den Winkel für den
Bruchwiderstand zu bestimmen.
Vor allem im Hinblick auf die Kohäsion hat der pädologische Zugang dabei geholfen, das klassische geotechnische Modell über eine relative Einschätzung
der des Einflusses der Dichte und der Entwicklung
des Wurzelwerks der Pflanzen zu integrieren.
I risultati ottenuti sono dei nuovi livelli informativi,
costituiti da una componente geografica e una alfanumerica, relativi a:
• Unità di Terre;
• Punti di Osservazione;
• Copertura delle Terre attuale e di epoche passate,
attraverso analisi multi-temporale diacronica;
• Dati per l’applicazione del modello di Montgomery
& Dietrich. I parametri tipicamente pedologici richiesti per l’elaborazione del modello sono la permeabilità a saturazione, lo spessore della copertura e
la coesione, per la cui valutazione è stato necessario individuare la granulometria. Indirettamente,
l’analisi ha aiutato a stimare l’angolo di resistenza
al taglio.
In particolare, per quanto riguarda la coesione l’approccio pedologico ha aiutato ad integrare il modello
di tipo geotecnico classico mediante la stima relativa
dell’influenza della densità e dell’andamento degli
apparati radicali delle piante.
88
Figure APP1/3.2 Land
Units Map of the hill area.
Figur ANHANG1/3.2 Karte
der Bodeneinheiten in der
Hügelzone.
Figura APP1/3.2 Carta
delle Unità di Terre della
Zona Collinare.
Figure APP1/3.4 Land Use Map of the hill area.
Figur ANHANG1/3.4 Karte der Bodennutzung in der Hügelzone.
Figura APP1/3.4 Carta dell’Uso del Suolo della Zona Collinare.
Figure APP1/3.3 Land
Units Map of the Alpine
area.
Figur ANHANG1/3.3 Karte
der Bodeneinheiten in der
Alpenzone.
Figura APP1/3.3 Carta
delle Unità di Terre della
Zona Alpina.
Figure APP1/3.5 Land Use Map of the Alpine area.
Figur ANHANG1/3.5 Karte der Bodennutzung in der Alpenzone.
Figura APP1/3.5 Carta dell’Uso del Suolo della Zona Alpina.
89
APP1/3.4 Conclusions
APP1/3.4 Schlussfolgerungen
APP1/3.4 Conclusioni
The work carried out in the two areas of study
enabled us on the one hand to characterise the soils
in question from the point of view of classic pedology,
but above all helped evaluate the spatial distribution
of a number of variables which were then used to
apply the Montgomery and Dietrich stability model for
shallow landslides.
Indeed the Land Units, composed of various types of
soils with homogeneous characteristics from a pedological point of view, were assigned values for parameters which are not strictly pedological, but certainly
depend on a number of soil characteristics which can
be determined by means of this science. This is the
case, for instance, of cohesion and the shear
strength angle, which can only be determined in situ,
and is not easy to extrapolate using the usual geotechnical techniques.
The efficacy of these studies is however bound to the
need for a highly multi- and inter-disciplinary
approach, which is fundamental when dealing with
areas which border on many other areas, such as
geology, classic pedology and engineering.
Die durchgeführte Untersuchung in den beiden
Gebieten hat es ermöglicht, aus einer klassischen
pädologischen Position heraus die betroffenen
Böden zu charakterisieren, vor allem aber hat sie
dazu beigetragen, die räumliche Verteilung einiger
Variablen einzuschätzen, die dann in der Anwendung
des Stabilitätsmodells für oberflächliche Erdrutsche
von Montgomery und Dietrich verwendet wurden.
Die Bodeneinheiten, die aus verschiedenen Arten
von Böden gebildet werden, haben pädologisch
gesehen homogene Eigenschaften. Es wurden
Werte für Parameter zugewiesen, die nicht rein pädologisch orientiert sind, aber dennoch von einigen
pädologischen Bodenmerkmalen abhängig sind. Das
trifft zum Beispiel auf die Kohäsion zu und auf den
Bruchwiderstandswinkel, dieser kann nur punktuell
bestimmt werden und lässt mit Sicherheit nicht überall Rückschlüsse mit den üblichen geotechnischen
Methoden zu.
Die Wirksamkeit dieser Studien wird durch die
Notwendigkeit von Multi- und Interdisziplinarität eingeschränkt, eine Bedingung, die unbedingt berükksichtigt werden muss, wenn es um Themen geht,
die im Grenzbereich der einzelnen Fächer (Geologie,
Pädologie
im
eigentlichen
Sinn
und
Ingenieurswissenschaft) angesiedelt sind.
Lo studio eseguito nelle due zone di studio ha permesso da una parte di caratterizzare dal punto di
vista pedologico classico i suoli coinvolti, ma soprattutto ha contribuito a valutare la distribuzione spaziale di alcune variabili utilizzate poi nell’applicazione
del modello di stabilità per le frane superficiale di
Montgomery e Dietrich.
Infatti alle Unità di Terre, formate da vari tipi di suoli
aventi caratteristiche pedologicamente omogenee,
sono stati attribuiti i valori di parametri non propriamente pedologici ma sicuramente dipendenti da
alcune caratteristiche dei suoli determinabili attraverso questa disciplina. È il caso ad esempio della
coesione e dell’angolo di resistenza al taglio; quest’ultimo determinabile solo puntualmente e non facilmente estrapolabile con le usuali tecniche geotecniche.
L’efficacia di questi studi è comunque vincolata alla
necessità di forte multi ed inter disciplinarietà, condizione assolutamente imprescindibile quando si trattano argomenti che si pongono alla frontiera di molte
materie come la geologia, la pedologia propriamente
detta e l’ingegneria.
90
§ APP1/4 KANTON GRAUBÜNDEN
Switzerland - Grison
Schlans, Trun
Surselva
Figure APP1/4.1 Investigation area.
Figur APP1/4.1 Investigation Area.
Figura APP1/4.1 Area d’indagine.
91
APP1/4.1. Activities
APP 1/4.1 Aktivitäten
APP 1/4.1 Attività
In a first step, the field works are prepared with the
help of aerial photo interpretations of the november
2002 event.
Based on the aerial photo interpretations, the slope
steepness analysis and general field surveys, soil
profiles are taken at representative spots which are
then analysed and described (Figure APP1/4.1).
Within the detailed perimeters of Schlans and Trun,
soil maps on a scale of 1:5.000 were subsequently
drawn up for the region showing potential incipient
crack areas for shallow landslides (Figure APP1/4.2).
In einem ersten Schritt werden die Geländearbeiten
mit Hilfe der Luftbildanalysen der Bilder des
Ereignisses im November 2002 vorbereitet.
Basierend
auf
den
Luftbildanalysen,
der
Hangneigungsanalyse und den ÜbersichtsGeländebegehungen, werden im Gelände an repräsentativen Stellen Bodenprofile ausgehoben, analysiert und beschrieben (Figur ANHANG1/4.1).
Innerhalb der Detailperimeter Schlans und Trun werden anschliessend für die Gebiete mit potentiellen
Anrissstellen für flachgründige Rutschungen
Bodenkarten im Massstab 1:5.000 erstellt (Figur
ANHANG1/4.2).
In una prima fase sono state preparate le attività di
campagna con l’ausilio dell’interpretazione di foto
aeree relative all’evento meteorologico del novembre
2002.
Sulla base della fotointerpretazione sono stati scelti
punti rappresentativi per condurre le indagini di terreno, per eseguire l’analisi delle condizioni di pendenza dei versanti e per realizzare i profili di suolo; tali
punti sono stati poi analizzati e descritti (Figura
APP1/4.1). Per le aree studiate in dettaglio (Schlans
e Trun), sono state prodotte mappe del suolo alla
scala 1:5.000, finalizzate a definire le aree soggette
a fratturazione per franamento superficiale (Figura
APP1/4.2).
92
APP1/4.2 Results
APP1/4.2 Ergebnisse
APP1/4.2 Risultati
The hand-drawn soil maps are digitalised and collected in ESRI ArcInfo© as closed polygones with
their corresponding attributes.
In a short report, the results are described and characterised as regards the hydrological and soilmechanical features.
The results are the input data for the SLIDISP programme in order to exclude potential incipient crack
areas for shallow landslides.
Die handgezeichneten Bodenkarten werden digitalisiert und als geschlossene Polygone mit den entsprechenden Attributen im GIS ArcInfo© erfasst. In
einem Kurzbericht werden die Resultate beschrieben
und bezüglich der hydrologischen und bodenmechanischen Eigenschaften charakterisiert. Die Resultate
werden in eine Modellbeschreibung umgesetzt und
Modellierungen mit dem Programm SLIDISP zur
Ausscheidung von potentiellen Anrissgebieten für
flachgründige Rutschungen durchgeführt.
Le mappe del suolo sono state digitalizzate e raccolte nel GIS ArcInfo© e le aree rappresentate come
poligoni chiusi con i loro specifici attributi. In una
breve relazione sono stati descritti i risultati, con particolare riferimento alle caratteristiche idrologiche e
meccaniche del suolo.
I risultati sono tradotti in una descrizione modellistica
condotta con il programma SLIDISP per individuare
le aree potenzialmente soggette a fratturazione incipiente per franamento superficiale.
93
Figure APP1/4.2 Photo of a soil profile taken
during the mapping works.
Figur APP1/4.2 Foto eines ausgehobenen
Bodenprofils während der Kartierarbeiten.
Figura APP1/4.2 Ripresa fotografica di un profilo
di suolo scattata durante i lavori per la realizzazione
della mappa.
94
Figure APP1/4.3 Soil map of Schlans on a scale of 1:10.000 with information on the soil profile
(red points) and potential subterranean water flow paths with water seepage spots.
Figur APP1/4.3 Bodenkarte Schlans 1:10.000 mit Angaben der Bodenprofile (rote Punkte) und von
potentiellen unterirdischen Wasserfliesswegen und Versickerungsstellen.
Figura APP1/4.3 Mappa del suolo della zona di Schlans in scala 1:10.000 con informazioni
sul profilo del suolo (punti in rosso) e sui percorsi potenzialmente seguiti dal flusso idrico sotterraneo;
sono indicate le zone di infiltrazione dell’acqua.
3.2. Rock falls
3.2. Sturzprozesse
3.2. Crolli in roccia
Rock falls are defined as the sudden detachment of
rock blocks from steep slopes. After the detachment,
rocks descend by bouncing and rolling rather than by
falling. Rock falls represent a very dangerous
process even in case of low recurrence.
Rock falls are sudden by definition; time-prediction is
almost impossible.
The movement is very or extremely rapid, so the possibility for persons to avoid rock block is very low.
Furthermore, the process implies very high energy,
so the resulting destructive potential is enormous.
Rock falls may occur throughout the whole year without specific triggering by special weather conditions;
seasonal freeze-thaw cycles may however induce
higher fall-rates. In high alpine regions, variations in
the permafrost regime may also be a rock fall cause.
Nevertheless most rock falls are due to natural
weathering processes as well as to natural stress
release.
Single rock falls are unpredictable, but important predictions can be made about larger areas subject to
rock fall impact.
Als Sturzprozess wird das plötzliche Ablösen von
Gestein aus Steilhängen bezeichnet. Nach dem
Ablösen sind Aufprallen und Rollen die üblichste
Bewegungsweise hangabwärts. Sturzprozesse sind
eine sehr gefährliche Erscheinung, auch in jenen
Gebieten, wo die Häufigkeit der Sturzprozesse sehr
niedrig ist.
Sturzprozesse sind plötzliche Erscheinungen; eine
zeitliche Vorhersage ist fast unmöglich.
Die Bewegungen sind sehr schnell, und die
Möglichkeit der Leute einen Sturzprozess zu vermeiden ist auf das Minimum beschränkt. Dazu ist die
beteiligte Energie sehr hoch, von daher ist das
Potential zur Zerstörung riesig.
Sturzprozesse können zu jeder Jahreszeit sich ereignen,
unabhängig
von
den
besonderen
Wetterbedingungen, die die Erscheinung auslösen;
trotzdem können die jahreszeitliche Frost-Tau-Zyklen
ein häufigeres Wiedergeschehen der Erscheinungen
verursachen. Auch
eine Veränderung
im
Permafrostregime im hoch gelegenen Alpengebieten
kann für Sturzprozesse verantwortlich sein. Die meisten Erscheinungen werden von Verwitterung und
von Veränderungen in der Hangentspannung verursacht.
Si definisce crollo in roccia il distacco improvviso di
materiale roccioso da pareti ripide. Dopo il distacco le
forme di moto prevalenti, lungo il versante, sono il
rotolamento ed il rimbalzo. I crolli in roccia rappresentano un fenomeno molto pericoloso, anche in
quelle aree ove la ricorrenza di tali processi è bassa.
I crolli in roccia sono fenomeni improvvisi e la previsione temporale è pressoché impossibile.
Il movimento è molto veloce e la possibilità, per le
persone, di evitare un crollo è minima. Inoltre l’energia in gioco è molto alta ed il potenziale di distruzione è di conseguenza enorme.
I crolli in roccia si possono verificare in qualsiasi
periodo dell’anno, a prescindere da particolari condizioni meteorologiche d’innesco; i cicli stagionali di
gelo-disgelo possono comunque indurre una maggiore ricorrenza dei fenomeni. Anche una variazione
nel regime del permafrost nelle zone alpine poste a
quote più elevate può essere responsabile di crolli in
roccia. La maggior parte dei fenomeni è comunque
causata dai processi naturali di degradazione, indotti
dagli agenti atmosferici e da variazioni del regime
tensionale dei versanti.
I singoli fenomeni non sono prevedibili; sono però
possibili previsioni spaziali estese alle aree soggette
a crolli.
ROCK FALLS
95
The methods to define the areas of maximum rock
fall reach depends on the extend of the area that has
to be investigated. The run-out zone of a rock fall with
a volume exceeding 106 m3 is cinematically different
from the run-out zone of a 100 m3 rock fall.
This study analyse the case of small rock falls, for
they are the most frequent.
The investigation methods can be divided in two
groups: empiric models and numeric models.
The most basic method of studying rock falls is by
means of field surveys; observations concerning old
rock fall-related deposits may be extrapolated to predict the reach of future rock fall. This kind of study
requires a thorough analysis of the so called “silent
witnesses”, like impact marks of former rock falls or
old rock fall blocks. By means of these techniques
empiric run-out models can be created.
The modelling can be carried out by computer in 2dimensional cross-sections or in the 3-dimensional
space. Representative for this empiric models are the
global angle models of Lied (1977), Onofri & Candian
(1979), Evans & Hungr (1993), Wiezcorek et al.
(1999), etc.
Calculations can be made by means of computer
software such as CONEFALL (Jaboyedoff &
Labiouse, 2000) or simply by means of ESRI
ARCGIS©.
Numerical models are based on different algorithms
describing the relationship among the energy of a
falling block, the type of movement (falling, bouncing,
rolling) and the attenuation factors of the slope surface. Rock fall simulation can be made on 2-dimensional cross sections or in the 3-dimensional space.
The so-called trajectory models (2 D) can be controlled with different parameters. An example of simulation programmes in 2-dimensional cross-sections
is the ROCKFALL programme.
Die Sammlungsmethode für die Daten über die von
Sturzprozessen betroffenen Gebieten hängt von der
Ausdehnung des Untersuchungsgebiet ab. Ein
Steinschlaggebiet , in dem das Volumen des hineingezogenen Materials über 106 m3 ist, einem ganz
anderen kinematischen Umfeld. unterzogen ist als
bei einem Sturzprozess mit einem Volumen von 100
m3. Diese Studie analysiert Sturzprozesse mit kleinerem Volumen, die viel häufiger sind.
Die verschiedene Untersuchungsweise können in
zwei Gruppen unterteilt werden: Numerisches
Simulationsmodell und Empirisches Modell.
Die Grundmethode für die Untersuchung von
Sturzprozessen basiert auf Feldaufnahmen. Die
Beobachtungen bezüglich der alten Sturzprozesse
können herangezogen werden, um die Sturzweite
von zukünftigen Sturzprozessen zu ermitteln. Diese
Untersuchungsweise erfordert eine ausführliche
Analyse der so genannten Stummen Zeugen , z.B.
Schlagspuren von vorhergehenden Sturzprozessen
oder reliktische Blöcke.
Mit dieser Analyse können empirische Sturzmodelle
entwickelt werden. Die Modellierung kann von einem
PC in zweidimensionalen Profilen oder im dreidimensionalen Raum ausgeführt werden.
Repräsentativ für diese Art empirischer Modelle sind
die Modellen des Gesamtwinkel von Lied (1977),
Onofri & Candian (1979), Evans & Hungr 1993,
Wiezcorek et al. (1999), etc. Die Berechnungen können durch Pogramme wie CONEFALL (Jaboyedoff &
Labiouse, 2000) oder direkt durch ESRI ARGIS©
durchgeführt
werden.
Die
numerischen
Simulationsmodelle stützen sich auf verschiedene
Algorithmen, die die Beziehung unter der Energie
eines fallenden Blocks, Bewegungsart (Fall, Rückprall,
Rollen) und Denfungkoeffizent des Hanges beschreiben. Das Programm ROCKFALL ist ein Beispiel von
Il metodo di raccolta delle informazioni relative alle
aree soggette a crolli in roccia dipende dall’estensione dell’area che si deve investigare. La zona interessata da un crollo che coinvolge materiale per un volume superiore a 106 m3 è soggetta ad un contesto
cinematico completamente diverso da quello di un
crollo caratterizzato da un volume di materiale di 100
m3. Questo studio analizza i crolli di volume minore,
di gran lunga i più frequenti.
Le diverse tipologie d’indagine possono essere suddivise in due gruppi: modelli empirici e modelli numerici.
Il metodo base di studio dei fenomeni di crollo si basa
su rilievi di terreno; le osservazioni relative a crolli
antichi possono essere estrapolate per definire i limiti di invasione di crolli futuri. Tale tipo di analisi richiede studi di dettaglio sui cosiddetti testimoni silenziosi, come ad esempio le tracce d’impatto di crolli precedenti o presenza di blocchi di antichi crolli.
A partire da questo tipo di analisi possono essere
creati modelli empirici di invasione. La modellazione
può essere svolta da un computer in sezioni trasversali bidimensionali o nello spazio tridimensionale.
Rappresentativi di questo tipo di modelli empirici
sono i modelli dell’angolo globale di Lied (1977),
Onofri & Candian (1979), Evans & Hungr (1993),
Wiezcorek et al. (1999), etc. I calcoli possono essere
eseguiti da programmi come CONEFALL (Jaboyedoff
& Labiouse, 2000) o direttamente dal software ESRI
ARCGIS©.
I modelli numerici sono basati su differenti algoritmi,
che descrivono la relazione tra l’energia di un blocco
in caduta, il tipo di movimento (caduta, rimbalzo, rotolamento) ed i coefficienti di restituzione del versante.
Calcoli e simulazioni di crolli in roccia possono essere condotti in sezioni trasversali bidimensionali o
nello spazio tridimensionale. I modelli di propagazio-
96
ROCK FALLS
In 3-dimensional space different programs of several
companies exist. Basically, they all calculate 3dimensional trajectory vectors based on the Digital
Elevation Model.
Quality of all 3D computer-made studies strongly
depends on the accuracy of the Digital Elevation
Model. Simulations require detailed slope surface
data, to allow correct dimensioning of the programme
parameters.
The empiric models, especially the global angle models, are less dependent to the accuracy of the Digital
Elevation Model.
The Digital Elevation Model should be based on a
grid of 10 x 10 m at least.
Empiric models are useful to study rock fall areas at
a regional scale (< 1:25.000) and they can give general information about the maximum run-out zone.
This information is essential for further investigations.
Detailed hazard assessment studies including probability and intensity of rock falls have been carried out
in Switzerland (BUWAL, 1997), in Italy and in France.
These methods can be transferred to other regions
but some modifications have to be made in order to
adapt them to the specific geologic and morphologic
situations of other areas.
In most of these models probability and intensity of
mass movements are connected with a 2-dimensional (Switzerland) or a 3-dimensional (Crosta et al.,
2003) matrix to evaluate hazard in specific areas.
Simulationsprogramm in zweidimensionalen Profilen.
Berechnungen
und
Simulationen
von
Sturzprozessen können in zweidimensionalen
Profilen oder im dreidimensionalen Raum durchgeführt werden. Die Ausbreitungsmodelle in 2D können
mit verschiedenen Parametern überprüft werden. Zur
dreidimensionalen Analyse verfügt man über
Programme von mehreren Herstellern. Diese
Programme
berechnen
wesentlich
die
Ausbreitungsvektoren in drei Dimensionen an Hand
von digitalen Geländemodellen.
Die Qualität der 3D ist eng von der Genauigkeit des
digitalen Geländemodells abhängig. Alle Simulationen
erfordern genaue Daten über die Hangeigenschaften,
um die richtige Dimensionierung der vom Programm
verwendeten Parameter zu erlauben.
Die empirischen Modelle, welche auf der Methode
des Gesamtwinkels beruhen, verwenden einen niedereren Detailgrad als das digitale Geländemodell.
Jedenfalls sollte das digitale Geländemodell auf
Maschen gegründet sein, die nicht kleiner als 10 x 10
Meter sind.
Die empirische Modelle sind nützlich für die
Untersuchung der Steinschlaggebiete auf regionalem
Maßstab (< 1: 25.000), da sie allgemeine Informationen
über die Ausbreitungsgebiete der Sturzprozesse geben.
Diese Informationen sind wesentlich für weitere und
mehr ausführliche Untersuchungen.
In der Schweiz (BUWAL, 1997), in Italien und in
Frankreich hat man Studien über die Gefährlichkeit
der Sturzprozesse entwickelt, die sowohl die
Wahrscheinlichkeit als auch die Intensität der
Phänomene einschließen. Solche Methoden können
auch in anderen Regionen verwendet werden. Die
Gefährlichkeit wird in solchen Modellen geschätzt,
indem die Wahrscheinlichkeit und die Intensität der
Phänomene Bezug auf eine zweidimensionale
(Schweiz) oder dreidimensionale Matrix nehmen
(Crosta et al., 2003).
ROCK FALLS
ne in due dimensioni possono dipendere da differenti parametri. Un esempio di programmi di simulazione
lungo sezioni trasversali bidimensionali è il programma ROCKFALL.
Per analisi tridimensionali sono disponibili i programmi di numerosi produttori. Tutti calcolano essenzialmente i vettori di propagazione in tre dimensioni sulla
base del Modello Digitale del Terreno.
La qualità delle restituzioni in tre dimensioni dipende
fortemente dall’accuratezza del Modello Digitale del
Terreno. Tutte le simulazioni richiedono dati di dettaglio sulle caratteristiche del versante, per consentire
il corretto dimensionamento dei parametri utilizzati
dal programma.
I modelli empirici basati sui metodi dell’angolo globale sono meno sensibili al grado di dettaglio del
Modello Digitale del Terreno, che in ogni caso
dovrebbe avere maglia di lato non inferiore a 10 m.
I modelli empirici sono utili per lo studio delle aree
soggette a crollo su scala regionale (< 1: 25.000), in
quanto possono fornire informazioni generali sulle
zone di propagazione dei crolli in roccia, un dato
essenziale per indagini di maggiore dettaglio.
In Svizzera (BUWAL, 1997), in Italia ed in Francia
sono stati condotti studi di pericolosità da fenomeni di
caduta massi che includono sia la probabilità che l’intensità dei fenomeni. Tali metodi possono essere
applicati in altre regioni, previe le necessarie modifiche che consentano l’adeguamento a diversi contesti
geologici e morfologici. In tali modelli le valutazioni di
pericolosità vengono effettuate riferendo la probabilità e l’intensità dei fenomeni ad una matrice bidimensionale (Svizzera) o tridimensionale (Crosta et al.,
2003).
97
3.2.2.A Rock fall danger maps in Bavaria
3.2.2.A Karte der Gefährlichkeit zur Ausbreitung
des Sturzprozesses in Bayern
3.2.2.A Mappe di pericolosità da propagazione
dei crolli in roccia in Baviera
Die Erstellung der Karte der Gefahren von
Ausbreitung der Sturzprozesse setzt die Bestimmung
und die Beschreibung der Anrisszonen voraus.
Diese Voraussetzung ist unerlässlich für eine korrekte
Bestimmung der potentiellen Steinschlaggebiete. Im
Rahmen des Projekts hat man eine Methode entwikkelt, die die Gebiete mit maximaler Ausbreitung des
Sturzprozesses auf regionalem Maßstab zu bestimmen erlaubt. Die Methode wird durch ESRI ArcGis 8.x
und Extension Spatial Analyst entwickelt. An Hand von
den verfügbaren Daten hat man gewählt, die auf die so
genannten Gesamtwinkel sich stützende Methode zu
verwenden. Gemäß der von Evans & Hungr (1993) e
Meißl (1998) durchgeführten Analysen hat man das
Gebiet mit maximaler Ausbreitung des Sturzprozesses
bestimmt, indem beide Methoden des Schattenwinkels
(in der Fachliteraur als shadow angle e geometrical
slope angle bekannt) verwendet worden sind.
Dank der vorigen Arbeiten (GEORISK, Bavarian
Geological Survey) ist die Mehrheit der Anrisszonen
des Sturzprozesses schon bekannt. Außerdem sind
durch das digitale Geländemodell (Masche ≤ 10 m)
weitere potentielle Anrisszonen in Hängen mit mehr
als 45 Grad Gefälle bestimmt worden. Das erste
Zweck ist die Erstellung einer Karte der
Gefährlichkeit. Weitere Entwicklungen werden die
Erstellung von Karten der Gefährlichkeit erlauben, in
denen sowohl die Faktoren der Intensität als auch die
der Wahrscheinlichkeit enthalten sind.
La realizzazione di mappe di pericolo da caduta
massi presuppone l’identificazione e la descrizione
delle zone di distacco. Tale elemento è indispensabile per una corretta definizione delle aree potenzialmente soggette a caduta massi.
Nell’ambito del Progetto è stato sviluppato un metodo che permette di individuare le zone di massima
propagazione dei crolli a scala regionale, tramite l’utilizzo del software ESRI ArcGis 8.x e dell’estensione
Spatial Analyst. Tenendo conto dei dati a disposizione, si è scelto di applicare un metodo empirico basato sul cosiddetto angolo globale. Sulla base delle
analisi condotte da Evans & Hungr (1993) e Meißl
(1998), è stata definita la zona di massima espansione, utilizzando entrambi i metodi dell’angolo di attrito
equivalente, noti in letteratura come shadow angle e
geometrical slope angle. La maggior parte delle aree
di distacco dei crolli in roccia nelle Alpi Bavaresi è già
nota, grazie al risultato di lavori precedenti (GEORISK, Bavarian Geological Survey).
Sono inoltre state definite ulteriori aree di distacco
potenziale, considerando i settori di versante a pendenza maggiore di 45°, identificati attraverso il
Modello Digitale del Terreno (maglia ≤ 10 m).
Il primo obiettivo è stato quello di elaborare delle
mappe del pericolo. Ulteriori approfondimenti permetteranno di sviluppare mappe di pericolosità, che
includano gli elementi probabilità e intensità dei processi trattati.
Definition
Definizione
Methode für die Bestimmung der Gebiete mit maxi-
Metodo per la definizione delle zone di massima pro-
In order to produce proper Danger Maps concerning
rock falls, source rockslopes must be thoroughly
identified and described. This element is substantial
for a proper evaluation of the areas affected by a
potential event.
Within the project, a regional scale method has
been developed to define the maximum run-out
zones of rock falls. The method is executed with
ESRI ArcGis 8.x and the extension Spatial Analyst.
Considering the available rock fall data, an empirical
method using the global angle have been chosen.
Following the analysis made by Evans & Hungr
(1993) and Meißl (1998), the maximum run-ut zone
was evaluated using both the shadow angle and the
so called geometrical slope angle. As a result of
previous works (GEORISK, Bavarian Geological
Survey), most of the detachment areas (starting
zones) of rock falls in the Bavarian Alps are already
known. Thanks to the digital elevation model (raster
resolution ≤ 10 m) additional potential starting
zones (e.g. slope angle ≥ 45°) could also be
defined.
The first aim is to develop a method to create Danger
Maps. Further development will include Hazard Maps
with evaluation of both probability and intensity.
Definition
An empirical method to delineate areas subject to
rock fall impact, by means of the shadow and the
geometrical slope angle areas crossed with a digital
elevation model.
Purposes
Getting information about the maximal run-out zones
98
ROCK FALLS
of rock falls. Areas covered by these run-out zones
need be investigated with more detail. The need for
detailed investigations is otherwise limited in areas
outside the computed run-out zones.
maler Ausbreitung des Sturzprozesses durch die
gemischte Verwendung der auf den Schattenwinkel
und das digitale Geländemodell sich stützenden
empirischen Methoden.
Potentiality
The created danger maps help to get a first overview
of areas subject to rock fall impact. They may be used
to select regions in which an evaluation of possible
mitigation measures must be carried out.
Ziel
Informationen über die Gebiete mit maximaler
Ausbreitung des Sturzprozesses gewinnen. Diese
Zonen sollen einer ausführlichen Untersuchung
unterzogen werden, was für andere Sektoren, welche nicht unter der oben genannten Definition stehen, nicht verlangt wird.
Limits
This method is only applicable at a regional scale
(<1:25.000). The modelling only includes rock falls
with volumes less than 104 m3. At the local scale the
method cannot replace detailed field investigations
or simulations with 2-D or 3-D simulation programmes.
Activities
• Acquisition of all data relevant to defining potential
source areas of rock falls: collection of geological
data, air photos, landslide inventories and landslide maps;
• creation and interpolation of the digital elevation
model of the area to be investigated;
• definition of additional possible rock falls source
areas by selecting slope areas steeper than 45°;
• definition of slope attitude data;
• selection and reprocessing areas in which the
geometrical slope angle or the shadow angle have
to be used;
• data processing by means of ESRI ArcGis© with
Spatial Analyst module (Viewshed and Raster
Calculator);
• data validation by means of field surveys and simulation programmes.
Expected products
Danger maps at a regional scale. The danger areas
Potentialität
Die Karten der Gefahren geben einen ersten Überblick über die Gebiete, die von Sturzprozessen
betroffen werden können. Diese Karten sind dazu
eine nützliche Hilfe zur Bestimmung der Sektoren, im
Bezug auf welche geschätzt wird, ob es möglich ist,
Maßnahmen zur Minderung der Risiken zu ergreifen.
Grenzen
Die Methode ist ausschließlich auf einem regionalen
Maßstab (<1:25.000) anwendbar. Die Modellierung
ist gültig nur für jene Sturzprozesse, die ein Volumen
von weniger als 104 m3 haben. Trotzdem kann die
Methode im genauen Maßstab die Felderhebungen
und die numerischen Simulationen (sowohl zwei- als
auch dreidimensionale) nicht ersetzen.
Aktivitäten
• Beschaffung der Daten und aller Elementen, die
für die Bestimmung der vom Sturzprozess potentiell betroffene Gebiete nützlich sind, und zwar
geologische
Grunddaten,
Luftaufnahmen,
Inventar
und
Kartographien
der
Massenbewegungen;
• Erstellung und Interpolation des digitalen
Geländemodells für Untersuchungszone;
• Bestimmung
von
weiteren
potentiellen
ROCK FALLS
pagazione dei crolli in roccia, mediante l’impiego di
modelli empirici basati sull’angolo di attrito equivalente e del Modello Digitale del Terreno.
Finalità
Ricavare informazioni sulle aree di massima propagazione dei crolli, che dovranno essere indagate ad
un maggiore grado di dettaglio; analisi di approfondimento non sono invece necessarie per quei settori
che ricadono all’esterno delle aree individuate dal
modello.
Potenzialità
Le mappe del pericolo forniscono una prima panoramica delle aree che possono essere interessate dalla
propagazione dei crolli in roccia e costituiscono un
utile strumento per individuare settori in cui valutare
l’opportunità di realizzare interventi di mitigazione del
rischio.
Limiti
Il metodo è applicabile esclusivamente a scala regionale (<1:25.000). La modellazione è valida solo per
crolli che coinvolgono materiale con cubatura inferiore a 104 m3. A scala di dettaglio il metodo non può
sostituirsi ai rilievi di terreno ed alle simulazioni
numeriche bidimensionali o tridimensionali.
Attività
• Acquisizione di tutti i dati e gli elementi necessari
per la definizione delle aree potenzialmente
soggette a fenomeni di crollo in roccia, quali dati
geologici di base, fotografie aeree, inventari e cartografie dei movimenti franosi;
• creazione e interpolazione del Modello Digitale del
Terreno dell’area da indagare;
• definizione di ulteriori zone di potenziale innesco
dei crolli, ove la pendenza dei versanti superi i 45°;
• definizione dei dati relativi all’orientazione
spaziale delle pareti in roccia;
99
identify the maximum run-out zones of potential rock
falls in the future. The maps also detail the potential
detachment zones.
•
•
•
•
Anrisszonen, wo das Gefälle der Hänge mehr als
45° ist;
Daten bezüglich der räumlichen Orientierung von
den Steinwänden;
Auswahl und Verarbeitung der Gebiete, wo sowohl
den Neigungswinkel als auch den Schattenwinkel
verwendet werden;
Verarbeitung der Daten in ESRI ArcGis© durch
Spatial Analyst (Viewshed e Raster Calculator);
Überprüfung und Bewertung der Resultate durch
Felderhebungen und Simulationsprogramme.
Erwartete Ergebnisse
Karten der Gefahren auf regionalem Maßstab. Die
Zonen der Gefahren von Ausbreitung bestimmen die
Gebiete
mit
maximaler
Ausbreitung
von
Sturzprozessen, welche in der Zukunft sich ereignen
können.
Geologen, Geomorphologen und geotechnische
Ingenieure.
100
ROCK FALLS
• selezione e rielaborazione delle aree nelle quali
devono essere utilizzati l’angolo di inclinazione del
versante e l’angolo di attrito equivalente;
• elaborazione dei dati mediante il software ESRI
ArcGis© e l’estensione Spatial Analyst (Viewshed
e Raster Calculator);
• verifica e validazione dei risultati mediante rilievi di
terreno e programmi di simulazione.
Prodotti attesi
Mappe del pericolo a scala regionale. Le aree di pericolo da propagazione identificano le zone di massima espansione di crolli che si possono verificare in
futuro. Nella carta sono definite anche le zone di distacco potenziale.
Geologi, geomorfologi, ingegneri geotecnici.
Rock fall danger maps in Bavaria
§ 3.2.2.A/1
3,2.2.A/1 LAND BAYERN
§ 3.2.2.A/1 LAND BAYERN
Germany - Bavaria
Bad Reichenhall - Schneizlreuth
Saalach valley
Figure 3.2.2.A/1.1 Position of the test area.
Figur 3.2.2.A/1.1 Lage der Untersuchungszone.
Figura 3.2.2.A/1.1 Ubicazione dell’area campione.
Figure 3.2.2.A/1.2 Cut-out of the test area.
Figur 3.2.2.A/1.2 Ausschnitt der Untersuchungszone.
Figura 3.2.2.A/1.2 Particolare dell’area campione.
ROCK FALLS
101
§ 3,2.2.A/1
3.2.2.A/1 LAND BAYERN
Although problems with landslides can be found
almost all over Bavaria, the relatively small Bavarian
part of the Alps still requires special attention. It is not
only the high relief producing more impressive mass
movements but it is mostly the special political interest in this region. The Bavarian Alps are the most
important tourist region and consequently have a
high economical impact and also one of the highest
price levels on the property market within Germany.
Furthermore, they present a unique ecological reservoir that needs special protection. The test area for a
method to create danger maps on a regional scale is
located in the eastern part of the Bavarian alps.
Besides the mentioned reasons this area has been
selected because of the different types of rock falls
occurring in this region. The landscape is characterised by different morphological forms. Steep cliffs
and flat narrow valleys can be found as well as moderate slopes with wide valleys. These different morphological forms are ideal for testing a modelling
method. It also represents an area where rock-falls
occur and where data already are available. In the
Georisk Information System of the Bavarian
Geological Survey for the main part of the test area
spatial data like maps of activity and a landslide
inventory already exist. So it was easy to evaluate the
potential detachment zones for rock falls. The Digital
Elevation Model was interpolated from the digital elevation lines (elevation distant 10 m).
Obwohl man Schwierigkeiten antreffen kann, welche
auf Massenbewegungen in fast ganz Bayern zurückzuführen sind, ist dem kleinen Gebiet der Bayerischen
Alpen ein besonderes Augenmerk zu schenken. Dies
nicht nur weil die hervorgehobene Geländeform eine
höhere Anzahl an größeren Massenbewegungen hervorruft, sondern vor allem wegen des bestehenden
politischen Interesses im Bezug auf diese Region. Die
Bayerischen Alpen bilden in der Tat die wichtigste touristische Attraktion der Region und demzufolge haben
sie eine bedeutende ökonomische Auswirkung und
einen Immobilienmarkt, der durch die höchsten Preise
Deutschlands gekennzeichnet ist. Des weiteren erfordert die Einzigartigkeit dieses ökologischen Reservats
in jener Zone spezielle Sicherheitsvorkehrungen. Das
Testgebiet für die Anwendung der Methode für die
Erstellung von Karten der Gefahrenzonen durch
Sturzprozesse auf regionalem Maßstab befindet sich
im östlichen Bereich der Bayerischen Alpen.
Abgesehen von der oben geschilderten Region ist dieses
Gebiet wegen der unterschiedlichen Sturzarten, welche
in dieser Region stattfinden, ausgesucht worden. Die
Umgebung ist durch unterschiedliche morphologische
Formen gekennzeichnet: abschüssige Stellen und enge
niedere Täler neben moderaten Hängen und weiten
Tälern; diese unterschiedlichen Geländeformen erwiesen
sich als ideal, um eine numerische Simulationsmethode
zu testen. In jenem Gebiet erfolgen zudem Sturzprozesse
und viele Daten liegen bereits schon vor. Im Georisk
Information System des Bayerischen Geologischen
Dienstes sind von den größten Abschnitten des
Untersuchungsgebietes bereits räumliche Daten, wie
Karten der Aktivitäten und Massenbewegungsinventar
vorhanden, und demzufolge ist es möglich gewesen, die
potenziellen Zonen von Abbrüchen der Sturzprozesse
(Berg- bzw. Felsstürze) leicht abzuschätzen.
Das digitale Geländemodell ist, von den Höhenlinien
der vektoriellen topographischen Karte ausgehend,
die durch 10 m Equidistanz gekennzeichnet ist, interpoliert worden.
Sebbene in quasi tutta la Baviera si possano riscontrare problematiche derivanti dalla presenza di frane,
la zona pur relativamente esigua delle Alpi bavaresi
richiede un’attenzione particolare, non solo perché il
rilievo pronunciato è causa di un elevato numero di
movimenti franosi importanti, ma soprattutto per l’interesse politico-economico nei confronti della regione. Le Alpi bavaresi costituiscono infatti la più importante attrazione turistica della regione, di conseguenza hanno un forte impatto economico ed un mercato
immobiliare caratterizzato dai prezzi più elevati dell’intera Germania. Inoltre, l’unicità della riserva ecologica presente in tale zona necessita di speciali misure protettive. L’area campione scelta per l’applicazione del metodo di realizzazione di mappe del pericolo
da propagazione su scala regionale è situata nella
zona orientale delle Alpi bavaresi.
Al di là delle ragioni precedentemente esposte, è
stata selezionata quest’area per le differenti tipologie
di crolli in roccia che si verificano nella regione. Il
paesaggio è caratterizzato da differenti forme morfologiche: dirupi scoscesi e valli strette ed incise convivono con pendii dolci e valli ampie; questa varietà di
forme morfologiche è ideale per collaudare un metodo di simulazione di tipo numerico. In tale area, inoltre, sono già disponibili molti dati sui crolli in roccia.
Nel Georisk Information System del Servizio
Geologico Bavarese, per la maggior parte dell’area
presa in esame sono presenti informazioni spaziali,
quali mappe del grado di attività, e un inventario delle
frane; è stato pertanto possibile stimare con facilità le
potenziali zone di distacco dei crolli in roccia.
Il Modello Digitale del Terreno è stato interpolato a
partire dalle curve di livello della base topografica
vettoriale, caratterizzate da un’equidistanza di
10 m.
102
ROCK FALLS
§ 3,2.2.A/1
3.2.2.A/1 LAND BAYERN
Figure 3.2.2.A/1.3 Data from the Georisk Information System.
Figur 3.2.2.A/1.3 Daten aus dem Georisk Information System.
Figura 3.2.2.A/1.3 Dati estratti dal Georisk Information System.
Figure 3.2.2.A/1.4 Potential detachment zones (starting points)
of rock falls.
Figur 3.2.2.A/1.4 Potenzielle Abbruchbereiche (Auslösungspunkte)
von Sturzprozessen.
Figura 3.2.2.A/1.4 Zone di distacco potenziale (punti d’innesco)
dei crolli in roccia.
ROCK FALLS
103
3.2.2.A/1.2 Aktivitäten
To develop a method for the creation of danger maps
in a regional scale the activities had to be divided in
two parts. The first part is the development of the
computer based method and the execution of the
method in a test area. The second one is the verification of the results with other methods.
Um eine Methode zur Realisierung der Karten der
Gefahrenzonen durch Sturzprozesse auf regionalem
Maßstab zu entwickeln, sind die Tätigkeiten in zwei
Teile aufgeteilt worden: Der erste Teil befasst sich mit
der Entwicklung der Methode auf informatischer
Basis und der Anwendung der Methode im
Untersuchungsgebiet, der zweite Teil besteht in der
Verifizierung der Ergebnisse mit anderen Methoden.
Per la definizione del metodo di realizzazione di
mappe del pericolo da propagazione su scala regionale, le attività sono state suddivise in due fasi. La
prima parte ha riguardato lo sviluppo del metodo su
base informatica e la messa in atto del metodo nell’area campione; la seconda fase è consistita nella verifica dei risultati tramite l’applicazione di altri metodi.
Development of the method
• Investigation of the theoretical background of the
global angle method and commitment of a coherence between the so called geometrical slope
angle and the shadow angle: the coherence
describes whether to use the geometrical slope
angle or the shadow angle to identify the rock fall
assessment area.
• The development of the programme steps which
have to be carried out with ArcGis 8.x© to make
the modelling of the danger maps. For the modelling the extensions 3-D Analyst and the Spatial
Analyst had to be used picking 5 test areas in different morphological and geological situations and
development of 5 digital elevation models in a
local scale (resolution 10 m).
• The programme was tested in these 5 test areas
(local scale) to verify the global angles and to fix
the programme procedure.
• The results of the modelling have been verified in
field works. The maximum run-out zones have
been mapped by “silent witnesses”. In the whole
potential detachment area and in the accumulation zone engineering geological and morphological mapping was made. The potential detachment
zones are similar to the active areas in the
GEORISK Information System and the slope
areas steeper 45° detected in the Digital Elevation
Model. The procedure of finding the potential
detachment zones of the rock falls and converting
104
Entwicklung der Methode
• Untersuchung im Bezug auf die theoretische
Grundlage der empirischen Methoden und
Definition der Diskriminante zwischen dem
Hangneigungswinkel und dem Schattenwinkel: die
Diskriminante weist darauf hin, ob man den
Hangneigungswinkel oder den Schattenwinkel verwenden soll, um das Abbruchgebiet abzuschätzen.
• Entwicklung der unterschiedlichen Phasen, die mit
ArcGis 8.x© durchgeführt werden müssen, um die
Karten der Gefahrenzonen durch Sturzprozesse
zu modellieren. Es wurden die Erweiterungen 3-D
Analyst und Spatial Analyst verwendet, in 5
Testgebieten mit unterschiedlichen morphologischen und geologischen Voraussetzungen.
Entwicklung von 5 digitalen Modellen auf lokalem
Maßstab (Auflösung 10 m).
• Das Programm wurde in diesen 5 Testzonen (in
lokalem Maßstab) verifiziert, um die Schattenwinkel
und die Ausarbeitungsmaßnahmen zu überprüfen.
• Die Ergebnisse der Modellierung wurden an Hand
von Geländeaufnahmen überprüft. Die Zonen mit
maximaler Ausbreitung sind durch stumme Zeugen
aufgenommen worden. Im gesamten potenziell
abbruchgefährdeten
Gebiet
und
in
der
Ablagerungszone sind geologisch-geotechniche und
morphologische Karten erstellt worden. Die potentiell
abbruchgefährdeten Gebiete sind mit den Gebieten
vergleichbar, die im GEORISK Information System
ROCK FALLS
Sviluppo del metodo
• In primo luogo è stata condotta un’indagine relativa alle basi teoriche dei metodi empirici e si è proceduto alla definizione della discriminante tra l’angolo di inclinazione del versante e l’angolo di attrito equivalente: la discriminante indica se utilizzare
l’angolo di inclinazione del versante o l’angolo di
attrito equivalente per stimare l’area soggetta a
crollo.
• Sono state sviluppate, con l’impiego del software
ESRI ArcGis 8.x©, le varie fasi del programma per
la modellazione delle mappe del pericolo da
propagazione. Tramite l’utilizzo delle estensioni 3-D
Analyst e Spatial Analyst, sono state selezionate 5
aree campione in contesti morfologici e geologici
differenti e sono stati generati 5 modelli digitali in
prospetto, su scala locale (risoluzione 10 m).
• Il programma è stato verificato in queste 5 aree
campione (a scala locale), per verificare gli angoli
di attrito equivalente e per definire le procedure di
elaborazione.
• I risultati della modellazione sono stati controllati
mediante rilievi in campo. Le zone di massima
propagazione sono state cartografate da testimoni
silenziosi. Per le aree di potenziale distacco e per
le zone di accumulo sono state prodotte mappe
geologico-tecniche e morfologiche. Le zone di
potenziale distacco sono confrontabili con le aree
definite attive nel GEORISK Information System e
them into start points of rock falls has been fixed.
• The procedure of finding the potential accumulation zones or danger areas by using the 7 extension of ESRI ArcGis© has been fixed.
• The whole method has been tested on a regional
scale. As test area the region between Bad
Reichenhall and Schneizlreuth was choosen. The
digital elevation model was interpolated from the
elevation lines of the topographic map (equidistance 20 m).
Verification of the results
After the development works the whole method was
carried out by external experts in the test area to control its feasibility. Additionally, in the whole test area a
rock fall simulation has been carried out with a 3-D
trajectory model to compare the results and to find
mistakes and limits. As a result of previous works in
2/3 of the test area a detailed landslide inventory was
already existing. With the help of these data the
results of the modelling have been be verified.
Additional to this, works have been carried out to
evaluate the danger areas with reference to the probability and intensity of the potential rock falls. The
evaluation is adapted to the morphological and geological situation in the Bavarian alps and matched to
the already existing data for this region.
als aktiv definiert wurden, und mit den Hängen, die
eine Neigung größer als 45° aufweisen, welche
durch das digitale Geländemodell ermittelt wurden.
Zudem wurde die Vorgangsweise zur Lokalisierung
der potenziellen Abbruchstellen von Sturzprozessen
festgelegt und um sie in Ablösestellen der
Sturzprozesse von zu konvertieren.
• Die Vorgangsweise für die Lokalisierung der potenziellen Ablagerungsräume oder Gefahrenzonen
durch Sturzprozesse ist an Hand der Anwendung
der Erweiterung Spatial Analyst von ESRI ArcGis©
durchgeführt worden.
• Die gesamte Methode wurde auf regionalem Maßstab
erprobt. Als Testgebiet wurde das Gebiet zwischen
Bad Reichenhall und Schneizlreuth ausgewählt. In
diesem Fall wurde das digitale Geländemodell aus
den Höhenlinien der topographischen vektoriellen
Karte (Equidistanz 20 m) interpoliert.
Überprüfung der Daten
Nach den Entwicklungsphasen wurde die gesamte
Methode von externen Experten im Testgebiet durchgeführt um die Anwendbarkeit zu überprüfen. Noch
dazu wurde im gesamten Testgebiet eine
Steinschlagsimulation
mit
einem
3-D
Ausbreitungsmodell
durchgeführt,
um
die
Ergebnisse zu vergleichen und schließlich Fehler
und Grenzen aufzufinden. Als Ergebnis von vorhergehenden Untersuchungen existierte schon von 2/3
des
Testgebietes
ein
detailliertes
Massenbewegungsinventar. An Hand von diesen
Daten sind die Ergebnisse der Modellierungen überprüft worden.
Es wurden zudem Arbeiten durchgeführt, um die
Gefahrenzonen hinsichtlich der Wahrscheinlichkeit
und der Intensität der potentiellen Sturzprozesse
abzuschätzen. Die Abschätzung ist der morphologischen und geologischen Situation der Bayerischen
Alpen angepasst und wird verglichen mit den bereits
bestehenden Daten bezüglich dieser Region.
ROCK FALLS
con i versanti ad inclinazione superiore a 45° ricavati dal Modello Digitale del Terreno. È stata inoltre
definita la procedura per localizzare le zone di
potenziale distacco dei crolli in roccia e per convertirle in punti d’innesco dei crolli.
• La procedura per la localizzazione delle potenziali
zone di accumulo o aree di pericolo da
propagazione è stata definita utilizzando l’estensione Spatial Analyst di ESRI ArcGis© .
• L’intero metodo è stato testato su scala regionale.
Come area campione è stata scelta la regione
compresa tra Bad Reichenhall and Schneizlreuth.
In questo caso il Modello Digitale del Terreno è
stato interpolato dalle curve di livello della base
topografica vettoriale con equidistanza 20 m.
Verifica dei risultati
Successivamente alle fasi di sviluppo, l’intero metodo
è stato testato da esperti esterni nell’area campione,
in modo da controllarne l’applicabilità. Inoltre, in tutta
l’area campione è stata eseguita una simulazione di
crollo con un modello di propagazione 3-D, in modo
da poter confrontare i risultati e scoprire eventuali
errori e limiti. Per 2/3 dell’area campione esisteva già
un inventario dettagliato delle frane, come prodotto di
precedenti lavori, che ha consentito di verificare ulteriormente i risultati della modellazione.
Sono stati inoltre eseguiti lavori tesi a valutare le aree
di pericolo in relazione alla probabilità e all’intensità
dei potenziali crolli in roccia. Tale valutazione è stata
adattata alla situazione morfologica e geologica delle
Alpi bavaresi e confrontata con i dati già esistenti
relativi a questa regione.
105
Figure 3.2.2.A/1.5 Theoretical background when to use the shadow angle (27°) and the geometrical
slope angle (30°).
Figur 3.2.2.A/1.5 Theoretischer Hintergrund, der aufzeigt, wann der Schattenwinkel (27°) und wann
der Hangneigungswinkel (30°) anzuwenden ist.
Figura 3.2.2.A/1.5 Basi teoriche che illustrano quando usare l’angolo di attrito equivalente (27°) e
quando l’angolo di inclinazione del pendio (30°).
Figure 3.2.2.A/1.6 Example of a small test area in a local scale
with the modelling danger area (red zone).
Figur 3.2.2.A/1.6 Beispiel einer kleinen Testfläche (lokaler Maßstab),
in rot hervorgehoben die Karten der Gefahrenzonen durch Sturzprozesse,
von der Modellierung abgeleitet.
Figura 3.2.2.A/1.6 Esempio di una piccola area campione (scala locale); in rosso
evidenziata l’area di pericolo da propagazione dedotta dalla modellazione.
106
Figure 3.2.2.A/1.7 First
concept of a matrix evaluating intensity (x-axis) and
probability (y-axis).
Figur Prototyp der Matrix
zur Abschätzung der
Intensität (x-Achse) und
Wahrscheinlichkeit (yAchse).
Figura 3.2.2.A/1.7 Prototipo
di matrice per la stima dell’intensità (asse x) e della
probabilità (asse y).
ROCK FALLS
3.2.2.A/1.3 Results
One essential precondition for the development of
Danger Maps concerning mass movements is the
knowledge of the susceptible zones and for rock falls
especially the location of the starting zones. Only
with this information statements can be made about
the size of the areas affected by a potential event.
The introduced regional scale method has been
developed to attain the maximum run-out zones of
rock falls. The method is executed with the ESRI
ArcGis© 8.2 and the extension Spatial Analyst.
The analyses of Evans & Hungr (1993) and Meißl
(1998) are carried out to acquire the maximum runout zone by using the shadow angle and the so called
geometrical slope angle. As a result of previous
works (GEORISK), most of the detachment areas
(starting zones) of rock falls in the Bavarian alps are
already known. Based on the digital elevation model
(Digital Elevation Model raster resolution ≤ 10m)
additional potential starting zones (e.g. slope angle ≥
45°) can be defined using the Slope Function (Spatial
Analyst).
A key function in acquiring the run-out zones of rock
falls is the Viewshed Function (Spatial Analyst). The
Viewshed Function identifies the locations (cells) on
a surface (Digital Elevation Model input raster) that
can be seen from one or more observation points.
The starting points of the potential rock falls are
declared to be the observation points of the
Viewshed Function. Using the items VERT1 and
VERT2 in the attribute table, the vertical angle of the
view can be limited according to the analyses of
Evans & Hungr (1993) and Meißl (1993). The horizontal view angle (lateral spread from the fall line)
can be limited with the items AZIMUTH1 and
AZIMUTH2. To process the slope exposition based
on the Digital Elevation Model the Aspect Function
can be used. The evaluation of the control attributes
Eine der Grundvoraussetzungen für die Erstellung
der Karten der Gefahrenzonen durch Sturzprozesse
im Bezug auf Massenbewegungen ist die Kenntnis
der empfindlichen Zonen und speziell für
Sturzprozesse die Lage der Auslösungszone. Nur mit
solch einer Art von Information ist es möglich,
Aussagen über die Ausdehnung der Zonen, die von
potentiellen Ereignissen betroffen werden könnten,
zu formulieren.
Die vorgestellte Methode (in regionalem Maßstab) ist
entwickelt worden, um die Zone der maximalen
Ausdehnung von Steinschlagereignissen festzulegen. Die Methode wurde mit ArcGis© 8.2 und mit der
Erweiterung Spatial Analyst durchgeführt.
Um das Gebiet mit maximaler Ausdehung zu ermitteln, sind Analysen nach Evans & Hungr (1993) und
Meißl (1998) durchgeführt worden, mit der
Verwendung vom Schattenwinkel und dem
Hangneigungswinkel. Als Ergebnis der vorhergehenden Untersuchungen (GEORISK) sind die meisten
Abbruchbereiche
(Ablösungsstellen)
der
Steinschlagereignisse in den Bayerischen Alpen
bekannt. Im Bezug auf das digitale Geländemodell
(Rasterauflösung ≤ 10m) können weitere potentielle
Ablösungszonen durch die Slope Funktion des
Spatial Analyst (zum Beispiel für Hangwinkelwerte ≥
45°) bestimmt werden.
Eine Schlüsselfunktion in der Erhaltung der
Auslaufbereiche der Sturzprozesse ist die Viewshed
Function (Spatial Analyst), welche jenen
Oberflächenteil identifiziert (in Zellen des digitalen
Geländemodells ausgedrückt), das von mehreren
Standpunkten aus betrachtet werden kann. Die
Ablösungsstellen von potentiellen Sturzprozessen
sind als Beobachtungspunkte der Viewshed Function
gekennzeichnet.
Unter der Verwendung der Felder VER1 und VER2
Uno dei presupposti essenziali per lo sviluppo di
mappe del pericolo da propagazione è la conoscenza delle zone predisposte all’innesco di movimenti
franosi; in particolare per i crolli è necessario conoscere la precisa ubicazione delle zone di innesco.
Solo con questo tipo di informazioni è possibile fare
previsioni relative alle dimensioni delle aree che
potrebbero essere potenzialmente interessate dell’evoluzione di fenomeni franosi.
Il metodo presentato (a scala regionale) è stato sviluppato con la finalità di determinare le zone di massima propagazione dei crolli in roccia ed è stato
implementato utilizzando il software ESRI ArcGis©
8.2 e l’estensione Spatial Analyst.
Per determinare la zona di massima propagazione
sono state eseguite analisi secondo Evans & Hungr
(1993) e Meißl (1998), utilizzando l’angolo di attrito
equivalente e l’angolo di inclinazione del versante.
Quale risultato di precedenti lavori (GEORISK), è già
nota la maggior parte delle aree di distacco (zone di
innesco) dei crolli in roccia nelle Alpi bavaresi.
Facendo riferimento al Modello Digitale del Terreno
(maglia ≤ 10m), si possono definire ulteriori zone di
potenziale innesco, utilizzando la Slope Function di
Spatial Analyst (ad esempio per valori dell’angolo del
pendio ≥ 45°).
Una funzione chiave per l’acquisizione delle zone di
propagazione dei crolli in roccia è la Viewshed
Function (Spatial Analyst), che identifica la porzione
di superficie (in termini di celle del Modello Digitale
del Terreno), che può essere vista da uno o più punti
d’osservazione. I punti di innesco di potenziali crolli in
roccia sono designati come punti d’osservazione
della Viewshed Function.
Utilizzando i campi VERT1 e VERT2 nella tavola
degli attributi, l’angolo verticale della vista può essere ridotto in conformità con le analisi di Evans &
ROCK FALLS
107
can be carried out semi-automatically using further
tools like the Reclassify Function and the Raster
Calculator.
108
der attribute table, kann der vertikale Winkel der Sicht
reduziert werden in Übereinstimmung mit den
Analysen von Evans & Hungr (1993) und Meißl
(1993). Der horizontale Winkel der Sicht (laterale
Ausdehnung im Bezug zur Falllinie), kann durch AZIMUTH1 und AZIMUTH2 reduziert werden. Um die
Daten bezüglich der Hangexponierung, welche durch
das digitale Geländemodell erhalten werden, auszuarbeiten, kann die Aspect Function verwendet werden. Die Abschätzung der Kontrollattribute kann auf
semiautomatische Weise durchgeführt werden, unter
der Verwendung von weiteren Funktionen, wie die
Reclassify Function und den Raster Calculator.
ROCK FALLS
Hungr (1993) and Meißl (1993). L’angolo orizzontale
della vista (espansione laterale rispetto alla linea di
crollo) può essere ridotto con i campi AZIMUTH1 e
AZIMUTH2. Per elaborare i dati relativi all’esposizione del versante ricavata dal Modello Digitale del
Terreno può essere utilizzata la Aspect Function. La
stima degli attributi di controllo può essere condotta
in modo semiautomatico utilizzando ulteriori strumenti, quali il Reclassify Function e il Raster
Calculator.
Figure 3.2.2.A/1.8 Cut-out of the test area. The modelling has been carried out with the shadow angle.
The red points are the potential starting points for rock falls, the red area is the potential danger area.
Figur 3.2.2.A/1.8 Ausschnitt des Testgebietes. Die Modellierung wurde durch den Schattenwinkel durchgeführt.
Die roten Punkte sind potentielle Ablösungsstellen der Sturzprozesse, die rote Zone die potenzielle Gefahrenzonen durch Sturzprozesse.
Figura 3.2.2.A/1.8 Particolare dell’area campione. La modellazione è stata condotta con l’angolo di attrito equivalente.
I punti rossi sono i punti di innesco potenziale dei crolli in roccia, l’area rossa la potenziale area di pericolo da propagazione.
ROCK FALLS
109
Figure 3.2.2.A/1.9 Empiric modelling in the test area Bad Reichenhall. The red areas are the danger areas. With reference to the theoretical background in Figure
3.2.2.A/1.5, the modelling have been carried out with the shadow angle and the geometrical slope angle.
Figur 3.2.2.A/1.9 Empirische Modellierung des Testgebietes Bad Reichenhall. Die roten Zonen sind die Gefahrenzonen durch Sturzprozesse. Im Bezug auf die theoretische
Grundlage, die in Abbildung 3.2.2.A/1.5 dargestellt wird, die Modellierung wurde mit dem Schattenwinkel und dem Hangneigungswinkel durchgeführt.
Figura 3.2.2.A/1.9 Modellazione empirica nell’area campione del Bad Reichenhall. Le aree rosse sono le aree di pericolo da propagazione. Con riferimento alle basi teoriche esposte in Figura 3.2.2.A/1.5, la modellazione è stata condotta con l’angolo di attrito equivalente e l’angolo d’inclinazione del versante.
110
ROCK FALLS
As the detachment areas already have been detected by earlier works (GEORISK-system), the potential
run-out zone can be calculated with ESRI ArcGis©.
This is done by intersection of the Digital Elevation
Model with the different possible angles of reach
which have to be chosen carefully according to the
cliff geometry. The resulting surfaces in the danger
map already include the most crucial factor for a hazard map; the factors probability and intensity will be
added separately.
The danger maps and the hazard maps should be
used for regional planning. It is obvious that it cannot
replace detailed local investigations.
The accuracy of the acquired attributes of the observation points (starting points of rock falls) and the
area of visibility (danger area) is strongly depending
on the precision of the Digital Elevation Model. For
this reason, the interpolation of the Digital Elevation
Model has to be carried out with special care and the
raster resolution has to be as high as possible.
The verification of the method in the field and with
other programmes showed that the calculation of the
danger areas is a worst case analysis and gives a
first overview were detailed investigations are necessary.
Da die Abbruchbereiche schon zu einem vorherigen
Zeitpunkt bestimmt wurden (GEORISK System),
kann der potentielle Auslaufbereich mit ESRI ArcGis©
errechnet werden. Dies erreicht man mit der Überschneidung zwischen dem digitalen Geländemodell
und den unterschiedlichen Winkeln der Trajektorien,
die
sorgfältig
übereinstimmend
mit
der
Hanggeometrie ausgewählt werden müssen. Die
resultierende Oberflächen in der Karte der
Gefahrenzonen durch Sturzprozesse beinhalten die
fundamentalen
Faktoren
für
eine
Gefahrenzonenkarte;
die
Intesitätund
Wahrscheinlichkeits-Faktoren können eigens dazugenommen werden.
Die Karte der Gefahrenzonen durch Sturzprozesse
und die Gefahrenzonenkarte sollten für die regionale
Raumplanung herangezogen werden. Es ist offensichtlich, dass sie die Detailaufnahmen in lokalem
Maßstab nicht ersetzen können.
Die Präzision der erhaltenen Attribute für die
Beobachtungspunkte
(Ablösestellen
der
Sturzprozesse) und für die Beobachtungsgebiete
(Gefahrenzone durch Sturzprozesse) hängt strickt
mit der Genauigkeit des Geländemodells zusammen.
Aus diesem Grund muss die Interpolierung des
Geländemodells mit extremer Sorgfalt durchgeführt
werden und die Auflösung des Rasters so hoch wie
nur möglich sein.
Die Überprüfung der Methode im Gelände und mit
der Zuhilfenahme von anderen Programmen hat
gezeigt, dass es sich bei der Berechnung der
Gefahrenzonen um eine konservative Analyse handelt, welche einen ersten Überblick über die Gebiete
gibt, in denen genauere Untersuchungen durchzuführen sind.
Avendo a disposizione l’ubicazione delle zone di distacco, precedentemnente rilevate (GEORISK
System), con il software ESRI ArcGis© è possibile
calcolare la zona di potenziale propagazione. Tale
risultato si ottiene incrociando il Modello Digitale del
Terreno con i differenti angoli di traiettoria possibili,
che devono essere accuratamente selezionati in conformità con la geometria del pendio. Le superfici risultanti nella mappa del pericolo da propagazione includono già gli elementi fondamentali per una mappa di
pericolosità; i fattori intensità e probabilità possono
essere aggiunti separatamente.
Le mappe del pericolo da propagazione e le mappe
di pericolosità dovrebbero essere utilizzate per la pianificazione regionale. È chiaro che non possono
sostituire indagini di dettaglio a scala locale.
La precisione degli attributi ricavati per i punti d’osservazione (punti d’innesco dei crolli in roccia) e per
l’area di visibilità (area di pericolo da propagazione)
dipende strettamente dalla precisione del Modello
Digitale del Terreno. Per questa ragione, l’interpolazione del Modello Digitale del Terreno deve essere
eseguita con particolare attenzione e la risoluzione
della maglia deve essere quanto più alta possibile.
La verifica del metodo, sia sul campo sia con l’ausilio
di altri programmi, ha dimostrato che la definizione
delle aree di pericolo è piuttosto conservativa, ad
offrire una prima panoramica sulle aree in cui sono
necessarie indagini di maggiore dettaglio.
ROCK FALLS
111
3.2.3. Comparision with previous experiences
3.2.3. Vergleich mit vorherigen Erfahrungen
3.2.3. Confronto con esperienze precedenti
3.2.3/1 Falaises Project
3.2.3/1 Projekt Falaises
3.2.3/1 Progetto Falaises
The Interreg IIC Programme Falaises entitled
Preventing rock face instabilty. A comparison
between methods of studying rock falls in the Alps
(http://www.crealp.ch/fr/contenu/ireg/titre.asp)
developed and compared methods for identifying
and outlining risk areas and hazards of rock falls.
Below is a summary of the methodological
approaches applied in this project, grouped into two
categories:
• global methods, which provide a qualitative evaluation of failure probability of rock mass and enable
hazard and risk assessments of large areas (up to
several km2) to be carried out: (1) LPC, (2) MATTEROCK, (3) RHAP and (4) RES;
• specific methods, which use detailed approaches
and focus on characterising slope instability, with
the aim of determining the probability of rock face
failore: (5) HGP and (6) a probabilistic method.
Lastly we look at the STONE method (7) which analyses, on both local and regional levels, rock fall triggers and the behaviour of falling boulders in 3D.
Table 3.2.3.A/1.1 sets out the properties and Limits of
the aforementioned methods.
In der Umgebung des Programms Interreg IIC Falaises
mit dem Titel Vorbeugungen von Instabilität an
Felswänden. Vergleich der Untersuchungsmethoden für
Steinschlag im Alpenbogen (http://www.crealp.ch/fr/contenu/ireg/titre.asp) wurden Methoden entwickelt und verglichen, die zur Einschätzung und Eingrenzung von
Gefährlichkeit und Risiken von Steinschlag dienen. Es
folgt eine zusammenfassende Beschreibung der
Methoden, die für dieses Projekt verwendet wurden und
die sich in zwei Kategorien einordnen lassen:
• globale Methoden, die eine qualitative
Einschätzung der Wahrscheinlichkeit von Brüchen
der Felsmasse liefern und die Einschätzung von
Gefährlichkeit und Risiko auf großen Flächen (bis
zu einigen Quadratkilometern) ermöglichen: (1)
LPC, (2) MATTEROCK, (3) RHAP und (4) RES
• besondere Methoden, die sich über Detailzugänge
vor allem auf die Einschätzung von Instabilität konzentrieren und dabei darauf abzielen, die
Wahrscheinlichkeit von Brüchen der Felswand zu bestimmen: (5) HGP und (6) Wahrscheinlichkeitsmethode
Es wird schließlich das Programm zur Berechnung
STONE (7) beschrieben, das auf lokaler wie auf regionaler Ebene die Auslösung von Steinschlag und das
Verhalten von Massen dreidimensional analysiert.
In der Tabelle 3.2.3.A/1.1 sind die Eigenschaften und
Grenzen der genannten Methoden skizziert.
Nell’ambito del Programma Interreg IIC Falaises dal
titolo Prevenzione dei fenomeni di instabilità delle
pareti rocciose. Confronto dei metodi di studio dei
crolli nell’arco alpino (http://www.crealp.ch/fr/contenu/ireg/titre.asp) sono stati sviluppati e comparati
metodi per l’individuazione e la perimetrazione della
pericolosità e del rischio da crolli in roccia. Verranno
di seguito illustrati sinteticamente gli approcci metodologici applicati in tale Progetto, raggruppati in due
categorie:
• metodi globali, che forniscono una valutazione
qualitativa della probabilità di rottura dell’ammasso roccioso e permettono la valutazione della pericolosità e del rischio su superfici ampie (sino ad
alcuni km2): (1) LPC, (2) MATTEROCK, (3) RHAP
e (4) RES;
• metodi specifici, che attraverso approcci di dettaglio si concentrano prevalentemente sulla caratterizzazione delle instabilità, mirando a determinare la probabilità di rottura della parete di roccia: (5) HGP e (6) metodo probabilistico.
Verrà infine illustrato il programma di calcolo STONE
(7) che analizza a scala sia locale sia regionale l’innesco dei crolli e il comportamento della caduta
massi in 3D.
In Tabella 3.2.3.A/1.1 sono schematizzati proprietà e
limiti dei metodi citati.
(1) LPC-Methode - Laboratoire des Ponts et
Chaussées, CETE (Centre d’Etudes Techniques
de l’Equipement)
(1) Metodologia LPC – Laboratoire des Ponts et
de l’Equipement)
Ziel
Die Methode basiert auf der Identifikation von lokaler oder
Finalità
Il metodo si basa sull’identificazione delle instabilità
(1) LPC Methodology – Laboratoire des Ponts et
de l’Equipement)
Aims
This method is based on identifying localised or widespread instability, and looks for potential failure
mechanisms. It uses trajectories lines to assess the
hazard levels of areas subject to rock fall.
112
ROCK FALLS
Potential
It localises and characterises instability, enables
rock fall areas to be calculated and defines the
action to implement in terms of prevention/forecast.
Limits
It is mainly used in specific or linear studies, and not
for cartographic-type studies, unlike the other methods.
Results
Definition of failure probability using a non-quantified
procedure. Information on boulder fall trajectories,
speed and height.
(2) MATTEROCK
al.,1998)
Methodology
(Rouiller
et
Aims
This method calculates the probability of rock face
failure based on a detailed stability analysis using
geomechanical parameters and considering external
influences. Trajectories are used to establish the
boundaries of the areas subject to rock falls in relation to the speed of the boulders.
Potential
It allows for a rapid identification of potential rock fall
areas and is suitable for large volumes of rock.
Limits
It calls for a detailed knowledge of the rock mass,
therefore a detailed study of the area being investigated. Costly.
Results
A hazard map deriving from the overlay of data from
direct observation of unstable mass with the information obtained from the trajectories.
verbreiteter Instabilität und sucht nach Mechanismen von
potenziellen Brüchen. Mit der Verwendung der
Fallbahnbeschreibungen wird die Gefährlichkeit der vom
Steinschlag betroffenen Gebiete eingeschätzt.
localizzate o diffuse ricercando i meccanismi di rottura
potenziali. Con l’utilizzo di traiettografie valuta la pericolosità delle aree interessate da fenomeni di crollo.
Potentialität
Die Methode ermöglicht eine Lokalisierung und
Charakterisierung der Instabilität, die Berechnung
der vom Herunterfallen der Massen betroffenen
Gebiete und die Bestimmung von Maßnahmen zur
Vorhersage und Verhütung.
Permette di localizzare e caratterizzare le instabilità,
calcolare le aree interessate dalla caduta massi e
definire i lavori da eseguire ai fini della prevenzione/previsione.
Grenzen
Die Methode ist vor allem für punktuelle oder lineare
Spezialuntersuchungen geeignet, nicht aber für kartografische Studien oder für andere Methoden.
Destinato prevalentemente a studi specifici, puntuali
o lineari e non a studi di tipo cartografico come per gli
altri metodi.
Ergebnisse
Definition der Wahrscheinlichkeit von Brüchen über
einen nicht quantifizierten Vorgang. Informationen
über die Fallbahnen, über die Geschwindigkeit und
über die Fallhöhe der Blöcke.
Definizione della probabilità di rottura attraverso un
procedimento non quantificato. Informazioni sulle
traiettorie di caduta, sulla velocità e sulle altezze di
volo dei blocchi.
(2) MATTEROCK-Methode (Rouiller et al., 1998)
Potenzialità
Limiti
Risultati
(2) Metodologia
al.,1998)
Ziel
Die Methode befasst sich mit der Wahrscheinlichkeit
von Brüchen der Felsmasse und basiert auf einer
Detailanalyse der Stabilität mit Verwendung der geomechanischen Parameter und unter Berücksichtigung
der externen Einflussfaktoren. Die Beschreibungen
der Fallbahnen werden verwendet, um die von den fallenden Blöcken betroffenen Gebieten in Abhängigkeit
der Energie der Blöcke zu umgrenzen.
Finalità
Potentialität
Die Methode erlaubt eine schnelle Identifikation der
von Steinschlag betroffenen Zonen. Sie ist für große
Volumenintervalle von Steinmassen geeignet.
Potenzialità
Grenzen
Es ist eine tief gehende Kenntnis der Felsmassen
Limiti
ROCK FALLS
MATTEROCK
(Rouiller
et
Il metodo qualifica la probabilità di rottura dell’ammasso roccioso basandosi su un’analisi dettagliata
della stabilità con l’utilizzo di parametri geomeccanici e considerando i fattori esterni d’influenza. Le
traiettografie sono utilizzate per delimitare il perimetro delle aree interessate dai crolli in relazione alle
energie dei blocchi.
Permette d’identificare rapidamente le zone potenziali di caduta di blocchi di roccia; è adatto per ampi
intervalli di volumi di ammassi rocciosi.
È necessaria una conoscenza approfondita dell’am113
vonnoten, und damit eine Detailstudie im entsprechenden Gebiet. Hohe Kosten.
masso roccioso, quindi uno studio di dettaglio del territorio indagato. Costi elevati.
Risultati
(3) RHAP Methodology - Rock Fall Hazard
Assessment Procedure (Regione Lombardia, 2000)
Ergebnisse
Karte der Gefährlichkeit, die sich aus dem Abgleich der
Daten der direkten Beobachtung der instabilen Blöcke
und der Informationen über die Fallbahnen ergibt.
Aims
RHAP is a field method aimed at evaluating and zoning hazards in areas at risk of rock falls. The method
provides a qualitative evaluation of failure probability.
Bemerkungen
Die Methode ist für Felswände aus metamorphischen
oder granitoiden Steinen besser geeignet als für
Kalkstein.
Potential
Rapid, low cost method. This is an objective method
which enables hazard levels in different areas to be
compared.
(3) RHAP-Methode - Rock fall Hazard Assessment
Procedure (Region Lombardei, 2000)
Notes
This method is suitable for metamorphic or granite
rock faces rather than calcareous rock.
Limits
Used for falls of individual boulders or for a maximum
volume of less than 1.000 m3. It is used to study contained, limited areas. Failure probability and propagation probability are assessed with a semi-quantitative
approach.
Results
The method provides a map of hazard zones in the
area being studied and therefore defines different
levels of hazard for the application of specific safety
measures.
(4) RES Methodology - Rock Engineering System
(Hudson, 1992)
Aims
RES is a general method which deals with a wide
range of problems concerning the mechanical
aspects of rock, but the characterisation of the rock
mass in each case is specific to the project in question. The final aims are to estimate and zone hazard
levels and analyse risk.
114
Ziel
Die RHAP-Methode sieht Untersuchungen vor Ort
vor, die die Gefährlichkeit von Steinschlag in Zonen
einteilen sollen. Die Methode liefert eine qualitative
Einschätzung der Wahrscheinlichkeit von Brüchen.
Potentialität
Methode mit Untersuchungen vor Ort zu begrenzten
Kosten.
Objektivität
durch
Vergleich
von
Gefährlichkeit in verschiedenen Gebieten.
Grenzen
Verwendet für Steinschlag von einzelnen Blöcken
oder für ein Gesamtvolumen von höchstens 1.000
m3. Dient der Untersuchung von begrenzten und
umschriebenen Bereichen. Die Wahrscheinlichkeiten
von Brüchen und Fortpflanzungen werden in semiquantitativer Weise berechnet.
Ergebnisse
Die Methode liefert eine Karte mit Zoneneinteilung der
Gefährlichkeit des untersuchten Gebietes. Sie erlaubt
eine Definition von Bereichen mit unterschiedlicher
Gefährlichkeit, bei denen dann unterschiedliche
Sicherungsniveaus zur Anwendung kommen.
ROCK FALLS
Carta della pericolosità derivata dall’incrocio dei dati
ricavati dalle osservazioni dirette dei blocchi instabili
associate alle informazioni ottenute dalle traiettografie.
Note
Metodo adatto a pareti in rocce metamorfiche o granitoidi, piuttosto che in rocce calcaree.
(3) Metodologia RHAP - Rock fall Hazard
Assessment Procedure (Regione Lombardia,
2000)
Finalità
Il RHAP consiste in un metodo speditivo finalizzato a
valutare e zonare la pericolosità in aree soggette a
crolli in roccia. Il metodo fornisce una valutazione
qualitativa della probabilità di rottura.
Potenzialità
Metodo speditivo con costi limitati. Metodo oggettivo
che permette la comparazione della pericolosità tra
aree differenti.
Limiti
Utilizzato per crolli di singoli blocchi o per una volumetria massima complessiva inferiore a 1.000 m3.
Serve per lo studio di aree limitate e circoscritte. La
probabilità di rottura e la probabilità di propagazione
sono valutate in modo semi-quantitativo.
Risultati
Il metodo fornisce una cartografia con la zonazione
della pericolosità dell’area studiata. Permette quindi
di definire aree a differente grado di pericolosità cui
apporre specifici vincoli di salvaguardia.
Potential
The number and type of parameters used varies
according to the objectives. The choice of parameters
to consider in each individual case can determine a
reduction in cost.
Limits
Recommended for areas subject to rock falls of less
than 1.000 m3.
Notes
There is also a more rapid version of this method
(RESr) which uses a number of parameters to indicate the instability of the slope in question.
Results
Hazard and risk map.
(5) Historic, Geomechanical and Probabilistic
Method (Historique, Géomécanique et Probabiliste) developed by LIRIGM (Laboratoire
Interdisciplinaire de Recherche Impliquant la
Géologie et la Mécanique) in Grenoble
Aims
This method estimates the rock face failure probability according to the return period of rock falls.
Potential
It allows for an objective classification of the different
levels of instability in a rock face.
Limits
The model only considers trigger areas, and not the
other areas potentially involved. There must be an
inventory of rock slides for the area of study.
Results
Assessment sheet for the rock face failure probability.
(4) RES-Methode - Rock Engineering System
(Hudson, 1992)
(4) Metodologia RES - Rock Engineering System
(Hudson, 1992)
Ziel
Finalità
Allgemeine Methode für eine Reihe von Problemen,
die mit der Felsmechanik zusammenhängen. Die
Charakterisierung der Felsmasse hängt von dem
jeweiligen Projekt ab. Endziel sind die Einschätzung
und die Zoneneinteilung der Gefährlichkeit und die
Risikoanalyse.
Metodo generale che permette di affrontare un ampio
panorama di problemi relativi alla meccanica delle
rocce, ma la caratterizzazione dell’ammasso roccioso
in ciascun caso è mirata al progetto che si vuole sviluppare. Scopo finale sono la stima e la zonazione
della pericolosità nonché l’analisi del rischio.
Potentialität
Potenzialità
Variationen der Zahl und der Art der Parameter je
nach Ziel. Die Auswahl der Parameter für jeden einzelnen Fall führt zu einer Kostenreduzierung.
Variazione del numero e del tipo di parametri utilizzati
in funzione degli obbiettivi. La scelta dei parametri da
considerare per ogni singolo caso produce una riduzione dei costi.
Grenzen
Die Methode ist geeignet für Gebiete mit Steinschlag
von weniger als 1.000 m3.
Bemerkungen
Limiti
Applicazione consigliata su aree soggette a crolli di
volume inferiore a 1.000 m3.
Im Zusammenhang mit dieser Methode wurde eine
Version entwickelt, die das Gewicht mehr auf
Untersuchungen vor Ort legt (RESr) und einige
Parameter als Indikatoren für Instabilität des betroffenen Hangs betrachtet.
Note
Ergebnisse
Risultati
Karten für Gefährlichkeit und Risiko.
Carte di pericolosità e rischio.
(5) Historisch-Geomechanische Wahrscheinlichkeitsmethode (Historique, Géomécanique et
Probabiliste)
des
LIRIGM
(Laboratoire
Géologie et la Mécanique) in Grenoble
(5) Metodo Storico Geomeccanico Probabilistico
HGP (Historique, Géomécanique et Probabiliste)
messo a punto dal LIRIGM (Laboratoire
Géologie et la Mécanique) di Grenoble
Ziel
Finalità
Methode zur Einschätzung der Wahrscheinlichkeit
von Brüchen der Felsmasse nach der Häufigkeit der
Wiederkehr von Steinschlag
Metodo che stima la probabilità di rottura dell’ammasso roccioso in funzione del periodo di ritorno dei
fenomeni di crollo.
ROCK FALLS
All’interno di questo metodo è stata sviluppata una
versione speditiva (RESr) che considera alcuni parametri come indicatori dell’instabilità del versante considerato.
115
Notes
Potentialität
Potenzialità
Suitable for volumes >10.000 m3 and sub vertical calcareous rock faces.
Objektive Einteilung der Instabilitäten an Felswänden.
Permette di poter classificare in maniera oggettiva le
diverse instabilità riconosciute in parete.
(6) Mechanical-probabilistic method for stability
analysis of rock slopes (Politecnico di Torino,
Regione Piemonte, Regione Autonoma Valle
d’Aosta)
Es werden nur die Herkunftszonen berücksichtigt, nicht
die betroffenen Bereiche. Im Untersuchungsgebiet
muss ein Inventar der Steinschläge vorliegen.
Aims
Einschätzung der Wahrscheinlichkeit von Felsbrüchen.
This method evaluates the rock face failure probability in 2D, combining a mechanical Limit Equilibrium
Model and the Monte Carlo statistical method.
Bemerkungen
Grenzen
Ergebnisse
Limits
Does not determine rock face failure probability over
time. Does not define the level of hazard produced
further downhill from the rock fall.
Notes
Can be integrated with other methods.
(7) STONE calculation programme (CNR-IRPI
Perugia, Università di Milano Bicocca)
Aims
This calculation programme was designed to define the
hazard conditions of rock falls on a regional and local
scale and makes a three-dimensional simulation of the
trajectory down the slope. Using a Digital Elevation
Model the programme defines fall trajectories according to topography and coefficients which simulate the
loss of speed on impact on the route of the boulder.
Geeignet für Volumen von mehr als 10.000 m3 und
für subvertikale Kalksteinwände.
Scheda di valutazione della probabilità di rottura dell’ammasso roccioso.
Note
(6) Mechanische Wahrscheinlichkeitsmethode
zur Analyse der Stabilität von Felshängen
(Politecnico di Torino, Region Piemont,
Autonome Region Aostatal)
Ziel
Einschätzung der Wahrscheinlichkeit von Brüchen in
einer Felswand über eine zweidimensionale Analyse,
Anwendung eines mechanischen Modells mit
Gleichgewichtsgrenze und statistischer Analyse
nach Monte Carlo.
Potentialität
Genaue Bestimmung der Wahrscheinlichkeit von
Brüchen in Felswänden.
Grenzen
Die Methode ermöglicht keine Bestimmung der
Wahrscheinlichkeit von Brüchen in der Felsmasse als
Funktion der Zeit. Keine Bestimmung der
Gefährlichkeit durch den Steinschlag im Tal.
Potential
Bemerkungen
Able to model free fall, bouncing and rolling; can be
applied to large areas.
Kann in Kombination mit anderen Methoden verwendet werden.
116
Si prendono in considerazione solo le zone di origine
e non le aree di possibile coinvolgimento. Nell’area
da investigare deve esistere un inventario delle frane
in roccia.
Risultati
Potential
Accurate definition of rock face failure probability.
Limiti
ROCK FALLS
Adatto a volumetrie >10.000 m3 e per pareti calcaree
sub verticali.
(6) Metodo meccanico-probabilistico per l’analisi
della stabilità dei pendii in roccia (Politecnico di
Torino, Regione Piemonte, Regione Autonoma
Valle d’Aosta)
Finalità
Valutazione della probabilità di rottura di una parete
in roccia, tramite analisi bidimensionale, abbinando
un modello meccanico all’equilibrio limite con l’analisi statistica Monte Carlo.
Potenzialità
Definizione accurata della probabilità di rottura in
parete.
Limiti
Non permette di determinare la probabilità di rottura
nell’ammasso roccioso in funzione del tempo. Non
definisce la pericolosità generata a valle dal crollo.
Note
Può essere integrato con altri metodi.
Limits
Personnel must be trained to use the programme. A
Digital Elevation Model is indispensable.
Notes
The quality of the simulation depends on the resolution and accuracy of input data; it is also necessary
to have an accurate, reliable definition of detachment
areas.
Results
Creation of spatially distributed information (maps)
which can be used to define hazard conditions for
rock falls on a regional and local scale.
Ergebnisse
Berechnung der Wahrscheinlichkeit von Brüchen in
Felswänden als Funktion der geomechanischen
Merkmalen von Felsmassen.
Risultati
Calcolo della probabilità di rottura in parete in funzione delle caratteristiche geomeccaniche dell’ammasso roccioso.
(7) Berechnungsprogramm STONE (CNR-IRPI
Perugia, Universität Mailand-Bicocca)
(7) Programma di calcolo STONE (CNR-IRPI
Perugia, Università di Milano Bicocca)
Ziel
Programm zur projektorientierten Berechnung als
Beitrag zur Bestimmung der Gefährlichkeit durch
Steinschlag auf regionaler und lokaler Ebene zur
dreidimensionalen Simulation der Fallbahnen einer
Steinmasse entlang eines Hangs.
Unter Verwendung des Digitalen Geländemodells
bestimmt das Programm die Fallbahnen als Funktion
der Topografie und in Abhängigkeit von den
Geschwindigkeitsverlusten beim Aufschlag und beim
Rollen.
Finalità
Programma di calcolo progettato per contribuire a
definire le condizioni di pericolosità da caduta di
massi a scala regionale e locale che simula la traiettoria in tre dimensioni di un masso lungo il pendio.
Utilizzando il Modello Digitale del Terreno, il programma definisce le traiettorie di caduta in funzione
della topografia e dei coefficienti che simulano la perdita di velocità all’impatto o dove il blocco rotola.
Potentialität
Die Methode bildet den freien Fall, das Hochspringen
und das Rollen ab. Sie kann auch auf großen
Flächen verwendet werden.
Grenzen
Notwendigkeit der Personalschulung für die
Anwendung des Programms. Die Verwendung des
Digitalen Geländemodells ist unvermeidlich.
Bemerkungen
Die Qualität der Simulationen hängt von der
Auflösung und Genauigkeit der Eingangsdaten ab.
Außerdem ist eine genaue und zuverlässige
Definition der Loslösungsgebiete erforderlich.
Ergebnisse
Erstellung von räumlich verteilten Informationen
(Karten) zur Definition der Gefahrenbedingungen für
den Fall von Massen auf regionaler und lokaler Ebene.
ROCK FALLS
Potenzialità
È in grado di modellare la caduta libera, il rimbalzo ed
il rotolio; può essere applicato anche su vasti territori.
Limiti
Necessità di formazione di personale per l’utilizzo del
programma. È indispensabile l’utilizzo di un Modello
Digitale del Terreno.
Note
La qualità della simulazione dipende da risoluzione
ed accuratezza dei dati in ingresso; inoltre è necessaria un’accurata ed affidabile definizione delle aree
di distacco.
Risultati
Creazione di informazioni spazialmente distribuite
(mappe) utili per la definizione delle condizioni di
pericolosità per caduta massi a scala regionale e
locale.
117
Table 3.2.3/1.1 General characteristics of the various methods summarised.
Tabelle 3.2.3/1.1 Allgemeine Merkmale der verschiedenen vorgestellten Modelle.
Tabella 3.2.3/1.1 Caratteristiche generali dei diversi metodi sinteticamente esposti.
LPC
TIPO DI STUDIO
Studi di tipo cartografico
Studi specifici di gestione del territorio
Studi specifici dei siti attivi
Studi teorici
118
MAT
RHAP
RES
HGP
PT
STONE
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
VOLUMI DELLE INSTABILITÀ
<1.000 m3
>1.000 m3
X
X
X
X
MEZZI NECESSARI
Metodo rapido
Metodo più completo
X
X
INDIVIDUAZIONE
Fase d’individuazione preliminare
Valutazione diretta
X
X
VALUTAZIONE FORNITA
Probabilità di rottura
Considerazione della propagazione
Caratterizzazione della pericolosità
Valutazione del rischio
X
X
X
X
X
X
X
X
X
ROCK FALLS
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
3.2.3/2 Recent developments
3.2.3/2 Jüngere Entwicklungen
3.2.3/2 Recenti sviluppi
Setting up of a method to determine rock fall hazards (Research contract between Arpa Piemonte
and Politecnico di Torino, 2003)
Aufstellung einer Methode zur Bestimmung
der
Gefährlichkeit
durch
Steinschlag
(Forschungsvertrag zwischen Arpa Piemont und
Politecnico di Torino, 2003)
Messa a punto di una metodologia per la determinazione della pericolosità dovuta a crolli in
roccia (Contratto di ricerca tra Arpa Piemonte e
Politecnico di Torino, 2003)
Ziel
Finalità
Definizione e sperimentazione di una metodologia
che avvalendosi di dati provenienti da osservazioni di
campagna di tipo speditivo, permette di stimare la
probabilità di rottura relativa di diverse zone di un versante di grande estensione, nonché l’energia e le
possibili traiettorie dei blocchi nel caso in cui si verifichino dei crolli, al fine di ottenere la zonizzazione del
territorio in fasce a diverso grado di pericolosità.
Aims
To define and test a method which uses data from
rapid field observations. It will enable us to estimate
failure probability for various areas of a large slope,
as well as the speed and possible trajectories of boulders in the event of rock falls, in order to zone areas
into different levels of hazard.
Potential
This method can be used on a large scale and does
not require detailed surveys of the area.
The main calculation procedures and models generated can be completely GIS integrated, enabling us
to use the information in the GIS database belonging
to Arpa Piemonte.
Limits
Personnel must be trained to calibrate the input
parameters.
Results
An automatic and completely GIS integrated procedure, able to provide local and regional scale hazard
maps.
Geologist, geotechnical engineer. Detailed knowledge of GIS required.
Definition und experimentelle Erstellung einer
Methode, die Daten aus Feldbeobachtungen verwendet.
Sie
soll
eine
Einschätzung
der
Wahrscheinlichkeit von Brüchen in verschiedenen
Zonen eines großen Hanges sowie die Energie und
die möglichen Fallbahnen von Blöcken im Fall von
Steinschlag. Damit soll das Gebiet in Zonen nach
Gefährlichkeit eingeteilt werden.
Potentialität
Die Methode ist im großen Maßstab anwendbar und
benötigt keine detaillierten Geländereliefs.
Die wichtigsten Abläufe zur Berechnung und die
erstellten Modelle sind vollständig in die GISUmgebung integriert. Das ermöglicht die
Verwendung der Informationen in der Datenbank des
Geologischen Informationssystems von Arpa
Piemont.
Grenzen
Notwendigkeit der Personalschulung für eine korrekte Einstellung der Eingangsparameter.
Ergebnisse
Automatischer Ablauf, voll in die GIS-Umgebung integrierbar,
Möglichkeit
der
Lieferung
von
Gefährlichkeitskarten auf lokaler und regionaler
Ebene.
Geeignetes Personal
Geologen, Geotechnik-Ingenieure. Sehr
Kenntnisse der GIS-Umgebung sind nötig.
ROCK FALLS
Potenzialità
La metodologia è utilizzabile a grande scala e non
necessita di rilievi di terreno dettagliati.
Le principali procedure di calcolo e i modelli generati sono totalmente integrati in ambiente GIS, consentendo l’utilizzo delle informazioni contenute nella
base dati del Sistema Informativo Geologico di Arpa
Piemonte.
Limiti
Necessità di formazione di personale per procedere
ad una corretta taratura dei parametri di input.
Risultati
Procedura automatica, completamente integrata in
ambiente GIS, in grado di fornire mappe di pericolosità a scala locale e regionale.
Geologo, ingegnere geotecnico. Richiesta ottima
conoscenza dell’ambiente GIS.
gute
119
3.2.3/2.1 Introduction
3.2.3/2.1 Einführung
3.2.3/2.1 Introduzione
This project is part of a study aimed at assessing the
hazards caused by rock falls on a regional level, and
aims to develop a methodology capable of creating a
predictive model GIS integrated. The methodology
uses data from rapid field observations, and probabilistic and kinematic analyses, and enables us to
estimate a mean safety factor and failure probability
for different areas of a slope, as well as the speed
and possible trajectories of boulders in the event of
rock falls. Testing was carried out at two sample sites
located in the middle areas of Val di Susa and Valle
Orco, in the communes of Exilles and Locana (Turin)
respectively.
Das Projekt gehört zu einer Studie, die die
Einschätzung der Gefährlichkeit von Steinschlag auf
regionaler Ebene zum Ziel hat. Ziel ist die
Entwicklung einer Methode, die ein Modell zur
Vorhersage ermöglicht, das voll in die GISUmgebung integrierbar ist. Diese Methode verwendet Daten aus Beobachtungen vor Ort, aus
Wahrscheinlichkeitsanalysen und kinematischen
Analysen, sie erlaubt die Einschätzung eines mittleren
Sicherheitsfaktors
und
der
relativen
Wahrscheinlichkeit von Brüchen in verschiedenen
Zonen eines Hangs, sowie der Energie und der
Fallbahnen von Blöcken, wenn es zum Steinschlag
kommt. Sie wurde auf zwei Modellhängen getestet,
die im mittleren Val di Susa und im mittleren Valle
Orco in den Gemeinden von Exilles und Locana in
der Provinz Turin liegen.
Il progetto si colloca nell’ambito di uno studio volto
alla valutazione della pericolosità dovuta a crolli in
roccia a scala regionale e si pone come obbiettivo lo
sviluppo di una metodologia in grado di realizzare un
modello previsionale totalmente integrato in ambiente GIS. Tale metodologia, avvalendosi di dati provenienti da osservazioni speditive di campagna, da
analisi probabilistiche e analisi cinematiche, permette di stimare un fattore di sicurezza medio e la probabilità di rottura relativa di diverse zone di un versante, nonché l’energia e le possibili traiettorie dei
blocchi nel caso in cui si verifichino dei crolli. La sperimentazione è stata effettuata su due siti campione,
ubicati nelle parti mediane della Val di Susa e della
Valle Orco, ricadenti rispettivamente nei comuni di
Exilles e Locana (TO).
120
ROCK FALLS
3.2.3/2.2 Operational phases
3.2.3/2.2 Durchführungsphasen
3.2.3/2.2 Fasi operative
The project was structured around the following main
stages: 1) gathering field data regarding the study
areas, aimed at defining homogeneous areas from
the point of view of slope direction and systems of
discontinuity present in the face, and identifying the
main kinematic forces that characterise it; 2) probabilistic calculation of stability, estimating the probability of failure across the slope and the mean safety
factor for each kinematic force identified, on the basis
of simplified distributions of frequency of geometric
input parameters; 3) estimate of the coefficients of
normal and tangential restitution and friction angles;
4) kinematic modelling, using the data from the previous stages, combined with other basic parameters,
to simulate rock falls, in order to calculate speed, trajectories, fall heights and stopping points for the individual boulders. By assigning a value of probability to
each falling boulder it is possible to zone the area into
different levels of hazard; 5) final testing on the sample areas, with the methodology applied to two real
case studies in order to calibrate the model correctly
and evaluate the results obtained.
Das Projekt wurde in die folgenden Hauptphasen
eingeteilt: 1) Erfassung der Felddaten zu den
Untersuchungsgebieten für die Definition von homogenen Arealen im Hinblick auf die Orientierung des
Hangs und die Diskontinuitäten der Massen und zur
Herausarbeitung der wichtigsten Kinematismen, 2)
Wahrscheinlichkeitsberechnung von Stabilität und
Brüchen entlang des Hangs und des mittleren
Sicherheitsfaktors für jeden einzelnen Kinematismus,
auf
der
Grundlage
von
vereinfachten
Häufigkeitsverteilungen
der
geometrischen
Eingangsparameter,
3)
Einschätzung
der
Koeffizienten für die Rekonstruktion der normalen,
tangentialen und Winkelreibung, 4) kinematische
Vermessung, wobei die in den vorangegangenen
Schritten erfassten Daten zusammen mit anderen
Basisparametern
für
die
Simulation
von
Steinschlagerscheinungen verwendet werden, bei
denen Energien, Fallbahnen, Fallhöhen und
Endpunkte der einzelnen Blöcke berechnet werden.
Jede
fallende
Masse
bekommt
einen
Wahrscheinlichkeitswert zugeordnet, so dass sich
eine Einteilung des Areals in Zonen nach
Gefährlichkeit ergibt, 5) Test in Versuchsgebieten,
wobei die Methode bei zwei realen Fällen angewandt
wird, um das Modell korrekt geeicht und die
Ergebnisse eingeschätzt werden können.
Il progetto è stato strutturato nelle seguenti fasi principali: 1) reperimento dei dati di campagna relativi alle
aree oggetto di studio, finalizzata alla definizione di
aree omogenee dal punto di vista della orientazione del
fronte e dei sistemi di discontinuità presenti nell’ammasso e all’individuazione dei principali cinematismi
che le caratterizzano; 2) calcolo probabilistico della stabilità, in cui viene stimata la probabilità di rottura lungo
il versante ed il fattore di sicurezza medio per ogni cinematismo rilevato, sulla base di distribuzioni di frequenza semplificate dei parametri geometrici di ingresso; 3)
stima dei coefficienti di restituzione normale, tangenziale e degli angoli di attrito; 4) modellazione cinematica, in cui i dati ottenuti nei precedenti step, associati ad
altri parametri di base, vengono utilizzati per la simulazione dei fenomeni di crollo al fine di calcolare energie,
traiettorie, altezze di volo e punti di arresto dei singoli
blocchi. Associando a ciascun masso in caduta un
valore di probabilità relativa di occorrenza, si ottiene
infine la zonizzazione del territorio in fasce a diverso
grado di pericolosità; 5) sperimentazione finale su aree
campione, in cui la metodologia è stata applicata a due
casi di studio reali al fine di tarare correttamente il
modello e valutare i risultati ottenuti.
Probabilistic analysis
The probabilistic component of the method for calculating slope stability is based on the use of the WINTAM programme (Major et al., 1975), supplied by
Politecnico di Torino. This programme performs stability calculations for wedges in a particular homogeneous area, based on the limit equilibrium method.
Using the Monte Carlo method it is also possible to
take the variability of geometrical input parameters
into account and calculate the probability of failure
according to each kinematic aspect.
Kinematic analysis
Testing of the kinematic aspect of the project was
Wahrscheinlichkeitsanalyse
Die Wahrscheinlichkeitskomponente der Methode
zur Berechnung der Stabilität der Hänge basiert auf
der Anwendung WINTAM (Major et al., 1975), die
vom Politecnico in Turin geliefert wurde. Dieses
Programm kann Stabilitätsanalysen für jeden tunnelförmigen Kinematismus durchführen, der zu einem
homogenen Gebiet gehört, und zwar auf der
Grundlage der Methode des Grenzgleichgewichts.
ROCK FALLS
Analisi probabilistica
La componente probabilistica della metodologia per il
calcolo di stabilità dei versanti si basa sull’utilizzo dell’applicativo WINTAM (Major et al., 1975), fornito dal
Politecnico di Torino. Questo software è in grado di
condurre analisi di stabilità per ogni cinematismo di
tipo cuneiforme appartenente ad una determinata
area omogenea, sulla base del metodo dell’equilibrio
limite. Tramite il metodo di Monte Carlo è inoltre possibile tenere conto della variabilità dei parametri geometrici di ingresso e calcolare la probabilità di rottura
di ogni cinematismo.
121
carried out using the ROTOMAP© programme developed by Geo&Soft. This software enables us to
analyse rock falls originating in the homogeneous
areas identified during rapid field surveys. Using a
statistical approach, the programme determines
areas of probability where the rocks will stop, and the
distribution of kinetic forces. Then iso-frequency distribution curves of points of arrival can be calculated,
as can iso-energy distribution curves, by processing
the mean and maximum levels of specific energy, the
routes of falling rocks and the maximum bounce
height. Lastly it is possible to estimate an “index of
hazard” from the normalised product of kinetic energy (calculated) multiplied by detachment probability
(input).
122
Über die Methode von Monte Carlo kann außerdem
die
Variabilität
der
geometrischen
Eingangsparameter
berücksichtigt
und
die
Wahrscheinlichkeit von Brüchen in jedem einzelnen
Kinematismus berücksichtigt werden.
Kinematische Analyse
Die Experimente mit der kinematischen Komponente
des Projekts wurden mit der Anwendung ROTOMAP© von Geo & Soft durchgeführt. Das Programm
ermöglicht Analysen der Fallbahnen von Massen aus
homogenen Gebieten, die während der Begehungen
ermittelt wurden. Über einen statistischen Zugang
erstellt das Programm Wahrscheinlichkeitszonen für
das Anhalten der Blöcke und ermittelt die Verteilung
der kinetischen Energie. Anschließend werden die
Isofrequenzkurven der Ankunftspunkte und die isoenergetischen Kurven berechnet, die sich aus den
mittleren und maximalen spezifischen Energien, aus
der Bewegungsrichtung der Blöcke und der Höhe der
Sprünge ergeben. Schließlich kann aus dem normalisierten Produkt der (berechneten) kinetischen
Energie und der Loslösewahrscheinlichkeit (Input)
auch ein Gefährlichkeitsindex erstellt werden.
ROCK FALLS
Analisi cinematica
La sperimentazione relativa alla componente cinematica del progetto è stata realizzata mediante l’utilizzo dell’applicativo ROTOMAP© della Geo&Soft. Il
software consente di condurre analisi di caduta
massi con origine nelle aree omogenee individuate
durante i rilevamenti speditivi di terreno. Tramite un
approccio di tipo statistico, il programma consente di
determinare le aree di probabilità di arresto dei blocchi e la distribuzione delle energie cinetiche.
Vengono quindi calcolate le curve di iso-frequenza
dei punti di arrivo, le curve iso-energetiche, ricavate
dall’elaborazione dei livelli di energia specifica media
e massima, il percorso di scendimento dei blocchi e
le altezze massime dei rimbalzi. Infine è possibile stimare anche un “indice di pericolosità”, dato dal prodotto normalizzato dell’energia cinetica (calcolata)
per la probabilità di distacco (input).
3.2.3/2.3 Comments
3.2.3/2.3 Betrachtungen
3.2.3/2.3 Considerazioni
The results obtained at the end of the testing stage
are a fairly accurate reflection of previous data gathered in the field, confirming that the predictive model
is correctly calibrated. The method can be used on
medium/large scale and does not require lengthy,
detailed field surveys carried out by specialised personnel, who are only required to make a rapid survey
of the terrain. Furthermore, the entire process is GIS
integrated in order to be able to use existing local
databases to analyse and evaluate the results
obtained.
Die Ergebnisse, die nach dem Abschluss der
Experimentierphase vorlagen, geben die vor Ort
gesammelten Daten ziemlich genau wieder. Das
bestätigt, dass das Vorhersagemodell korrekt geeicht
ist. Das Anwendungsfeld der entwickelten Methode
ist mittel bis groß und benötigt keine langen und tief
gehenden
Geländevermessungen
durch
Spezialpersonal, das nur eine Untersuchung vor Ort
durchführen muss. Außerdem ist der gesamte
Prozess in eine GIS-Umgebung integriert, damit die
vorhandenen Datenbanken mit Informationen über
das Terrain zur Analyse und Einschätzung der
Ergebnisse genutzt werden können.
I risultati ottenuti a conclusione della fase di sperimentazione rispecchiano abbastanza fedelmente i
dati pregressi raccolti durante le osservazioni di campagna, a conferma che il modello previsionale risulta
correttamente tarato. Il campo di utilizzo della metodologia sviluppata è a media/grande scala e non
necessita di lunghi ed approfonditi rilevamenti di terreno da parte di personale specializzato, il quale è
chiamato a svolgere esclusivamente un’indagine
speditiva di terreno. Inoltre, l’intero processo è integrato in ambiente GIS al fine di poter utilizzare le
banche dati territoriali esistenti per l’analisi e la valutazione dei risultati ottenuti.
ROCK FALLS
123
Figure 3.2.3/2.1 Distribution of stopping points of boulders after the rock
fall simulation (the yellow and red areas show where most boulders stopped).
Area of study: Commune of Exilles, left side of Val Susa, province of Turin.
Figur 3.2.3/2.1 Verteilung der Haltepunkte der Massen nach der Simulation
von Steinschlag (gelb und rot sind die Zellen dargestellt, in denen die meisten
Massen liegen geblieben sind). Untersuchungsgebiet: Gemeinde Exilles,
linker Hang des Val Susa, Provinz Turin.
Figura 3.2.3/2.1 Distribuzione dei punti di arresto dei massi in seguito
alla simulazione di crolli (in giallo e in rosso le celle dove si è fermato il numero
maggiore di massi). Area oggetto di studio: Comune di Exilles,
versante sinistro della Val Susa, provincia di Torino.
124
Figure 3.2.3/2.2 Distribution of maximum kinetic energy (the red areas represent the
highest energy). The blue lines show the stopping points of boulders in previous falls.
Area of study: Commune of Exilles, left side of Val Susa, province of Turin.
Figur 3.2.3/2.2 Verteilung der maximalen kinetischen Energie (rot die Bereiche
mit der höchsten Energie). Die blauen Linien zeigen die Haltepunkte der in der
Vergangenheit gefallenen Massen an. Untersuchungsgebiet: Gemeinde Exilles,
linker Hang des Val Susa, Provinz Turin.
Figura 3.2.3/2.2 Distribuzione dell’energia cinetica massima (in rosso sono
rappresentate le aree a maggiore energia). Le linee blu delimitano i punti
di arresto dei blocchi caduti in passato. Area oggetto di studio: Comune di Exilles,
versante sinistro della Val Susa, provincia di Torino.
ROCK FALLS
4. Torrential processes
4. Wildbachprozesse
4. Processi torrentizi
In view of its climatic, orographic, geological and geomorphologic characteristics, the mountainous terrain
of the Alps is particularly fragile and vulnerable. In
order to limit risks to inhabited areas of the mountains with regards to watercourses and slope instability, works of protection and containment have
always been necessary.
The hydrological processes and transportation of
sediment that characterise Alpine torrents are
markedly different from those of a watercourse on flat
land. The particular characteristics of torrent flows
are due to the high average gradient of the watercourse and catchment as a whole, the availability of
material to transport downstream (mobilised following events of instability inside the catchment) and an
extremely variable flow regime, characterised by considerable oscillations in flow, often in the space of
less than an hour.
The main factors that trigger these processes are
the characteristics of rainfall events, the type of
rocky substrate and the overlying terrain, vegetation cover, and the shape and extension of the
catchment. According to the local relief, torrent
flows transport water and sediment downstream in
three main ways: 1) ordinary transport of sediment,
where the fluid is composed of water and particles,
with a Newtonian behaviour pattern (hydrodynamic
mechanism); 2) concentrated transport of sediment
or torrent debris, characterised by flows with considerable amounts of solid material, and mathematical models of complex movement; 3) flows
composed of considerable amounts of debris of
varying sizes from fine grain size to large items of
vegetation and water which travel down torrent
channels, even for long distances, in patterns
which have not yet been completely understood
(mud/debris flow).
Das Berggebiet der Alpen ist durch seine klimatischen, orographischen, geologischen und geomorphologischen Besonderheiten besonders fragil und
verwundbar. Um die Risiko zu begrenzen, denen die
anthropisierten Berggebiete durch Tätigkeiten der
Wasserläufe und Instabilität der Hänge ausgesetzt
sind, war der Mensch seit jeher, heute ebenso wie in
der Vergangenheit, gezwungen, auf die Errichtung
von Begrenzungs- und Schutzbauten zurückzugreifen.
Die hydrologischen und Feststofftransportprozesse,
die für Alpenbäche typisch sind, unterscheiden sich in
signifikanter Weise von denen eines Wasserlaufs in
der Ebene. Die Besonderheit der Wildbachprozesse ist
auf das durchschnittlich hohe Gefälle des Wasserlaufs
und des Einzugsgebiets insgesamt sowie auf die
Verfügbarkeit von transportierbarem Material (das
durch Hangbewegungen innerhalb des Gebiets mobilisierbar wird) und auf die sehr variablen hydrologischen Regime zurückzuführen, die von starken
Schwankungen der Wassermenge in Zeiträumen von
kaum mehr als zehn Minuten geprägt sind.
Die wichtigsten Faktoren, die zum Entstehen von
Wildbachprozessen führen, sind die pluviometrischen
Eigenschaften, der Typ der bedrock und des darauf liegenden Bodens, die Vegetationsdeckschicht sowie
Form und Ausdehnung des Einzugsgebietes.
Abhängig von der Höhenenergie zeigt sich die
Wildbachtätigkeit im Transport von Wasser und
Material zum Tal in drei Hauptformen: 1) Transport von
gewöhnlichen Feststoffen, bei dem das Mischung aus
Wasser und Geschiebe und Newtonsches Verhalten
aufweist (hydrodynamischer Mechanismus); 2)
Transport von konzentrierten Feststoffen oder
Wildbachgeschiebetransport, geprägt von Strömen
mit erheblichem Feststoffanteil und komplexer mathematischer Bewegungsentwicklung; 3) Ströme aus
Il territorio montano delle Alpi è per le sue peculiarità
climatiche, orografiche, geologiche e geomorfologiche particolarmente fragile e vulnerabile. Per limitare
i rischi cui sono esposte le aree montane antropizzate in relazione all’attività dei corsi d’acqua e all’instabilità dei versanti, l’uomo ha sempre dovuto ricorrere,
oggi come in passato, alla realizzazione di opere di
contenimento e di difesa.
I processi idrologici e di trasporto solido che caratterizzano i torrenti alpini si differenziano in maniera
significativa da quelli che si instaurano in un corso
d’acqua di pianura. La peculiarità dei processi torrentizi è riconducibile all’elevata pendenza media del
corso d’acqua e del bacino idrografico nel suo complesso, alla disponibilità di materiale trasportabile a
valle (reso mobilizzabile a seguito di eventi di dissesto all’interno del bacino) e al regime idrologico molto
variabile caratterizzato da forti oscillazioni della portata nell’arco di poche decine di minuti.
I principali fattori che determinano l’instaurarsi di
processi torrentizi sono le caratteristiche pluviometriche, la tipologia del substrato roccioso e del terreno sovrastante, la copertura vegetale, la forma e l’estensione del bacino idrografico. In funzione dell’energia di rilievo, l’attività torrentizia si esplica nel trasporto di acqua e materiale verso valle secondo tre
principali modalità: 1) trasporto solido ordinario, in
cui il fluido è costituito da acqua e particelle ed ha
comportamento newtoniano (meccanismo idrodinamico); 2) trasporto solido concentrato o trasporto
detritico torrentizio, caratterizzato da correnti con
componente solida rilevante e trattazione matematica del moto complessa; 3) flussi costituiti da abbondante materiale detritico di pezzatura variabile da
fine a molto grossolana materiale vegetale ed
acqua, che percorrono le incisioni torrentizie per
distanze anche rilevanti secondo modalità non anco-
TORRENTIAL PROCESSES
125
Peak flow events, and mud/debris flows in particular, can be extremely destructive due to their rapid
speed and intensity in terms of the total volume of
the flow. This is combined with a markedly irregular recurrence of events in any given area studied,
which means they are difficult to predict in temporal terms. In view of the long interval of time that
may pass between one event and another in the
same catchment, the risk associated with this type
of phenomenon is often underestimated.
In order to analyse the trigger conditions and evolution in the catchment of flow surges and
mud/debris flows it is possible to set up specific
monitoring systems, positioning sophisticated
equipment (ultrasound sensors, geophones, video
cameras) at strategic points in the channel to
record the passage of the flow surge or mud flow,
assessing the speed and characteristics of the flow.
If this is combined with one or more pluviometers to
measure precipitation, it is possible to make observations about trigger conditions. Monitoring equipment is indispensable to activate an effective warning system (§ 4.1).
In terms of assessing the levels of hazard that concern areas near the mouth of the torrent down valley,
there are many approaches recorded in the literature;
in the context of this project a number of semi-quantitative and quantitative methods have been applied
in many areas of northern Italy and Canton Ticino (§
4.2).
The statistical/probabilistic model which applies on
a regional scale to estimate the return period of precipitations heavy enough to trigger flow surges put
forward by the Styria region (§ 5.1), has a wide
scope for application in relation to the catchment
being studied (from 1’500 km2 to less than 10 km2),
and can be used to study small Alpine catchments
which lack the equipment to measure precipitation
directly. Its usage in contexts outside the area
126
reichlichem Geschiebematerial in variabler Größe von
fein bis sehr grob, Pflanzenmaterial und Wasser, die
auch über erhebliche Entfernungen nach noch nicht
vollständig bekannten Modalitäten durch die
Bacheinschnitte fließen (Murgänge oder mud/debris
flow).
Die Wildbachprozesse und insbesondere die
Murgänge zeichnen sich durch große zerstörerische
Kraft aus, die durch ihre Schnelligkeit und erhebliche
Intensität im Hinblick auf die Gesamtvolumen der von
der Bewegung betroffenen Stoffe verursacht wird.
Dazu kommt ein sehr unregelmäßiges Auftreten der
Ereignisse unter gleichen Verhältnissen der untersuchten Gebiete, was zu einem zeitlich relativ geringen Grad an Vorhersehbarkeit führt. Aufgrund der
langen Zeitabstände, die zwischen den Ereignissen
im gleichen Einzugsgebiet verstreichen können, wird
die Gefahr durch diese Art von Phänomenen häufig
unterschätzt.
Um die Auslöse- und Entwicklungsbedingungen der
Wildbachhochwasser und Muren im Einzugsgebiet
zu analysieren, kann man entsprechende Überwachungssysteme organisieren, die durch Installation
von technologischen Geräten (Ultraschallsensoren,
Geophone, Videokameras) an strategischen Stellen
des Wildbachzweigs den Durchfluss von
Hochwasser/Muren registrieren können, indem sie
Bewegungsgeschwindigkeit und -eigenschaften
auswerten. Ergänzt man eine solche Ausrüstung mit
einem oder mehreren Pluviometern für die direkte
Niederschlagsmessung, lassen sich Betrachtungen
über die auslösenden Bedingungen anstellen.
Derartige Überwachungsinstrumente sind unerlässlich, um ein wirksames Warnsystem einzurichten
(§ 4.1).
Um die Gefährdung der Gebiete in der Umgebung
der Talmündung zu beurteilen, die den
Wildbachprozessen ausgesetzt sind, gibt es in der
Literatur vielfältige Ansätze; in diesem Projekt wurTORRENTIAL PROCESSES
ra completamente note (colate fangose/detritiche o
mud/debris flow).
I processi torrentizi e in modo particolare le colate
fangose o detritiche sono caratterizzati da grande
potere distruttivo a causa della rapidità e della notevole intensità, in termini di volumi complessivi di
materiale interessati dal moto, con la quale si verificano. A ciò si associa una ricorrenza degli eventi
marcatamente irregolare a parità di area indagata;
ciò comporta un grado di prevedibilità dal punto di
vista temporale relativamente basso. A causa del
lungo intervallo di tempo che può intercorrere tra un
evento e l’evento successivo nello stesso bacino
idrografico, il rischio connesso a questa tipologia di
fenomeni è spesso sottovalutato.
Per analizzare le condizioni d’innesco e di evoluzione
nel bacino delle piene torrentizie e delle colate è possibile organizzare sistemi appositi di monitoraggio
che, attraverso il posizionamento di apparecchiature
sofisticate (sensori ultrasonici, geofoni, videocamere)
in punti strategici dell’asta torrentizia, permettono di
registrare il passaggio delle piene/colate, valutandone velocità e caratteristiche del moto; affiancando a
tale attrezzatura uno o più pluviometri per la misura
diretta delle precipitazioni, si possono fare considerazioni sulle possibili condizioni innescanti. La strumentazione di monitoraggio è indispensabile per attivare un sistema di allertamento efficace (§ 4.1).
Per la valutazione del grado di pericolosità cui sono
esposte ai processi torrentizi le aree poste in prossimità dello sbocco nel fondovalle, molteplici sono gli
approcci disponibili in letteratura; nel presente
Progetto sono stati applicati in molte regioni del nordItalia e in Canton Ticino diversi metodi semi-quantitativi e quantitativi (§ 4.2).
Il modello statistico-probabilistico valido a scala
regionale per la stima del tempo di ritorno delle precipitazioni in grado di innescare fenomeni di piena,
suggerito dalla Regione Stiria (§ 5.1), ha ampio
where it was validated obviously calls for prior calibration.
den verschiedene semi-quantitative und quantitative
Methoden in mehreren Regionen Norditaliens und im
Kanton Tessin angewendet (§ 4.2).
Das statistisch-probabilistische Modell für die
Schätzung der Wiederkehrdauer von Niederschlägen,
die Hochwasserereignisse auslösen können, das von
der Region Steiermark vorgeschlagen wurde und auf
regionaler Ebene gilt (§ 5.1), bietet ein breites
Anwendungsfeld in Bezug auf die Ausdehnung des
Studiengebiets (von 1.500 km2 bis unter 10 km2) und
kann für die Untersuchung der kleinen Alpengebiete
ohne
Ausrüstung
für
die
direkte
Niederschlagsmessung nützlich sein. Für den Einsatz
in anderen Kontexten als denen, für die es validiert
wurde, muss natürlich zunächst eine angemessene
Kalibrierung erfolgen.
TORRENTIAL PROCESSES
campo di applicabilità in relazione all’estensione del
bacino di studio (da 1.500 km2 a meno di 10 km2) e
può essere utile per lo studio dei piccoli bacini alpini
privi di strumentazione per la misura diretta delle precipitazioni. L’utilizzo a contesti diversi da quello nel
quale è stato validato deve naturalmente essere preceduto da opportuna calibrazione.
127
4.1. Field studies for debris flow analysis
A goal of the study is the evaluation of the erosion
dynamics in the range of the slope movements and
the expanded sources of debris. The investigation
concentrates on debris flows events. The effect of the
defence works on the expiration and the intensity of
the events has to be examined. The mobilization and
the transport of solids has to be evaluated in connection with the defence works. The results of different scenarios are the basics for the protection planning and point out necessary restructuring and completion of the existing defence works.
The prediction of such phenomena, that is the evaluation of runoff discharge which triggers it, assumes a
great interest in the risk analyses. Therefore a monitoring system was installed in order to get knowledge
about the trigger precipitation and the debris flow
phenomena. The technical equipment contains a precipitation gauge, hail detection, ultra sonic devices,
geophones and two video cameras to record debris
flow events at different locations in the catchment.
With the stored data a better knowledge about precipitation and discharge behaviour, flow velocity of
debris flow phenomena can be achieved. The monitoring has to be operated on a long-term basis, i.e.
during the project period, in order to receive comprehensive data of the relationship between precipitation
and triggering of debris flows.
128
4.1. Geländestudien zur Analyse der
Murgänge
4.1. Studi di terreno per l’analisi di colate
di fango e detriti
Ziel des Projektes ist die Beurteilung der
Erosionsdynamik im Bereich der Hangbewegungen
und der ausgedehnten Feststoffquellen. Die
Untersuchungen
konzentrieren
sich
auf
Murereignisse. Es soll die Wirkung der Verbauungen
auf den Ablauf und die Intensität der Ereignisse beurteilt werden. Die Mobilisierung und der Transport von
Feststoffen soll im Zusammenhang mit den
Verbauungen erfasst und verschiedene Szenarien
abgeleitet werden. Die Szenarien sollen fiktive
Ereignisse beschreiben, die auf den Erhebungen und
der Chronik aufbauen. Die Ergebnisse der Szenarien
sollen für die Schutz- und Maßnahmenplanung herangezogen werden und auf allenfalls erforderliche
Sanierungs- und Ergänzungsmaßnahmen bei den
bestehenden
Verbauungen
hinweisen.
Die
Bestimmung
des
ereignisauslösenden
Niederschlags ist im Zuge eines Risikokonzeptes von
großem Interesse. Deshalb wurde ein Monitoring
System installiert, um grundlegende Erkenntnisse
über den ereignisauslösenden Niederschlag und das
Murverhalten zu bekommen. Das Überwachungssystem
beinhaltet
eine
Niederschlagswaage,
Hageldetektor, Ultraschallsensoren, Geophone und
zwei Videokameras zur Aufzeichnung von
Murgängen an verschiedenen Stellen im
Einzugsgebiet. Aus diesen aufgezeichneten Daten
kann die Niederschlags-/Abflussbeziehung, die
Fließgeschwindigkeit und die Mureigenschaft
bestimmt werden. Das Monitoring soll langfristig, d.h.
über den Projektszeitraum hinweg betrieben werden,
um umfassende Datengrundlagen über die
Beziehungen
zwischen
Niederschlag,
Murgangentstehung und Ereignisablauf zu erhalten.
Obiettivo del presente studio è la valutazione delle dinamiche dei processi erosivi nell’ambito dei movimenti di
versante e delle aree sorgenti di detrito. Le ricerche,
incentrate in special modo sullo studio dei processi di
colata di fango e detriti, sono state mirate ad analizzare
il ruolo delle opere di mitigazione in termini di condizionamento e riduzione dell’intensità dei fenomeni di colata. In particolare sono state indagate le modalità di
mobilizzazione e di trasporto del materiale detritico,
considerando la presenza delle opere di difesa. I risultati
dello studio, riferiti a differenti scenari d’evento, costituiscono la base di partenza per la pianificazione di interventi di mitigazione ed evidenziano i punti, all’interno del
bacino, in cui sono necessarie operazioni di manutenzione o il completamento delle opere esistenti.
La previsione dei processi di colata, attraverso la stima
della portata liquida che ne può causare l’innesco,
assume grande importanza nell’ambito delle analisi di
rischio. Per tale ragione è stato installato un sistema di
monitoraggio, che consente di acquisire maggiori
informazioni riguardo le precipitazioni innescanti e in
generale sui fenomeni di colata. L’attrezzatura tecnica,
dislocata in diversi punti del bacino, consiste in una
stazione di misura delle precipitazioni, un sistema di
rilevamento della grandine, sensori ultrasonici, geofoni
e due telecamere per la registrazione delle colate in
corso d’evento. I dati archiviati grazie a questo sistema
consentono una migliore conoscenza a scala locale
della distribuzione delle precipitazioni, delle portate e
della velocità del flusso che caratterizzano i fenomeni
di colata. Affinché sia pienamente efficace il sistema
deve essere mantenuto in funzione per un periodo sufficientemente lungo, confrontabile con la durata del
Progetto, in modo da raccogliere un quantitativo sufficiente di dati circa le relazioni tra la distribuzione delle
precipitazioni e l’innesco delle colate di fango e detriti.
FIELD STUDIES FOR DEBRIS FLOW ANALYSIS
4.1.1.A Monitoring activities in an instrumented
watershed
4.1.1.A Überwachung in einem Becken mit
Messgeräten
4.1.1.A Attività di monitoraggio in un bacino strumentato
The aim of the monitoring system is to get a better
knowledge about debris flow triggering conditions to
derive precipitation threshold values for a event warning system. Event warning systems detect a debris
flow while it is already in progress and provide an
alarm.
Mit den Meß-, Überwachungs- und Aufzeichnungseinheiten sollen einerseits bessere Erkenntnisse
über Auslösebedingungen von Muren ermöglicht
werden. Gleichzeitig wird versucht über den
Niederschlag einen Schwellenwert für die
Alarmauslösung zu definieren. Bei Erkennung eines
größeren Abflußereignisses soll ein Alarm ausgelöst
werden.
L’obiettivo del sistema di monitoraggio consiste nel
fornire una più approfondita conoscenza delle condizioni d’innesco delle colate di fango e detriti, mirata a
ricavare i valori soglia delle precipitazioni, che a loro
volta consentono di allestire un sistema di allertamento. I sistemi di allertamento registrano una colata
mentre si sta verificando nel bacino e permettono di
attivare un allarme.
Ziel
Das Ziel der Studie ist die Abschätzung der
Erosionsabläufe im Einzugsgebiet des Lattenbaches
im Zusammenhang mit den großräumigen
Hangbewegungen und den damit verbundenen enormen Mengen an abtransportierbarem Geschiebe.
Zur
Erfassung
wichtiger
murenspezifischer
Parameter (Geschwindigkeit, Abfluß und Rheologie)
und für die Murenprognose und Vorwarnung wurde
ein Monitoringsystem eingerichtet. Mit den ersten
Daten wurde ein Entwurf für einen Alarmplan erstellt.
Die Arbeit der Studie umfasst die Dokumentation und
Analyse der einzelnen Ereignisse, die Bestimmung
des relevanten Grenzwertes für die Alarmauslösung
und die Bewertung von möglichen Schäden.
Gleichzeitig soll die Wirkung verschiedener
Verbauungsmaßnahmen im Zusammenhang mit der
Geschiebemobilisierung
und
dem
Geschiebetransport beurteilt werden.
Finalità
I rilievi sul terreno consentono di valutare le dinamiche dei processi erosivi nell’ambito dei movimenti di
versante e l’espansione delle aree sorgenti di detrito
presenti nel bacino. Inoltre un sistema di monitoraggio è importante per ricavare i parametri necessari
per la previsione delle colate di fango e detriti, per
l’allertamento e per incrementare le conoscenze relative a velocità, portata e reologia dei processi in
esame. Con l’ausilio di tutte queste informazioni è
possibile costruire lo schema di un sistema di allertamento.
Il lavoro comprende la documentazione e l’analisi
relative ad eventi di colata, la quantificazione delle
precipitazioni innescanti e la stima dei danni che possono essere indotti in caso di evento. Il lavoro di terreno comprende anche la valutazione dei quantitativi
di materiale detritico che viene mobilizzato e trasportato a valle, tenendo conto delle opere di difesa esistenti.
Purposes
The focus of the field studies is the evaluation of the
erosion dynamics in the range of the slope movements and the expanded sources of debris within the
catchment. Furthermore a monitoring system is
important to derive parameters for debris flow forecast and warning and to increase knowledge about
debris flow velocity, rheology and discharge. With this
data a scheme of a possible debris flow warning system is possible. The work contains the documentation and analysis of debris flow events, the determination of the trigger precipitation and the estimation
of possible losses from debris flow events. The field
studies include also the evaluation of the mobilization
and the transport of solids in connection with the
defence works.
Potentiality
The monitoring system provides an alarm when a
debris flow occurs and is in progress.
The passive measurement with an information system can be an addition to the active technical countermeasures.
With the stored data from the monitoring system
threshold values can be derived. The data are also
useful input parameters for the hydrologic and
Potentialität
Mit dem installierten Überwachungs- und
Frühwarnsystem soll die Auslösung eines Alarmes
im Falle eines Murganges erfolgen. Das
Potenzialità
Il sistema di monitoraggio attiva un allarme nel
momento in cui si sta verificando una colata. Gli inter129
hydraulic simulation. With the results from the historical documentation and field survey a better knowledge about the debris phenomena (rheology) is possible. Also the visual interpretation with two video
cameras is necessary for further investigations.
Limits
The peculiar characteristics of debris flows, such as
extemporaneousness, rapidity of occurrence, high
propagation velocity, short duration and destructiveness make the task of dealing with their management
in real time particularly difficult. Due to the difficulty of
definition of release data, you can get an acceptance
problem in case of wrong alarms. Consequently information systems are more reliable for the protection of
transportation routes than for the protection of villages.
As well the use of information systems requires an
accurate education of the interested population.
Activities
The following activities have been carried out:
• conception of a monitoring system;
• selection of adequate locations;
• selection of sensors to detect debris flows;
• data recording and analysis;
• suggestion to optimize the monitoring system.
Expected products
The result of the monitoring is a better knowledge of
the debris flow phenomena. The project result is part
of an indispensable decision base for a comprehensive protection concept for the endangered objects
on the fan (§ 4.2). The monitoring has to be operated
on a long-term basis, i.e. during the project period, in
order to receive comprehensive data of the relationship between precipitation and triggering of debris
flows.
130
Frühwarnsystem ist eine Ergänzung zu den technischen Schutzmaßnahmen.
Mit den gewonnenen Daten werden Schwellenwerte
und Risikoindikatoren abgleitet. Weiters können
diese Daten für Simulationen (hydrologische und
hydraulische) verwendet werden. Gemeinsam mit
den Daten aus den Felderhebungen und der Chronik
wird der Wissenstand über Muren erhöht. Die visuelle Murenerfassung mittels zweier Videokameras gibt
ebenfalls wichtige Aufschlüsse und Ansätze für weitere Untersuchungen.
Grenzen
Die charakteristischen Mureigenschaften, wie
schnelles Anschwellen, hohe Geschwindigkeit, kurze
Dauer des Ereignisses, Zerstörungsgewalt zeigen
die Grenzen der Machbarkeit einer Vorwarnung in
Echtzeit deutlich auf. Die Festlegung der
Alarmauslöseparameter ist äußerst schwierig und ist
die Möglichkeit von Fehlalarmen gegeben. Zu viele
Fehlalarme setzen die Glaubwürdigkeit des Systems
und die Akzeptanz in der Bevölkerung deutlich herab.
Die Sperre einer Straße ist rasch umsetzbar und
daher das System für diese Fälle gut geeignet. Die
Vorwarnung bietet für Gebäude keinen Schutz –
Todesopfer können durch Vorwarnung und
Evakuation jedoch verhindert werden.
Mit dem Einsatz von Frühwarnsystemen ist eine laufende Schulung und Übung mit der betroffenen
Bevölkerung verbunden.
Aktivitäten
Folgende Maßnahmen wurden umgesetzt.
• Erstellung eines Monitoringkonzeptes;
• Festlegung der geeigneten Meßstandorte;
• Auswahl der erforderlichen Meßparameter für eine
geeignete Murenerkenunng und –aufzeichnung;
• Datenaufzeichnung und –analyse.
• Vorschläge
zur
Optimierung
des
venti passivi connessi ad un tale sistema possono
essere considerati un’utile integrazione degli interventi strutturali di difesa.
Grazie all’analisi dei dati archiviati nel sistema di
monitoraggio si possono dedurre i valori soglia delle
precipitazioni che innescano le colate. Tali dati possono essere anche utili parametri di ingresso per
simulazioni idrologiche ed idrauliche. Attraverso l’analisi dei documenti storici e i rilievi di terreno è possibile conseguire una discreta conoscenza della reologia dei processi che interessano un dato bacino.
Per ulteriori approfondimenti diventa però indispensabile l’impiego di due telecamere che registrino ciò
che si verifica in corso d’evento.
Limiti
Le caratteristiche peculiari delle colate di fango e detriti, quali l’attivazione improvvisa, la rapidità di evoluzione, l’elevata velocità di propagazione, la breve durata
e l’elevato potere distruttivo, rendono particolarmente
complessa la loro gestione in corso d’evento. A causa
della difficoltà intrinseca nella definizione delle soglie,
il sistema di monitoraggio può riscuotere scarso consenso in caso di ripetuti falsi allarmi. Di conseguenza
tali sistemi risultano più adatti alla protezione della viabilità piuttosto che per la difesa di centri abitati.
L’utilizzo dei sistemi di monitoraggio richiede inoltre
un’accurata educazione e sensibilizzazione della
popolazione interessata.
Attività
• messa a punto di un sistema di monitoraggio;
• scelta dell’ubicazione idonea;
• selezione dei sensori adatti a registrare il transito
di una colata;
• registrazione dei dati e relativa analisi;
• proposte di miglioramento del sistema di monitoraggio.
Beobachtungssystems und Ausarbeitung eines
Frühwarnsystems.
Erwartete Produkte
Mittels der Murenbeobachtung soll der Wissensstand
hinsichtlich des Phänomens Mure erhöht werden.
Das Ergebnis des Projektes ist die maßgebliche
Entscheidungsgrundlage für das Schutzkonzept. In
Ergänzung zu den bereits in den letzten hundert
Jahren getätigten aktiven Schutzmaßnahmen soll
diese
passive
Schutzmaßnahme,
das
Frühwarnsystem, verwendet und laufend optimiert
werden
(§
4.2).
Durch
die
geplanten
Langzeiterhebungen werden einerseits wissenschaftlich
interessante
Daten
über
Murgangereignisse gewonnen und andererseits eine
Optimierung der Auslösewerte bewirkt.
Prodotti attesi
Il risultato del monitoraggio consiste in una migliore
comprensione dei processi di colata di fango e detriti, parte integrante di un’indispensabile base decisionale per la progettazione di un sistema di protezione
delle infrastrutture esposte a pericolo sul conoide
(§ 4.2).
Il monitoraggio deve essere condotto a lungo termine, vale a dire per un periodo di tempo confrontabile
con la durata del Progetto, in modo da ricavare utili
informazioni circa le relazioni tra precipitazioni ed
innesco delle colate.
131
Monitoring activities in an instrumented watershed
§ 4.1.1.A/1 LAND TIROL
Austria – Tirol
Pians
Lattenbach
Stream - Fluß - Corso d’acqua Lattenbach
Figure 4.1.1.A/1.1 Lattenbach geographical location and basin views with the limestone alps and the typical scree slope.
Figur 4.1.1.A/1.1 Geographische Lage von Lattenbach, Überblicke des im kalkhaltigen Material eingegrabenen Wasserbeckens und der typische Hangschutt.
Figura 4.1.1.A/1.1 Ubicazione geografica del rio Lattenbach e panoramiche delle unità calcaree e del detrito di versante che caratterizzano il bacino.
132
In the catchment area of Lattenbach the tectonic border between Silvrettakristallin and the northern limestone alps is located, whereby spacious mass movements arise. The Lattenbach erodes the toe of the
slide slope. Therefore viscous debris flows arise frequently. Numerous buildings of the village Pians are
endangered by events of debris flows because of a
blockage of the bridge of the old federal highway
bridge (B171) and/or obstruction of the channel due
to the too small transportation capacity. Debris flows
accumulated frequently in the receiving stream
(Sanna), whereby the buildings at the banks of the
receiving stream were inundated. The defence works
could prevent this partially and/or not always.
The aim of the study is the evaluation of the erosion
dynamics in the range of the slope movements and
the expanded sources of debris, the installation of a
monitoring system to derive parameters for debris
flow information system and to increase knowledge
about debris flow velocity, rheology and discharge.
Im Einzugsgebiet des Lattenbaches verläuft die tektonische Grenze zwischen Silvrettakristallin und den
Nördlichen Kalkalpen, wodurch großräumige
Massenbewegungen auftreten. Der Lattenbach erodiert den Hangfuß der in Bewegung befindlichen
Einhänge,
sodass
ständig
mit
hohen
Feststoffeinträgen zu rechnen ist. Dies äußert sich in
häufig auftretenden viskosen Murgängen. Zahlreiche
Gebäude der Gemeinde Pians sind in diesem
Bereich durch Murereignisse bei einer Verklausung
des
Brückendurchlasses
der
alten
Bundesstraßenbrücke (B171) bzw. bei Überbordung
des Gerinnes aufgrund der zu geringen
Transportleistung des Gerinnes gefährdet. Muren
stauten schon öfter den Vorfluter (Sanna) zurück,
wodurch die Gebäude am flussaufwärtigen
Sannaufer überschwemmt wurden. Die Verbauungen
konnten dies nur zum Teil bzw. nicht immer verhindern.
Ziel des Projektes ist die Beurteilung der
Erosionsdynamik im Bereich der Hangbewegungen
und der ausgedehnten Feststoffquellen. Weiters die
Installation eines Überwachungssystems zur
Verifizierung murauslösender Parameter für den
Aufbau eines Warnsystems. Gleichzeitig sollen weitere Erkenntnisse (Geschwindigkeit, Rheologie,
Abfluß,...) über den Murenprozess gewonnen werden.
Nel bacino del rio Lattenbach affiora il contatto tettonico tra il massiccio cristallino della Silvretta e le
unità calcaree settentrionali, in corrispondenza del
quale si verificano numerosi ed importanti processi di
instabilità di versante. Il rio Lattenbach erode alla
base i versanti in frana, provocando di frequente l’innesco di dense colate di fango e detriti. Molti edifici di
Pians sono stati ripetutamente danneggiati da eventi
di colata a causa dell’ostruzione del ponte (B171) e/o
per l’intasamento dell’alveo, dovuti alla ridotta capacità di trasporto. I depositi di colata si accumulano
frequentemente in corrispondenza della confluenza
del rio nel corso d’acqua ricettore (Sanna), provocando l’inondazione delle costruzioni presenti lungo
le sponde di quest’ultimo. Le opere di protezione possono impedire solo parzialmente e solo in alcuni casi
che ciò si verifica.
Scopo del presente lavoro è la valutazione delle dinamiche dei processi erosivi connessi alle instabilità di
versante ed all’espansione delle aree sorgenti di
detrito, l’installazione di un sistema di monitoraggio,
che consenta di ricavare i parametri necessari per
l’implementazione di un sistema informativo relativo
alle colate fangose e detritiche, e l’incremento delle
conoscenze riguardo la velocità, la reologia e la portata delle colate medesime.
133
• documentation and analysis of debris flow events;
• determination of the trigger precipitation;
• estimation of the losses from the debris flow
events;
• proof of the effectiveness of the defence works;
• evaluation of the mobilization and the transport of
solids in connection with the defence works;
• conception of a monitoring system;
• selection of adequate locations;
• selection of sensors to detect debris flows;
• data recording and analysis;
• suggestion to optimize the monitoring system.
The results obtained by the field observations has
been coupled with the hydrological computations of
runoff discharge based on the rainfall recorded by the
precipitation gauge in the catchment in order to have
a realistic scenario of the triggering phenomena. The
quantity of triggering precipitations and their intensities were determined and thus triggering values for
the release of debris flows were derived. Besides
that, based on the historical documentation and field
survey, the input parameters for the hydraulic simulation on the fan were made. During the Project period
new experiences about the position of monitoring
devices, the energy supply and data transfer were
made.
Umgesetzte Aktivitäten:
• Dokumentation und Analyse von Mureereignissen;
• Bestimmung der ereignisauslösenden Niederschlagsmenge;
• Bewertung möglicher Schäden;
• Untersuchung der bestehenden Verbauung auf
ihre Wirksamkeit;
• Beurteilung
der
Wirkung
verschiedener
Verbauungsmaßnahmen im Zusammenhang mit
der
Geschiebemobilisierung
und
dem
Geschiebetransport;
• Erstellung eines Überwachungskonzeptes;
• Festlegung der Meßstandorte;
• Auswahl der erforderlichen Meßparameter für eine
geeignete Murenerkennung und –aufzeichnung;
• Datenaufzeichnung und Datenanalyse;
• Vorschläge zur Optimierung des Monitoring- und
Frühwarnsystems.
Die Ergebnisse der Felderhebungen (Abflußprofile,
Stumme Zeugen,...) wurden mit den Ergebnissen der
Abflußsimulationen, basierend auf den erfassten
Niederschlagswerten
der
Meaßstation
des
Einzugsgebietes, verglichen um realistische
Auslöseszenarien zu unterstellen.
Die maßgebliche Niederschlagsmenge und –intensität wurden bestimmt und der Auslösewert für einen
Murgang hergeleitet. Gleichzeitig wurden basierend
auf
der
historischen
Dokumentation
der
Murereignisse und in Kombination mit den
Felderhebungen am Schwemmkegel die Parameter
für die Abflußsimulation gewonnen.
Im Laufe des Projektes wurden hinsichtlich der
Meßstandorte,
Energieversorgung
und
Datentransfermöglichkeiten neue Erkenntnisse
gewonnen und diese umgehend in die Praxis umgesetzt.
• raccolta di documentazione ed analisi di eventi di
colata detritica;
• determinazione delle precipitazioni d’innesco;
• stima dei danni derivanti da eventi di colata;
• verifica dell’efficacia delle opere di difesa;
• stima dell’entità di mobilizzazione e di trasporto
del materiale detritico, tenendo conto delle opere
di difesa;
• sviluppo di un sistema di monitoraggio;
• scelta delle localizzazioni idonee;
• scelta dei sensori adatti a registrare il passaggio
di una colata;
• registrazione dei dati e relativa analisi;
• formulazione di proposte per il miglioramento del
sistema di monitoraggio.
I risultati conseguiti con le indagini sul terreno sono
stati integrati con i calcoli idrologici, per la stima della
portata, basati sull’entità di precipitazione misurata
dalla stazione pluviometrica presente all’interno del
bacino, in modo da ricostruire uno scenario realistico
delle condizioni d’innesco. Sono state determinate le
entità delle precipitazioni innescanti e le relative
intensità, derivando di conseguenza valori soglia per
l’innesco delle colate. Oltre a ciò, sulla base della
documentazione storica e dei rilievi di terreno, sono
stati ricavati i parametri di ingresso per la simulazione idraulica sul conoide.
Durante il periodo di durata del Progetto sono state
acquisite nuove conoscenze riguardo il posizionamento ottimale dei sensori, il quantitativo di energia
richiesto e le modalità di trasferimento dei dati.
134
Figure 4.1.1.A/1.2 Scheme of the monitoring system.
Figur 4.1.1.A/1.2 Schema des Überwachungssystems.
Figura 4.1.1.A/1.2 Schema del sistema di monitoraggio.
Figure 4.1.1.A/1.3 Climatic station at Dawinalm.
Figur 4.1.1.A/1.3 Klimatische Station in Dawinalm.
Figura 4.1.1.A/1.3 Stazione climatica a Dawinlam.
Figure 4.1.1.A/1.4 Station Grins with ultrasonic sensor.
Figur 4.1.1.A/1.4 Station von Grien mit Ultraschallsensor ausgestatten.
Figura 4.1.1.A/1.4 Stazione di Grins con il sensore ultrasonico.
Figure 4.1.1.A/1.5 Station Grins with the ultrasonic devices.
Figur 4.1.1.A/1.5 Station von Grien mit Ultraschallsensor ausgestatten.
Figura 4.1.1.A/1.5 Stazione di Grins con i dispositivi ultrasonici.
135
4.1.1.A/1.3 Results
During the field survey in the upper catchment the
mobilization and the transport of solids can be determined; additionally to this results the rheology analysis in the laboratory (Figure 4.1.1.A/1.8) supplied the
necessary input parameter for the hydraulic simulation with the model FLO-2D (see § 4.2.2.B). With this
model different scenarios were simulated. The result
is a risk index map on the fan (Figure 4.1.1.A/1.7).
Since the full installation of the monitoring system no
debris flow event occurred. After collection of all relevant and available data of the catchment area (geological, geomorphologic, hydrological data), some
activities concentrated on the debris flow triggering
conditions to derive precipitation threshold values for
the information system. The threshold values related
to some debris flow events were implemented in the
ID-relationship on the bases of small rainfall events at
Lattenbach. Thus it appears that nearly all of the
small precipitation events under the threshold value
did not trigger a debris flow event. Therefore further
investigations are necessary to increase accuracy of
forecast.
Im Rahmen der Feldarbeiten wurden die Transportund Mobilisierungsparameter bestimmt. Ergänzend
wurden die rheologischen Parameter im Labor (Figur
4.1.1.A/1.8) für die Simulation mit dem FLO-2D
Programm (siehe 4.2.2.B) bestimmt. Es wurden verschiedene Szenarien durchgerechnet und eine
Gefahrenindexkarte für den Schwemmkegelbereich
erstellt (Figur 4.1.1.A/1.7).
Nach Abschluß der Grundlagen- (Geologie,
Geomorphologie,
Hydrologie,…)
und
Erhebungsarbeiten wurde versucht Auslöseparamter
zu definieren. Nach Installation der Instrumente
ereignete sich leider kein Muren- bzw. hochwasserabflußereignis. Diese mussten rückwirkend über
historische Ereignisse (Stumme Zeugen Methode)
und kleinere Abflußereignisse während der
Beobachtungszeit hergeleitet werden. Die kleinen
Abflußereignisse zeigten zumindest, dass hier keine
Murenauslösung stattfindet und der Grenzwert darüber liegen muß. Weitere Untersuchungen für genauere Vorhersage sind erforderlich.
Durante i rilievi condotti nella zona di testata del bacino, è stata quantificata l’entità di materiale solido
mobilizzabile e trasportabile; inoltre le analisi di laboratorio relative allo studio della reologia dei processi
(Figura 4.1.1.A/1.8) hanno fornito i parametri di
ingresso necessari per la simulazione idraulica condotta con il modello FLO-2D (vedi § 4.2.2.B). Il
modello fornisce differenti scenari d’evento, da cui
deriva una mappa degli indici di rischio sul conoide
(Figura 4.1.1.A/1.7).
A partire dal momento in cui il sistema di monitoraggio è stato completamente installato, non si sono
verificati eventi di colata.
A seguito della raccolta di tutti i dati significativi relativi al bacino (geologici, geomorfologici, idrologici),
alcune attività hanno riguardato l’analisi delle condizioni d’innesco delle colate, al fine di determinare i
valori soglia delle precipitazioni da inserire nel sistema informativo. I valori soglia relativi ad alcuni eventi
di colata sono stati introdotti nella relazione ID a partire da eventi di precipitazione non particolarmente
intensa che hanno interessato l’area di Lattenbach.
Emerge che pressoché tutti gli eventi di precipitazione modesta, ricadenti al di sotto del valore di soglia,
non hanno innescato eventi di colata.
Per migliorare l’accuratezza della previsione sono
pertanto richieste ulteriori indagini.
136
Figure 4.1.1.A/1.6 Data from the monitoring system.
Figur 4.1.1.A/1.6 Aus dem Überwachungssystem stammenden Daten.
Figura 4.1.1.A/1.6 Dati derivanti dal sistema di monitoraggio.
Figure 4.1.1.A/1.7 Risk index map.
Figur 4.1.1.A/1.7 Karte des Risikoindizes.
Figura 4.1.1.A/1.7 Carta degli indici di rischio.
Figure 4.1.1.A/1.8 Rheology experiments in the laboratory.
Figur 4.1.1.A/1.8 Experimenten im Labor auf die Rheologie der Verfahren.
Figura 4.1.1.A/1.8 Esperimenti in laboratorio sulla reologia dei processi.
137
The prevailing topographic situation in the catchment
area and the settled surface and/or infrastructure
facilities ranges for active and passive measures are
separated. Passive measures are a useful alternative
to the existing desolate active technical countermeasures. The peculiar characteristics of debris flows,
such as extemporaneousness, rapidity of occurrence, high propagation velocity, short duration,
destructiveness make the task of dealing with their
management in real time particularly difficult. One of
the consequences is that information systems are
more reliable for the protection of transportation
routes than for the protection of villages. In fact it is
simpler to impede in time the use of an infrastructure
to a temporary user than to move in time an inhabitant from an endangered dwelling. Moreover precise
information is needed about the warning time available and the time needed to reliably evacuate an
area to make a decision as to whether event-triggered warning and evacuation is a suitable hazard
mitigation strategy. It is likely that an event-triggered
information system will not give sufficient time for reliable evacuation. In the catchment Lattenbach the
protection of the roads can be achieved with a traffic
light regulation. (Figure 4.1.1.A/1.9). Additionally, the
inhabitants of the villages of Pians and Grins will be
informed about the processes going on in the catchment area by means of a warning light placed near
the church. (Figure 4.1.1.A/1.10). Nevertheless it is
important to clearly state that the use of information
systems requires an accurate education of the interested population.
Die
vorherrschende
Topographie
des
Einzugsgebietes mit der großen Entfernung von
Niederschlagssammelgebiet
zu
den
Siedlungsbereichen und Infrastruktureinrichtungen
erlaubt die Kombination aktiver und passiver
Schutzmaßnahmen. Die Passiven stellen eine gute
Ergänzung zu den großteils mechanisch beschädigten Verbauungsmaßnahmen dar. Die charakteristischen Mureigenschaften, wie schnelles anschwellen,
hohe Geschwindigkeit, kurze Dauer des Ereignisses
und große Zerstörungsgewalt zeigen die Grenzen
der Machbarkeit einer Vorwarnung in Echtzeit bei
Muren deutlich auf. Die Sperre einer Straße ist rasch
umsetzbar und daher das System für diese Fälle gut
geeignet. Die Vorwarnung bietet für Gebäude keinen
Schutz – Todesopfer können durch Vorwarnung und
Evakuation jedoch verhindert werden.
Benötigt
werden
dabei
natürliche
exakte
Informationen über das Ereignis und die
Vorlaufzeiten für Sperr- und Evakuationsmaßnahmen. Nur in Ausnahmefällen steht genügend
Zeit für eine Evakuation zur Verfügung.
Im Einzugsgebiet des Lattenbach wird die Sperre der
Straßen über ein ampelgesteuertes System erreicht
(Figur 4.1.1.A/1.9.). Zusätzlich wird die Bevölkerung
der Gemeinden Grins und Pians über die im
Einzugsgebiet Laufenden Murereignisse durch
Warnblinkleuchten in Kenntnis gesetzt (Figur
4.1.1.A/1.10).
Mit
dem
Einsatz
von
Frühwarnsystemen ist eine laufende Schulung und
Übung mit der betroffenen Bevölkerung verbunden.
La situazione topografica dominante nel bacino è tale
da consentire misure di sicurezza sia passive sia attive, data la distanza tra bacino e le aree insediate e/o
interessate da infrastrutture.
Gli interventi passivi nel caso in studio sono un’utile
alternativa alle poco efficaci opere di protezione di
tipo attivo esistenti.
Le caratteristiche peculiari delle colate fangose e
detritiche, vale a dire l’attivazione improvvisa, la rapidità con cui si verificano, l’elevata velocità di propagazione, la breve durata, l’enorme potere distruttivo,
ne rendono particolarmente complessa la gestione in
corso d’evento. Di conseguenza l’utilizzo dei sistemi
di monitoraggio risulta maggiormente efficace per la
protezione della viabilità piuttosto che dei centri abitati. Infatti è più semplice impedire in tempo utile l’utilizzo di un’infrastruttura ad un utente temporaneo
piuttosto che evacuare gli abitanti da un edificio
esposto a pericolo.
Inoltre è indispensabile conoscere precisamente il
tempo disponibile per effettuare l’allertamento ed il
tempo necessario per evacuare un’area, in modo da
poter stabilire se l’allertamento, basato sulla conoscenza del momento d’innesco del processo, e l’evacuazione delle strutture a rischio siano strategie adeguate per la mitigazione del pericolo.
Nel bacino del rio Lattenbach la sicurezza della viabilità può essere garantita mediante regolazione
semaforica (Figura 4.1.1.A/1.9), mentre gli abitanti
dei paesi di Pians e Grins possono essere informati
sui processi in corso nel bacino tramite una sirena
ubicata in corrispondenza della chiesa (Figura
4.1.1.A/1.10).
Ciononostante è importante rimarcare in modo chiaro che per l’utilizzo pienamente efficace del sistema
di monitoraggio è richiesta un’accurata educazione e
sensibilizzazione della popolazione interessata.
138
Figure 4.1.1.A/1.9 Traffic light regulation at Pians.
Figur 4.1.1.A/1.9 Verkehr-Management durch Ampel in Pians.
Figura 4.1.1.A/1.9 Regolazione del traffico con l’ausilio di un semaforo a Pians.
Figure 4.1.1.A/1.10 Warning light regulation at Pians.
Figur 4.1.1.A/1.10 Ansteuerung der akustischen Warnleuchte in Pians.
Figura 4.1.1.A/1.10 Sirena per l’allarme sonoro a Pians.
139
4.2. Torrential processes on alluvial fan
4.2. Wildbachprozesse im Kegel
4.2. Processi torrentizi in conoide
Alluvial fans are deposits of torrent sediment at a
modest gradient which occur in correspondence with
the mouth of the channel in the catchment receptor
down valley.
In Alpine valleys alluvial fans have represented desirable sites for habitation and urban development since
the earliest times, but the transport of solids and/or
flows which led to their creation represent a source of
danger for the residential, industrial and communications structures present. Mud and debris flows are
particularly dangerous because they represent a
serious risk to human life and property, in view of the
fact that it is not easy to predict and quantify the
amount of material which can be transported, the
route taken, and the degree of correlation with the
intensity and duration of rainfalls.
In view of the fact that trigger mechanisms, sedimentation processes and particle size distribution of torrent deposits take their characteristics from the type
of transport, it is necessary to make some distinctions (F.E.M.A., 1996): debris flow fans (Whipple &
Dunne, 1992), at a considerable gradient and of a
moderate size, are mainly created by processes such
as debris flows; while alluvial fans (Bull, 1977), at a
moderate gradient and of a considerable size compared to the size of the catchment, are usually linked
to the transport of solids; while composite fans are
formed by the alternation of the two previous
processes, but may be characterised by a prevalence
of debris flows.
Although damage to urban areas over past centuries
and decades is well documented, the recent expansion for the purposes of tourism in many Alpine valleys has led to an increase in risk for built up fan
areas, road infrastructures (including high traffic
international mountain passes) and railway infrastructures. The expansion of residential areas tends
Schwemmkegel sind Ablagerungsformen von
Wildbächen mit mäßigem Gefälle, die sich an der
Mündung der Nebenflüsse in den Hauptfluss in der
Talsohle entwickeln.
In den Alpentälern waren Schwemmkegel seit der
Antike privilegierte Orte für die Ansiedlung und
Entwicklung von urbanen Zentren; die Phänomene
von Feststofftransport bzw. Muren, die für ihre
Entstehung verantwortlich sind, stellen allerdings
eine Gefahrenquelle für die Siedlungs-, Produktionsund Verkehrsstrukturen dar. Murgänge sind
besonders gefährlich und setzen die Unversehrtheit
von Personen und Sachen einem ernsthaften Risiko
aus, denn die Menge von beweglichem Material, der
Verlauf und die Beziehung zu Intensität und Dauer
der Niederschläge sind nicht leicht vorherzusehen
und zu quantifizieren.
Da
die
Auslösemechanismen,
die
Ablagerungsprozesse und die Korngrößenverteilung
der Wildbachsedimente besondere Eigenschaften in
Bezug zur jeweiligen Art des Transports annehmen,
müssen Unterscheidungen eingeführt werden
(F.E.M.A., 1996): Die Schwemmkegel oder debris
flow fans (Whipple & Dunne, 1992) mit erheblichem
Gefälle und mäßiger Ausdehnung werden vorwiegend von Prozessen in der Art von Murengängen
erzeugt; die Schwemmkegel oder stream flow fans
(Bull, 1977) mit mäßigem Gefälle und starker
Ausdehnung im Verhältnis zur Größe des
Einzugsgebiets sind genetisch mit vorherrschenden
Phänomenen von Feststofftransport verbunden; die
gemischten Kegel oder composite fans bilden sich
durch den Wechsel der beiden vorigen Prozesse,
können
aber
von
vorherrschendem
Geschiebetransport geprägt sein.
Obwohl die Schäden in bebauten Gebieten in den
vergangenen Jahrhunderten und Jahrzehnten doku-
I conoidi alluvionali sono forme deposizionali di origine torrentizia a modesta pendenza che si sviluppano
in corrispondenza dello sbocco delle aste tributarie
nel ricettore di fondovalle.
Nelle vallate alpine i conoidi alluvionali sono stati fin
dall’antichità siti privilegiati per l’insediamento e lo
sviluppo dei centri urbani; però i fenomeni di trasporto solido e/o colata responsabili della loro edificazione rappresentano una fonte di pericolo per le strutture insediative, produttive e di comunicazione presenti. Le colate fangose e detritiche sono particolarmente pericolose e mettono a serio rischio l’incolumità di
persone e cose, poiché la quantità di materiale movimentabile, il percorso seguito e il grado di correlazione con intensità e durata delle precipitazioni non
sono facilmente prevedibili e quantificabili.
Dal momento che i meccanismi d’innesco, i processi
di sedimentazione e la distribuzione granulometrica
dei depositi torrentizi assumono caratteristiche peculiari in relazione al tipo di trasporto, è necessario operare delle distinzioni (F.E.M.A., 1996): i conoidi detritici o debris flow fans (Whipple & Dunne, 1992), a
pendenza rilevante ed estensione moderata, sono
generati prevalentemente da processi tipo colata di
detrito; i conoidi alluvionali o stream flow fans (Bull,
1977), a modesta pendenza ed estensione elevata in
rapporto alle dimensioni del bacino, sono geneticamente legati a prevalenti fenomeni di trasporto solido; i conoidi misti o composite fans, sono formati dall’alternanza dei due processi precedenti, ma possono essere caratterizzati da prevalenza di trasporto
detritico torrentizio.
Benché siano documentati i danni indotti nei secoli e
decenni passati sulle zone edificate, la recente
espansione per ragioni turistiche di molte vallate alpine ha determinato un incremento delle condizioni di
rischio per le zone di conoide edificate, le infrastrut-
140
TORRENTIAL PROCESSES ON ALLUVIAL FAN
to rob the channel of its natural runoff area, forcing
the flow to travel in channels across the urban area
which are too narrow for the magnitude of the torrent
flow. As the value of expected damage tends to
increase, it is ever more indispensable to carry out a
careful, accurate assessment of the evolution patterns of torrent flows and deposits on fans. The mapping of areas subject to hazards and the expected
levels of intensity (magnitude, height of deposit,
speed) represent a source of preventive information
for land planning for the authorities concerned and a
tool to support clean-up activities and safety measures for the community and the area.
mentiert sind, hat die jüngere Expansion vieler
Alpentäler aus touristischen Gründen zu einem
Anstieg der Risikokonditionen für bebaute
Kegelzonen, Straßen (einschließlich internationaler
Passstraßen mit großem Verkehrsaufkommen) und
Eisenbahninfrastrukturen geführt. Außerdem tendiert
die Siedlungserweiterung dazu, dem Wasserlauf die
natürlichen Abflussgebiete zu entziehen, er wird für
die Durchquerung der Wohnsiedlungen in Kanäle
gezwängt, die im Verhältnis zur Magnitude, die die
Wildbachphänomene auszeichnet, unterdimensioniert sind. Da der Wert des erwarteten Schadens
zunimmt, wird eine gründliche und präzise
Auswertung der Entwicklungsweisen von Wildbachund Ablagerungsprozessen an den Kegeln unerlässlich. Die Kartierung der gefährdeten Gebiete und die
erwarteten
Intensitätswerte
(Magnitude,
Ablagerungshöhen, Geschwindigkeit) bieten vorbeugende Informationen für die Gebietsplanung zur
Nutzung durch die Gemeinden und dafür bestimmten
Körperschaften und bilden ein Instrument der
Unterstützung für die Wiederherstellung und zum
Schutz der Bevölkerung und des Gebiets.
ture stradali (comprese le vie di valico internazionale
di grande traffico) e le infrastrutture ferroviarie. Inoltre
l’espansione insediativa tende a sottrarre al corso
d’acqua le aree di naturale sfogo, che viene costretto in canali di attraversamento degli abitati sottodimensionati rispetto alla magnitudo che caratterizza i
fenomeni torrentizi. Dal momento che il valore del
danno atteso tende ad aumentare, si rivela sempre
più indispensabile una valutazione attenta e precisa
delle modalità di evoluzione dei processi torrentizi e
di deposizione sui conoidi. La mappatura delle aree
esposte a pericolo ed i valori di intensità (magnitudo,
altezze di deposito, velocità) attese rappresentano
una fonte di informazione preventiva per la pianificazione territoriale ad uso di comuni e enti preposti e
uno strumento di supporto alle attività di ripristino e
messa in sicurezza della popolazione e del territorio.
141
4.2.1. Generale framework
In order to identify the areas that can be reached by
peak flows or debris flows spreading onto fans two
approaches can be used, together if necessary: 1)
historic/geomorphologic analysis and 2) mathematical modelling.
1) The first type of analysis represents a powerful initial tool to sketch out the areas at risk of hazards,
in terms of the envelope of past events. It should
however be remembered that the map of the furthest areas reached by flows in the past cannot
always be directly applied to the present situation,
due to modifications in the morphological structure (subsequent events, creation of infrastructures, preventive measures). This set of methods
includes: 1a) the method put forward by Aulitzky
(1980), and the series of methods derived from
that, and 1b) the probable frequency method.
1a) The Aulitzky method, both the original and the
methods derived from it, aims to interpret the
so-called mute witnesses of past events, (flow
lobes, traces on the vegetation, etc.), using
the field observations made as the basis for a
series of questions regarding: the dimension
of the transported/eroded materials present
on the fan, the maximum thickness of the single layer of deposits, the gradient of the fan,
vegetation cover, the morphology of the terrain in relation to the erosion created by the
torrent and runoff conditions. The method
enables us to define a peak flow index for the
catchment being studied (the type of sediment
transport it may be subject to) and to perform
a qualitative classification of the hazard levels
of various areas of the fan.
The estimate of maximum volumes available
and transportable in a single event must never
be ignored. The use of empiric formulas to
Um die Gebiete, die von Wildbachhochwasser oder
Murengängen im Kegel betroffen werden können, zu
identifizieren, kann man zwei Ansätze anwenden,
auch in Synergie: 1) eine historisch-geomorphologische Analyse und 2) die mathematische
Modellierung.
1) Die erste Art der Analyse stellt ein anfängliches
und leistungsfähiges Untersuchungsinstrument
für die Begrenzung der gefährdeten Gebiete hinsichtlich der Bündelung der vergangenen
Ereignisse dar. Es sollte allerdings berücksichtigt
werden, dass die Extremgrenzen der Murgänge
nicht immer direkt auf die aktuelle Situation übertragbar sind, da Änderungen in der morphologischen Anlage eingetreten sein können
(Folgeereignisse, Bau von Infrastrukturen oder
Milderungsmaßnahmen). Zu dieser Gruppe von
Methoden gehören: 1a) die von Aulitzky vorgeschlagene Methode (1980) sowie eine Reihe
davon abgeleiteter konsolidierter Methoden und
1b) die Methode der wahrscheinlichen Häufigkeit.
1a) Die Methode von Aulitzky zielt in ihrer ursprünglichen und in den abgeleiteten Formen darauf
ab, die so genannten stummen Zeugen von vergangenen Ereignissen zu interpretieren
(Murenausläufer, Spuren an der Vegetation,
etc.). Dazu werden die Betrachtungen aus den
Bodenvermessungen auf eine Reihe von
Fragen hin untersucht, und zwar: Größe des
transportierten/Erosionsmaterials im Kegel,
maximale
Mächtigkeit
der
einzelnen
Sedimentschicht,
Hangneigung,
Vegetationsdeckschicht, Morphologie des
Geländes in Bezug auf Wildbacherosion und
Abflussverhältnisse. Mit dieser Methode kann
ein Index für die Wildbachaktivität des untersuchten Beckens definiert (welcher Art von
Per l’individuazione delle aree che possono essere
raggiunte dalle piene torrentizie o dalle colate in
conoide, si può ricorrere all’applicazione anche sinergica di due approcci: 1) analisi storica-geomorfologica e 2) modellazione matematica.
1) Il primo tipo di analisi rappresenta un iniziale e
potente strumento di indagine per la delimitazione
delle aree esposte a pericolo, in termini di inviluppo degli effetti degli eventi avvenuti nel passato. È
opportuno però considerare che i limiti estremi
raggiunti dalle colate non sono sempre direttamente trasferibili alla situazione attuale, a causa di
modifiche indotte nell’assetto morfologico (eventi
successivi, realizzazione di infrastrutture o interventi di mitigazione). In questo gruppo di metodi si
ricordano: 1a) il metodo proposto da Aulitzky
(1980) e una serie di metodi consolidati da esso
derivati e 1b) il metodo della frequenza probabile.
1a) Il metodo Aulitzky, nella forma originale e nelle
forme derivate, mira ad interpretare i cosiddetti testimoni silenziosi di eventi passati (lobi
di colata, tracce sulla vegetazione, etc.),
riconducendo le considerazioni emerse dai
rilievi di terreno ad una serie di quesiti relativi
a: dimensione del materiale trasportato/eroso
presente sul conoide, massimo spessore del
singolo strato dei depositi, acclività del conoide, copertura vegetale, morfologia del terreno
in relazione all’erosione torrentizia e condizioni di deflusso delle acque. Il metodo consente
di definire l’indice di torrenzialità del bacino di
studio (a che tipo di trasporto solido può essere soggetto) e a classificare in modo qualitativo la pericolosità sulle varie parti del conoide.
La stima dei volumi massimi disponibili e
mobilizzabili da un singolo evento non deve
mai essere trascurata. L’utilizzo di formule di
142
estimate the magnitude, flow peaks and runoff
speed, and above all a careful analysis of different types of instability in the catchment
require a careful assessment of all aspects
(climatological, topographical, morphological
and geological) which may contribute to trigger an event.
1b) The probable frequency method, which
derives from a slightly modified version of a
procedure established by the Bundesamt fur
Umwelt Wald und Landschaft Office (BUWAL)
of the Helvetic Confederation, estimates hazard levels in areas subject to instability in the
past, according to the characteristics of the
events in question. In the case of debris flows,
the method evaluates the width and speed of
the flow, which can be deduced both from
morphological traces left on the scene, and
from records. The possible recurrence of the
phenomenon is also evaluated, using all the
information available (type of instability, historic records, current morphological conditions, man-made features etc.)
The possibility of recurrence, which is not statistically valid, is termed probable frequency,
and is divided into categories according to
time span. Hazard levels are evaluated using
matrices that combine width and/or speed of
flow and probable frequency.
2) With the advent and spread of new technology,
mathematical models able to simulate peak flows
and debris flows have been developed: the wide
range of models available can be divided into
three main categories.
2a) The first category includes all the
empirical/statistical models: the various
processes involved (trigger, transportation,
deposit) are described using probability distributions, by analysing the connection between
Feststofftransport dieses ausgesetzt sein kann)
und die Gefahr an den verschiedenen Teilen des
Kegels in qualitativer Hinsicht klassifiziert werden.
Die Schätzung der Maximalvolumen, die verfügbar sind und von einem einzigen Ereignis
mobilisiert werden können, darf nie vernachlässigt werden. Die Anwendung von empirisch
abgeleiteten Formeln für die Schätzung von
Magnitude,
Stromspitzen
und
Abflussgeschwindigkeit und vor allem die
gründliche Analyse der verschiedenen
Zerrüttungsphänomene im Einzugsgebiet erfordern eine aufmerksame Auswertung aller
Aspekte durch den Vermesser (klimatologische,
topographische, morphologische und geologische), die synergetisch zur Auslösung von
paroxystischen Phänomenen führen können.
1b) Die Methode der wahrscheinlichen Häufigkeit,
die mit einigen Änderungen von einem
Verfahren abgeleitet ist, das vom Bundesamt
für Umwelt, Wald und Landschaft (BUWAL) der
Schweizerischen Eidgenossenschaft eingeführt wurde, schätzt die Gefährdung der
Gebiete, die in der Vergangenheit von
Zerrüttungsphänomenen betroffen waren, auf
der Grundlage der jeweiligen Ereignisse. Im
Fall von Muren werden Dicke und
Geschwindigkeiten ausgewertet, die sowohl
von morphologischen Spuren im Gebiet als
auch aus Dokumenten abgeleitet werden können. Außerdem wird die Möglichkeit der
Wiederholung des Phänomens auf der
Grundlage der insgesamt verfügbaren
Informationen beurteilt (Art der Zerrüttung,
historische Nachrichten, derzeitige morphologische Konditionen, anthropische Eingriffe,
etc.).
Die Möglichkeit der Wiederkehr, die keinen staTORRENTIAL PROCESSES ON ALLUVIAL FAN
derivazione empirica per la stima di magnitudo, picchi di portata e velocità di deflusso e
soprattutto l’analisi attenta dei diversi fenomeni di dissesto nel bacino richiedono da parte
del rilevatore un’attenta valutazione di tutti gli
aspetti (climatologici, topografici, morfologici e
geologici), che sinergicamente possono condurre all’innesco di fenomeni parossistici.
1b) il metodo della frequenza probabile, derivante, con qualche modifica, da una procedura
predisposta dall’Ufficio Bundesamt fur Umwelt
Wald und Landschaft (BUWAL) della
Confederazione Elvetica, stima la pericolosità
delle aree coinvolte in passato da fenomeni di
dissesto in base alle caratteristiche degli
eventi che le hanno coinvolte. Nel caso delle
colate detritiche vengono valutati spessori e
velocità che possono essere dedotti sia da
tracce morfologiche rimaste sul campo sia da
documenti. Viene valutata inoltre la possibilità
di ricorrenza del fenomeno sulla base dell’insieme delle informazioni disponibili (tipologia
del dissesto, notizie storiche, condizioni morfologiche attuali, interventi antropici, etc.).
La possibilità di ricorrenza, che non ha valore
statistico, viene denominata frequenza probabile ed è suddivisa in classi riferite ad intervalli
temporali. Alla valutazione della pericolosità si
perviene attraverso l’uso di matrici che permettono la combinazione dei valori di spessore e/o velocità e frequenza probabile.
2) Con l’avvento e la diffusione delle nuove tecnologie, sono stati sviluppati modelli matematici in
grado di simulare fenomeni di piena e di colata;
all’interno dell’ampio spettro della modellistica disponibile si distinguono tre grandi classi di modelli.
2a) La prima classe comprende tutti i modelli
empirico-statistici: i diversi processi coinvolti
(innesco, trasporto, deposizione) sono
143
the probability of an event and pluviometric
readings (threshold values).
2b) The second type of model includes all
momentum-based methods, which identify the
average gradient of the route between the
detachment area and the deposit area, as a
value which represents the energy of the
mass in movement. Based on this it is possible to sketch out the areas covered by the flow
and classify them in terms of hazard level.
2c) The third group contains mathematical models which are expressly structured around the
retention of sediment, and the quantity of
movement and energy. Mathematical modelling of stony debris flows can be traced back
to the first approaches put forward in Japan
(Takahashi, 1991), which used a dilatant
approach, while for mudflows of smaller particle sizes the Bingham rheological model is
often used. One well-known difficulty involved
lies in specifying the initial and contextual conditions (free edges, area concerned variable
over time).
One category of models, originally developed
to calculate avalanche trajectories (starting
from Voellmy, 1955), allows a satisfactory
reconstruction of observed speeds and the
trajectories of debris flows (Perla et al., 1980;
Rickenmann, 1990; Rickenmann et al., 1997).
The principle of energy retention is the basis
for this type of approach. Another class of
models, which describes the phenomenon
from the hydraulic point of view (defining the
water/sediment hydrograph on the basis of
parameters taken from the physics and rheological characteristics of the process), can be
applied to reconstruct historic events, but not
so easily for predictive purposes. The simulation of the process of bidimensional deposit144
tistischen Wert darstellt, wird als wahrscheinliche Häufigkeit bezeichnet und ist nach den
Zeitabständen in Klassen aufgeteilt. Die
Gefährdung wird mit Hilfe von Matrizes beurteilt, nach denen die Mächtigkeit und/oder
Geschwindigkeit mit der wahrscheinlichen
Häufigkeit kombiniert wird.
2) Mit der Einführung und Verbreitung von neuen
Technologien wurden mathematische Modelle entwickelt, die Hochwasser- und Murenphänomene
simulieren können. Innerhalb des breiten Spektrums
der verfügbaren Modellistik unterscheidet man drei
große Klassen:
2a) Die erste Klasse umfasst alle empirisch-statistischen Modelle: Die verschiedenen beteiligten
Prozesse (Auslösung, Transport, Ablagerung)
werden nach Wahrscheinlichkeitsverteilungen
beschrieben, dazu wird die Verbindung zwischen der Eintretenswahrscheinlichkeit des
Phänomens und der Pluviometrie analysiert
(Schwellenwerte).
2b) Die zweite Klasse umfasst die Methoden mit
Energielinie, die das durchschnittliche Gefälle
zwischen
der
Ablösezone
und
der
Ablagerungszone als repräsentative Größe für
die Energie der Masse in Bewegung benennen.
Auf dieser Grundlage kann man die
Invasionszonen des Murenabgangs umreißen
und sie nach der Gefährdung klassifizieren.
2c) Die dritte Klasse umfasst die mathematischen
Modelle, die in ihrer Struktur explizit die
Bewahrung der Masse, die Bewegungsmenge
und die Energie vorsehen. Die mathematische
Modellierung der stony debris flow kann auf die
ersten in Japan vorgeschlagenen Ansätze
zurückgeführt werden (Takahashi, 1991), wobei
ein erweiterter Ansatz verwendet wurde. Im
Gegensatz dazu wird für Mudflows mit feinerer
Korngröße häufig das rheologische Modell von
descritti secondo distribuzioni di probabilità,
attraverso l’analisi del legame esistente tra
probabilità di occorrenza del fenomeno e pluviometria (valori soglia).
2b) La seconda classe di modelli comprende i
metodi a linea di energia, che individuano la
pendenza media del percorso tra zona di distacco e zona di deposizione come grandezza
rappresentativa dell’energia posseduta dalla
massa in movimento. Su questa base è possibile procedere alla delimitazione delle zone di
invasione della colata e ad una loro classificazione in termini di grado di pericolo.
2c) La terza classe raggruppa i modelli matematici che esplicitamente prevedono nella loro
struttura la conservazione di massa, quantità
di moto ed energia. La modellazione matematica dei stony debris flow può essere fatta risalire ai primi approcci proposti in Giappone
(Takahashi, 1991), facendo uso di un approccio dilatante; al contrario per i mudflows a granulometria più fine si adotta spesso il modello
reologico di Bingham. Una difficoltà ben nota
consiste nella specificazione delle condizioni
iniziali e al contorno (contorni liberi, area interessata variabile con il tempo).
Una classe di modelli, originariamente sviluppati per il calcolo delle traiettorie delle valanghe (a partire da Voellmy, 1955), consente
una buona ricostruzione dei campi di velocità
osservati e delle traiettorie descritte dalle
colate di detrito (Perla et al., 1980;
Rickenmann, 1990; Rickenmann et al., 1997).
Il principio di conservazione dell’energia costituisce l’ipotesi di fondo di tale approccio.
Un’altra classe di modelli che descrivono il
fenomeno dal punto di vista idraulico (definizione dell’idrogramma liquido e solido sulla
base di parametri ricavati dalla fisica e dalla
ing on the fan has been studied in detail by
Mizuyama et al. (1984), using a combination
of hydraulics and random trajectories. The
hydraulic/bidimensional model FLO-2D
(O’Brien et al., 1993) developed to simulate
peak flows and for specific applications to
model mud and debris flows, is being used
increasingly.
Models developed by European writers such
as Laigle (1997) and ALCO-2D (Ghilardi et al.,
2000) should also be remembered.
One important contribution to emerge from analytical
modelling is the creation of algorithms to calculate
the stresses on structures generated by debris flows.
Bingham eingesetzt. Eine wohlbekannte
Schwierigkeit besteht in der Spezifizierung der
Ausgangsbedingungen und dem Umriss (freie
Randlinie, betroffenes Gebiet zeitlich variabel).
Eine Modellklasse, die ursprünglich für die
Berechnung von Lawinensturzbahnen entwikkelt wurde (ausgehend von Voellmy, 1955),
ermöglicht eine gute Rekonstruktion der beobachteten Geschwindigkeitsfelder und der
Sturzbahnen, die der Murenabgang beschreibt
(Perla et al., 1980; Rickenmann, 1990;
Rickenmann et al., 1997). Die grundlegende
Hypothese für diesen Ansatz ist das Prinzip der
Energiebewahrung. Eine weitere Klasse von
Modellen beschreibt das Phänomen vom
hydraulischen Standpunkt aus (Definition des
Hydrogramms für Flüssig- und Feststoffe mit
Parametern, die aus Physik und Rheologie des
Prozesses gewonnen werden); sie werden für
die Rekonstruktion von historischen Ereignissen
angewendet, sind aber für die Voraussage
schwer anwendbar. Die zweidimensionale
Simulation des Ablagerungsprozesses am
Kegel wird im Detail von Mizuyama et al. (1984)
untersucht, wobei eine Kombination von
Hydraulik und zufälligen Sturzbahnen verwendet wird. Immer breiteren Einsatz findet das
zweidimensionale hydraulische Modell FLO-2D
(O’Brien et al., 1993), das für die Simulation von
Hochwasserereignissen und für spezifische
Anwendungen zur Modellierung von Murgänge
erarbeitet wurde. Des Weiteren wird an die
Modelle erinnert, die von europäischen Autoren
wie Laigle (1997) und ALCO-2D (Ghilardi et al.,
2000) entwickelt wurden.
Ein bedeutender Beitrag, den die Modellanalyse leisten kann, besteht in der Formulierung von
Berechnungsalgorithmen für die Belastungen, die
Muren an Strukturen verursachen können.
reologia del processo), trovano applicazione
nella ricostruzione di eventi storici ma risultano di difficile applicazione in termini previsionali. La simulazione del processo di deposizione bidimensionale sul conoide è studiata in
dettaglio da Mizuyama et al. (1984) facendo
uso di una combinazione idraulica e di traiettorie casuali. Sempre maggiore applicazione
trova il modello idraulico bidimensionale FLO2D (O’Brien et al., 1993) messo a punto per la
simulazione di eventi di piena e per specifiche
applicazioni di modellazione delle colate fangose e detritiche. Si ricordano inoltre i modelli sviluppati da autori europei quali Laigle
(1997) e ALCO-2D (Ghilardi et al., 2000).
Un importante contributo che può emergere dall’analisi modellistica riguarda la formulazione di algoritmi
di calcolo delle sollecitazioni indotte da colate detritiche sulle strutture.
145
4.2.2.A Heuristic approaches by means of geomorphic analysis
4.2.2.A Heuristische Ansätze auf der Basis von
geomorphologischen Analysen
4.2.2.A Approcci euristici basati su analisi geomorfologiche
The geomorphologic approach mainly consists in
analysing the morphological features connected to
flow processes, careful historical research into past
events and gathering information on measures that
interact with runoff. This category of approaches
includes the method developed by Aulitzky (1980), its
variants and the probable frequency method.
Der geomorphologische Ansatz umfasst im
Wesentlichen die Feldanalyse der morphologischen
Evidenzen in Verbindung mit der Wildbachtätigkeit,
die gründliche historische Erforschung von
Nachrichten vergangener Ereignisse und die
Informationssammlung über Bauten, die mit dem
Wasserabfluss interagieren können. Zu dieser
Kategorie von Ansätzen gehören die Methode
Aulitzky (1980) und seine Varianten sowie die
Methode der wahrscheinlichen Häufigkeit.
L’approccio geomorfologico comprende principalmente l’analisi sul campo delle evidenze morfologiche connesse all’attività torrentizia, l’accurata ricerca
storica di notizie relative ad eventi passati e la raccolta di informazioni sulle opere che possono interagire con il deflusso delle acque. A questa categoria di
approcci appartengono il metodo Aulitzky (1980) e le
sue varianti e il metodo della frequenza probabile.
Definition
Qualitative multi-factor analysis (Aulitzky 1980
method and variants) and the probable frequency
method (modified by BUWAL).
Aims
The aims of the approach are:
• to provide information on the type of transport and
the level of hazard that a fan is subject to, outlining the areas of the fan exposed to different levels
of flow (Aulitzky 1980 method and variants);
• to give a rapid indication of the level of hazard in
areas subject to peak flows/debris flows in the
past (probable frequency method).
Potential
The geomorphologic approach does not require input
other than that already possessed by scientists working in the area.
One specific advantage of the probable frequency
method is that it can be applied to a vast area using GIS.
Limits
The Aulitzky method (and its variants) present the following limits:
146
Definition
Multifaktorielle Analyse qualitativer Art (Methode
Aulitzky 1980 und Varianten) und Methode der wahrscheinlichen Häufigkeit (BUWAL mit Änderungen).
Ziel
Die Ziele des Ansatzes sind:
• Angaben über die Art des Transports und die
Gefährdung eines Kegels zu liefern, indem die
Kegelsektoren begrenzt werden, die den
Wildbachphänomenen in unterschiedlicher Weise
ausgesetzt sind (Methode Aulitzky 1980 und ihre
Varianten);
• rasch eine erste Indikation der Gefährdung für
Gebiete zu liefern, die in der Vergangenheit von
Wildbachhochwasser/Murenabgängen betroffen
waren (Methode der wahrscheinlichen Häufigkeit).
Potenzialität
Der geomorphologische Ansatz erfordert keine
Ausrüstung, die nicht bereits zum Gepäck der im
Gebiet arbeitenden Techniker gehören würde.
Definizione
Analisi multi–fattoriale di tipo qualitativo (metodo
Aulitzky 1980 e varianti) e metodo della frequenza
probabile (BUWAL modificato).
Finalità
Gli obiettivi dell’approccio sono:
• fornire indicazioni sul tipo di trasporto e sul grado
di pericolosità cui è soggetto un conoide, delimitando i settori di conoide a diverso grado di esposizione ai fenomeni torrentizi (metodo Aulitzky
1980 e sue varianti);
• fornire rapidamente una prima indicazione della
pericolosità cui sono esposte aree in passato
interessate da piene torrentizie/colate (metodo
della frequenza probabile).
Potenzialità
L’approccio geomorfologico non richiede strumentazioni che non siano già bagaglio dei tecnici che operano sul territorio.
Un vantaggio specifico del metodo della frequenza
probabile è l’applicabililità su vasto territorio attraverso l’utilizzo di tecniche GIS.
• it contains a subjective element, during surveys
and the application of parameters to the elements
studied;
• as it was developed on fans which are not built on,
its application has severe limits with regards to
inhabited areas down valley (with a consequent
reduction in its degree of reliability);
• it disregards the natural triggers of the event.
The probable frequency method:
• does not supply any information on new events;
• to provide significant results it requires: significant
data on the speed of past debris flows and the
extension and thickness of the relevant deposits.
Activities
The approaches described entail:
1) gathering and analysing cartographic databases
and the available aerial photographs;
2) reconstructing and creating a logical archive of
recorded historic events, in order to reconstruct
the spatial and temporal framework of the events
affecting the fan, providing information on the frequency of events, location of areas and manmade structures damaged, with interviews in situ,
variations in the characteristics/diversions of the
channel, man-made intervention on the fan;
3) geomorphologic and hydraulic characterisation of
fans, with analytical and interpretative graphs,
including:
3a) analysis of the aspect of the catchment with
the aim of defining the type and magnitude of
the processes expected to hit the fan (Aulitzky
method and variants);
3b) hydrological analysis, to quantify the expected
flows of water (Aulitzky method and variants);
3c) geological and geomorphologic analysis of
the fan (from existing data and land surveys),
with the aim of characterising the forms which
can be traced back to debris flows, any
Ein spezifischer Vorteil der Methode der wahrscheinlichen Häufigkeit ist die Anwendbarkeit auf ein ausgedehntes Gebiet mit Hilfe von GIS-Techniken.
Grenzen
Die Methode Aulitzky (und Varianten) weist folgende
Einschränkungen auf:
• Sie ist in der Erhebungsphase und bei der
Parametrierung der analysierten Elemente subjektiv;
• da sie für nicht urbanisierte Kegel erarbeitet
wurde, ist sie nur mit starken Einschränkungen
auf besiedelte Gebiete in der Talsohle anwendbar
(mit
entsprechender
Verringerung
der
Zuverlässigkeit);
• sie sieht von den natürlichen Ursachen der
Auslösung ab.
Die Methode der wahrscheinlichen Häufigkeit:
• liefert keine Angaben zu Ereignissen einer
Neubildung;
• erfordert, um signifikante Ergebnisse zu liefern,
signifikante Daten zur Geschwindigkeit der vergangenen Murgänge und über die Ausdehnung
und Dicke der entsprechenden Ablagerungen.
Activitäten
Die beschriebenen Ansätze sehen folgende
Tätigkeiten vor:
1) Beschaffung und Analyse der kartographischen
Basisdaten und der verfügbaren Luftaufnahmen;
2) Rekonstruktion und logische Katalogisierung der
historisch dokumentierten Ereignisse mit dem
Ziel, eine räumliche und zeitliche Übersicht über
die Phänomene zu rekonstruieren, von denen der
Kegel betroffen war, indem Angaben über die
Häufigkeit der Ereignisse, Lokalisierung der
beschädigten Gebiete und Gebäuden mit
Interviews vor Ort, Veränderungen der
Eigenschaften/Abweichungen des Bachbetts und
Limiti
Il metodo Aulitzky (e varianti) presenta i seguenti limiti:
• è soggettivo in fase di rilevamento e di parametrizzazione degli elementi analizzati;
• essendo stato messo a punto in conoidi non
urbanizzati, è applicabile con forti limitazioni nelle
aree popolate di fondovalle (con conseguente
diminuzione del grado di affidabilità);
• prescinde dalle cause naturali d’innesco.
Il metodo della frequenza probabile:
• non fornisce alcuna indicazione relativamente ad
eventi di neoformazione.
• per fornire risultati significativi necessita di: dati
significativi sulle velocità delle colate passate e
sulle estensioni e spessori dei relativi depositi.
Attività
Gli approcci descritti prevedono:
1) acquisizione ed analisi delle basi-dati cartografiche e delle foto aeree disponibili;
2) ricostruzione e catalogazione logica degli eventi
storicamente documentati, mirata a ricostruire il
quadro spaziale e temporale dei fenomeni che
hanno interessato il conoide, dando indicazioni su
frequenza degli eventi, localizzazione di aree e
manufatti danneggiati con interviste in loco, variazioni delle caratteristiche/divagazioni dell’alveo,
incidenza antropica sul conoide;
3) caratterizzazione geomorfologica ed idraulica dei
conoidi, attraverso la stesura di elaborati grafici
analitici ed interpretativi, che comprende:
3a) analisi dell’assetto del bacino di alimentazione, finalizzato a definire tipologia e magnitudo
dei processi attesi in conoide (metodo
Aulitzky e varianti);
3b) analisi idrologica, per la quantificazione delle
portate liquide attese (metodo Aulitzky e
varianti);
3c) analisi geologica e geomorfologica del
147
deposits outside the channel, the aspect of
the main flow channel and any secondary or
reactivable channels, the distribution of vegetation cover, the role of preventive works (surveyed and evaluated in terms of efficacy and
efficiency);
3d) identification and description of the critical
points of the fan (narrow sections, crossings,
bends) and outlining of the areas with degrees
of influence on runoff of sediment/water flows
(narrowing, decrease in gradient); identification of the areas that can alter, capture or
deviate runoff (previous channels, viability
and bed crossings) (Aulitzky method and variants);
3e) analysis of natural or artificial sections,
attributing speeds according to the indicators,
witness accounts and compared with the literature (probable frequency method).
4) Evaluation of the width and speed of previous flow
events; creation of thematic maps (areas concerned and widths); application of matrices of
magnitude/probable period or speed/ probable
period (probable frequency method).
Expected products
• Indexes of flow processes (Aulitzky and variants);
• archive of historic events;
• geomorphologic map of the fan;
• hazard matrix (probable frequency method);
• hazard maps.
Geologists, forestry scientists, hydraulic and environmental engineers.
148
anthropischer Einfluss auf den Kegel erarbeitet
werden;
3) geomorphologische
und
hydraulische
Charakterisierung der Kegel durch Erstellung von
analytischen und interpretativen graphischen
Darstellungen, einschließlich:
3a) Analyse der Lage des Zuflussgebiets mit dem
Ziel, Art und Magnitude der im Kegel erwarteten Prozesse zu definieren (Methode Aulitzky
und Varianten);
3b) Hydrologische Analyse für die Quantifizierung
der erwarteten Flüssigkeitsmengen (Methode
Aulitzky und Varianten);
3c) geologische und geomorphologische Analyse
des Kegels (aus vorhandenen Daten und
Bodenvermessung) mit dem Zweck, die auf
Muren zurückzuführenden Formen, eventuelle
Ablagerungen außerhalb des Bachbetts, die
Lage des Hauptflusskanals und eventuelle
Sekundär- oder reaktivierbare Kanäle, die
Verteilung der Vegetationsdeckschicht, die Rolle
der Verbauung zu charakterisieren (sie werden
registriert und im Hinblick auf Wirksamkeit und
Leistungsfähigkeit ausgewertet);
3d) Identifizierung und Beschreibung der kritischen Punkte am Kegel (enge Abschnitte,
Übergänge, Kurven) und Begrenzung der
Abschnitte, die den Abfluss der Feststoff- und
Flüssigkeitsmengen in anderer Weise beeinflussen (Verengungen, Verringerung des
Gefälles); Identifizierung der Zonen, die den
Abfluss ändern, aufhalten oder ableiten können (Urbetten, Wegeführung und Überquerungen des Bettbodens) (Methode Aulitzky
und Varianten);
3e) Analyse der natürlichen oder künstlichen
Sektionen
und
Zuweisung
der
Geschwindigkeit auf der Grundlage von
Indikatoren, Zeugnissen oder durch Vergleich
conoide (da dati esistenti e rilevamento di
terreno), finalizzata a caratterizzare le
forme riconducibili a fenomeni di colata
detritica, eventuali depositi fuori-alveo, l’assetto del canale principale di scorrimento e
di eventuali canali secondari o riattivabili, la
distribuzione della copertura vegetale, il
ruolo delle opere di sistemazione (censite e
valutate in termini di efficacia e di efficienza);
3d) individuazione e descrizione dei punti critici
sul conoide (sezioni ristrette, attraversamenti, curve) e delimitazione dei settori con
diversa influenza sul deflusso delle portate
solido-liquide (restringimenti, diminuzione
della pendenza); individuazione delle zone
che possono modificare, catturare o deviare
il deflusso (paleoalvei, viabilità e attraversamenti di fondo alveo) (metodo Aulitzky e
varianti);
3e) analisi di sezioni naturali o artificiali e assegnazione di velocità sulla base di indicatori,
testimonianze o per confronto con dati di
letteratura (metodo della frequenza probabile).
4) Valutazione di spessore e velocità significativa
degli eventi di colata pregressi; stesura di carte
tematiche (aree interessate e spessori); applicazione di matrici magnitudo/periodo probabile o
velocità/periodo probabile (metodo della frequenza probabile).
Prodotti attesi
• Indici di torrenzialità (Aulitzky e varianti);
• catalogazione eventi storici;
• carta geomorfologica del conoide;
• matrici di pericolosità (metodo della frequenza
probabile);
• mappe di pericolosità.
mit Daten aus der Literatur (Methode der
wahrscheinlichen Häufigkeit).
4) Auswertung von Dicke und Geschwindigkeit, die
für die vorangegangenen Stromereignisse signifikant
waren; Erstellung von thematischen Karten (betroffene Gebiete und Dicke); Anwendung der Matrizes
Magnitude/wahrscheinlicher
Zeitraum
oder
Geschwindigkeit/wahrscheinlicher
Zeitraum
(Methode der wahrscheinlichen Häufigkeit).
Geologi, dottori forestali, ingegneri idraulici ed
ambientali.
Erwartete Produkte
• Indizes der Wildbachtätigkeit (Aulitzky und
Varianten);
• Katalogisierung historischer Ereignisse;
• geomorphologische Karte des Kegels;
• Matrizes der Gefährdung (Methode der
wahrscheinlichen Häufigkeit);
• Gefährdungskarten.
Geologen,
Forstwirte,
Umweltingenieure.
Wasserbau-
und
149
Heuristic approaches by means of geomorphic analysis
§ 4.2.2.A/1 PROVINCIA AUTONOMA DI TRENTO
Italy – Provincia Autonoma di Trento
Mazzin di Fassa (TN)
Avisio
Stream - Fluß - Corso d’acqua Dona
Notes – bemerkungen –note Debris flow in 1989; see § 4.2.2.B/1, § 4.2.2.B/2
Figure 4.2.2.A/1.1 Geographical context of Rio Dona alluvial fan.
Figur 4.2.2.A/1.1 Geografische Einordnung des Schwemmkegels
des Rio Dona.
Figura 4.2.2.A/1.1 Inquadramento geografico
del conoide alluvionale del Rio Dona.
150
Figure 4.2.2.A/1.2 Rio Dona hydrographic catchment and alluvial fan.
Figur 4.2.2.A/1.2 Zuflussgebiet und Schwemmkegel des Rio Dona.
Figura 4.2.2.A/1.2 Il bacino idrografico
e il conoide alluvionale del Rio Dona.
TORRENTIAL PROCESSES ON ALLUVIAL FANS
In order to start studying the sample area, the initial
task was to carry out a careful analysis of a calamitous event which took place on the Rio Dona fan on
9 July 1989. The event was triggered by an extremely heavy storm which lasted for just over an hour,
after a lengthy period of heavy rains, which, combined with late snow melt at higher altitudes, meant
that the soil was approaching saturation. The debris
flow started in the middle section of the catchment,
triggered by a small landslide. The abundant plant
matter transported by winter avalanches the previous
year probably contributed to the formation of a temporary damn, which gave way suddenly, giving rise to
a debris flow of considerable power. The debris flow
overflowed from the main channel in the upper section of the fan and flowed towards houses, depositing
15.000 m3 of sediment on an area of 1.5 ha.
Fortunately the strength of the flow decreased as it
neared the houses and only lower floors and cellars
were reached by gravel and mud; there was only one
building subjected to structural damage. After this
event a flow breaker was built above the town which
lies on the fan, but it is not sufficient to guarantee the
safety of the inhabitants in the event of another incident of the same magnitude.
The 1989 flood uncovered old preventive works and
masses of considerable size, testifying to the fact that
in the past there were certainly peak flow surges in
the Rio Dona before 1989, despite the fact that this
did not emerge from historical research.
Um die Untersuchung des Prüfgebietes aufzunehmen,
wurde zunächst eine gründliche Analyse der
Naturkatastrophe durchgeführt, die am 9. Juli 1989 im
Kegel des Rio Dona eintrat. Das Ereignis war von
einem sehr starken Gewitter ausgelöst worden, das
kaum länger als eine Stunde dauerte und nach einer
längeren Periode intensiver Niederschläge eintrat, die
zusammen mit der ziemlich späten Schneeschmelze
in höheren Lagen dazu beitrug, Bodenkonditionen
nahe an der Sättigung zu erzeugen. Der Murenabgang
hatte seinen Ursprung im mittleren Teil des Beckens
auf Grund der Reaktivierung eines Erdrutsches geringen Ausmaßes. Das reichliche Vegetationsmaterial,
das von den Lawinen im vorangegangenen Winter
bewegt worden war, hatte wahrscheinlich eine vorübergehende Barriere gebildet, die plötzlich nachgab
und so zu einem Strom mit erheblicher Energie führte.
Die Mure, die im oberen Kegelteil aus dem Hauptkanal
austrat, richtete sich auf die Wohnsiedlungen, wobei
sie 15.000 m3 Material auf einer Fläche von 1.5 ha
ablagerte. Glücklicherweise war die Flussenergie in
der Nähe der Häuser geringer und nur die unteren
Geschosse und die Keller wurden von Kies und
Schlamm erreicht; nur in einem Fall wurden strukturelle Schäden an den Gebäuden festgestellt. Infolge dieses Ereignisses war oberhalb der Siedlung, die im
Kegel liegt, eine Erdrutschsperre errichtet worden,
aber sie reicht nicht aus, um die Sicherheit der
Einwohner im Fall eines Ereignisses von gleicher
Magnitude zu garantieren.
Die Überschwemmung von 1989 hat alte
Verbauungen, deren Spuren sich verloren hatten,
und Felsbrocken erheblicher Größe ans Licht
gebracht; dies bezeugt, dass in der Vergangenheit
vor 1989 sicherlich Hochwasserereignisse im Rio
Dona vorgekommen waren, obwohl dies nicht aus
der historischen Forschung hervorgeht.
Per avviare lo studio sull’area campione è stata preliminarmente effettuata un’attenta analisi dell’evento
calamitoso che il 9 Luglio 1989 ha interessato il
conoide del Rio Dona. L’evento è stato innescato da
un temporale di fortissima intensità durato poco più di
un’ora, verificatosi dopo un periodo prolungato di
precipitazioni intense che, unitamente alla fusione
nivale piuttosto tardiva alle quote più alte, ha contribuito a creare condizioni del suolo prossime alla
saturazione. Una colata detritica ha avuto origine
nella parte media del bacino, a causa della riattivazione di una frana di ridotte dimensioni. L’abbondante
materiale vegetale movimentato dalle valanghe nell’inverno precedente ha probabilmente contribuito a
formare uno sbarramento temporaneo, che cedendo
improvvisamente ha dato luogo ad una colata con
notevole energia. La colata detritica, fuoriuscita dal
canale principale nella parte superiore del conoide, si
è indirizzata verso le abitazioni depositando 15.000
m3 di materiale su un’area di 1.5 ha. Fortunatamente
l’energia del flusso in prossimità delle case era ridotta e solo i piani bassi e le cantine sono stati raggiunti da ghiaia e fango; in un unico caso si sono registrati
danni strutturali agli edifici. In seguito a questo evento è stata realizzata una briglia frangicolata a monte
dell’abitato che sorge sul conoide, ma non è sufficiente a garantire la sicurezza degli abitanti in caso
di evento di pari magnitudo.
L’alluvione del 1989 ha portato alla luce vecchie
opere di sistemazione, di cui si era persa traccia, e
massi di notevoli dimensioni; ciò testimonia il fatto
che in passato si sono verificati sicuramente eventi di
piena torrentizia nel Rio Dona prima del 1989, contrariamente a quanto emerso dalla ricerca storica.
151
4.2.2.A./1.2 Attività
The activities carried out in the study were as follows:
• historic and morphological analysis for the application of the Aulitzky model;
• hydrological analysis to characterise the area in
terms of rainfall and quantify flows and possible
return periods.
After an initial analysis of the catchment with surveys
of the area of study, we proceeded to carry out a morphological analysis of the catchment and calculate
flows for different return periods using a specific software programme. Starting from the estimates of
water flows, we deduced the potential sediment content and based on a detailed topographic survey, we
applied a mathematical model to identify critical sections and estimate overflow volumes.
The calculation of the peak flow hydrograph for different return periods was carried out using a
flow/runoff simulation model based on equations put
forward by the Soil Conservation Service (S.C.S.)
(1972), which enables the effective rain or runoff volume to be calculated. This expresses the propensity
to generate surface runoff as a numeric parameter
CN (Curve Number) varying from 0 to 100, relating to
total permeability and total impermeability respectively. Another aspect of the S.C.S. method is the
quantification of initial losses: the hydrological model
adopted quantifies initial loss as 10 % of the water
content of the soil, based on numerous studies carried out in the Alpine area, recorded in scientific literature.
As for estimating flow speed, figures which reflect the
runoff conditions in the catchment as accurately as
possible were chosen; the speed varies according to
the changing intensity of the event and therefore the
return period of the event.
As regards estimating the transport of sediment, various authors have developed different methods to
Die Untersuchung bestand aus folgenden
Tätigkeiten:
• Analysen historischer und morphologischer Art für
die Anwendung der Methode Aulitzky;
• hydrologische Analysen für die Einordnung des
Gebiets im Hinblick auf die Niederschlagsmenge
und für die Quantifizierung der Mengen mit den
verschiedenen Abflusszeiten.
Nach einer einleitenden Untersuchungsphase des
Gebiets mit Ortsterminen folgten die morphometrische
Analyse des Beckens und die Berechnung der
Mengen für verschiedene Abflusszeiten mit Hilfe einer
spezifischen Software. Ausgehend von der Schätzung
der Abflussmenge der Gewässer wurden die potenziellen Feststoffmengen abgeleitet, und auf der
Grundlage einer topographischen Detailvermessung
wurde ein mathematisches Modell angewandt, um die
kritischen Sektionen zu erkennen und die austretenden Volumina zu schätzen.
Die Berechnung des Hochwasserhydrogramms für
verschiedene Abflusszeiten wurde mit einem ZuflussAbfluss-Simulationsmodell durchgeführt, das auf den
vom Soil Conservation Service (SCS) (1972) vorgeschlagenen Gleichungen basiert. Es ermöglicht eine
Berechnung des tatsächlichen Regens oder des
Abflussvolumens. Die vom S.C.S. vorgeschlagene
Methode fasst die Neigung zur Produktion von
Oberflächenabfluss in einem numerischen Parameter
CN (Curve Number) zusammen, der von 0 bis 100
variabel ist, und zwar für Bedingungen vollständiger
Durchlässigkeit und für Undurchlässigkeit. Ein anderer
Aspekt bei der Anwendung der Methode des SCS ist
die Quantifizierung der Anfangsverluste: Das hydrologische Modell quantifiziert die Anfangsverluste in
Höhe von 10 % des Bodenwassergehalts, wobei es
sich auf zahlreiche Experimente im Alpengebiet stützt,
die in der Fachliteratur dokumentiert sind.
Le attività condotte per lo svolgimento delle indagini
sono state:
• analisi di tipo storico e di tipo morfologico per l’applicazione della metodologia Aulitzky;
• analisi idrologiche per l’inquadramento dell’area in
termini di piovosità e per la quantificazione delle
portate con diversi tempi di ritorno.
Dopo una preliminare fase di analisi del bacino con
sopralluoghi sull’area di studio, si è proceduto all’analisi morfometrica del bacino e al calcolo delle portate per diversi tempi di ritorno mediante un software
specifico. A partire dalla stima delle portate liquide,
sono state dedotte le potenziali portate solide e utilizzando come base di riferimento un rilievo topografico di dettaglio, è stato applicato un modello matematico per l’individuazione delle sezioni critiche e per
la stima dei volumi fuoriuscenti.
Il calcolo dell’idrogramma di piena per diversi tempi
di ritorno è stato eseguito utilizzando un modello di
simulazione afflussi-deflussi basato sulle equazioni
proposte dal Soil Conservation Service (S.C.S.)
(1972), che consente di calcolare la pioggia efficace
o il volume di deflusso. Il metodo proposto dal S.C.S.
sintetizza la propensione a produrre deflusso superficiale attraverso un parametro numerico CN (Curve
Number) variabile da 0 a 100, rispettivamente per
condizioni di perfetta permeabilità e condizioni di
impermeabilità. Un altro aspetto insito nell’applicazione del metodo del S.C.S. è la quantificazione delle
perdite iniziali: il modello idrologico adottato quantifica le perdite iniziali pari al 10 % del contenuto idrico
del suolo, sulla base delle numerose esperienze condotte in ambiente alpino documentate in letteratura
tecnica.
Per quanto riguarda la stima della velocità del flusso,
sono stati scelti valori che riflettono il più possibile le
condizioni di deflusso all’interno del bacino; in parti-
152
determine the volume of sediment which can be
transported in any given catchment. These methods
fall into two main groups: methods which can be
adopted for channels with transport of bed sediment
and sediment in suspension, and those for channels
characterised by debris flows. Historic records, as
well as the indexes of Melton and Autlizky, indicate
that the Rio Dona catchment is subject to debris
flows.
In the context of methods to determine magnitude, in
this specific case empirical and semi-empirical formulae were used (Takei, 1984; Kronfellner-Kraus,
1985; D’Agostino et al., 1996; D’Agostino & Marchi,
2001). The application of a number of formulae,
preferably prepared in the geographic area in question or in similar morphological/climatic areas, always
leads to uncertainties in the choice of the results
obtained, which may even differ by a whole unit. As
the results only provide broad indications, when
analysing the Rio Dona catchment it was decided to
use empiric and semi-empiric formulae only as an initial tool to check the volume calculated according to
geomorphic characteristics. In view of the general
conditions of stability of the catchment it is believed
that the results obtained from geomorphic calculations reflect the situation more accurately.
Was die Schätzung der Fließgeschwindigkeit angeht,
wurden Werte gewählt, die so weit wie möglich die
Abflusskonditionen innerhalb des Beckens spiegeln;
die Geschwindigkeit ändert sich mit der
Intensitätsvariation und damit der Abflusszeit des
Ereignisses.
In Bezug auf die Schätzung des Feststofftransports
wurden von verschiedenen Autoren Methoden entwickelt, um die mobilisierbaren Sedimentvolumina für
ein bestimmtes Zuflussgebiet zu bestimmen. Sie lassen sich in zwei Hauptgruppen unterteilen:
Methoden, die für Sammelleitungen nur mit
Feststofftransport am Grund und in Suspension gelten und Methoden für Leitungen, die von Muren
geprägt sind. Die historischen Nachweise sowie die
Indizes von Melton und Aulitzky weisen darauf hin,
dass das Becken des Rio Dona von Muren betroffen
ist.
Im Rahmen der verschiedenen Methoden für die
Bestimmung der Magnitude wurden im spezifischen
Fall empirische und halbempirische Formeln verwendet (Takei, 1984; Kronfellner-Kraus, 1985; D’Agostino
et al., 1996; D’Agostino & Marchi, 2001). Die
Anwendung mehrerer Formeln, die bevorzugt im
untersuchten geographischen Gebiet oder in ähnlichen morphoklimatischen Umgebungen erarbeitet
wurden, führen immer zu Unsicherheiten bei der
Auswahl aus den verschiedenen erhaltenen Werten,
die auch in der Größenordnung voneinander abweichen können. Da die Ergebnisse nur annähernde
Angaben liefern, wurde bei der Analyse des Rio
Dona-Beckens beschlossen, empirische und halbempirische Formeln nur als Instrument der ersten
Untersuchung und zur Kontrolle des auf der Basis
der geomorphischen Charaktere berechneten
Volumens zu verwenden. Angesichts der generellen
Stabilitätsbedingungen des Beckens ist man in der
Tat überzeugt, dass das Ergebnis der geomorphischen Auswertungen eher der Realität entspricht.
colare la velocità varia al variare dell’intensità dell’evento e quindi del tempo di ritorno dell’evento.
Per ciò che attiene la stima del trasporto solido, sono
state messe a punto da vari autori diverse metodologie per determinare i volumi di sedimento mobilizzabile per un assegnato bacino idrografico, distinte in
due grandi gruppi: le metodologie adottabili per collettori con solo trasporto solido al fondo ed in sospensione e quelle per collettori caratterizzati da colate
detritiche. I riscontri storici, nonché gli indici di Melton
e Autlizky, indicano che il bacino del Rio Dona è soggetto a colate detritiche.
Nell’ambito delle varie metodologie applicabili per la
determinazione della magnitudo sono state utilizzate
nel caso specifico formulazioni empiriche e semiempiriche (Takei, 1984; Kronfellner-Kraus, 1985;
D’Agostino et al., 1996; D’Agostino & Marchi, 2001).
L’applicazione di più formule, preferibilmente messe
a punto nell’area geografica di studio o in ambienti
morfoclimatici simili, portano sempre ad incertezze
nella scelta tra i diversi valori ottenuti, che possono
divergere anche di un ordine di grandezza. Poiché i
risultati forniscono solo indicazioni di larga massima,
nell’analisi del bacino del Rio Dona si è deciso di utilizzare le formule empiriche e semi-empiriche solo
come strumento di prima indagine e di controllo del
volume calcolato sulla base dei caratteri geomorfici.
Considerate le condizioni generali di stabilità del
bacino si ritiene infatti che il valore ottenuto con le
valutazioni di tipo geomorfico siano più rispondenti
alla realtà.
153
Figure 4.2.2.A/1.3 Rainfall graph and hydrograph of peak flow,
with return period of 200 years and AMC 5.
Figur 4.2.2.A/1.3 Hyetogramm und Hydrogramm des Hochwassers
mit 200-jährlicher Wiederkehrdauer und AMC 5.
Figura 4.2.2.A/1.3 Ietogramma e idrogramma di piena con tempo
di ritorno pari a 200 anni e AMC 5.
Table 4.2.2.A/1.1 Geomorphic estimate of material available in the channel.
Tabelle 4.2.2.A/1.1 Geomorphische Schätzung des im Flussbett verfügbaren Materials.
Tabella 4.2.2.A/1.1 Stima geomorfica del materiale disponibile in alveo.
SETTORE
(m s. l. m. )
2.200-2.000
2.000-1.700
1.700-1.440
1.700-1.650
1.650-1.550
1.550-1.480
1.480-1.440
LARGHEZZA
MEDIA (m)
2.010
590
1.5-2.0
2.0-3.0
1.0-1.5
1.5-2.5
2.010-3.015
885-1.475
150
390
300
50
4.0
4.0
4.0-6.0
4.0
2.0-2.5
2.0-3.5
8.0-13
2.0-4.0
6.475-10.330
300-375
780-1365
2.400-3.900
100-200
VOLUME TOTALE
154
PRODUZIONE
LUNGHEZZA (m)
UNITARIA
SEDIMENTO (m3/m)
VOLUME
TOTALE (m3)
4.2.2.A/1.3 Results
This method enabled us to:
1) describe the Rio Dona catchment and fan below
from the geomorphologic and hydrological points
of view;
2) create a hazard map dividing the surface of the
fan into high, medium and low risk areas;
3) formulate hypotheses on the measures to adopt in
the future to protect the area.
The study also highlighted:
– the main erosive processes occurring in the medium-low section of the catchment;
– a number of sections which had not been hydraulically verified;
– that the volume upstream of the flow breaker at
the top of the fan is reduced.
In view of recent building work in the central area of
the fan, we recommend:
1) consolidating areas being eroded;
2) creating protection for the residential area
3) rebuilding the bridge on the main road
4) maintenance of existing works and clean-up of the
river bed.
§ 4.2.2.B/1 illustrates the results of the application of
a bidimensional model (FLO-2D) in the same sample
area.
Die Methode ermöglichte folgende Ergebnisse:
1) Einordnung des Zuflussgebiets des Rio Dona und
des darunter liegenden Kegels vom geomorphologischen und hydrologischen Standpunkt aus;
2) Erstellung einer Gefährdungskarte, in der die
Kegeloberfläche in Zonen hoher, mittlerer und niedriger Gefährdung aufgeteilt wird;
3) Hypothesen über zukünftige Maßnahmen für die
Sicherung des Gebiets.
Die Studie hat außerdem ergeben:
– dass die größten Erosionsprozesse im mittleren
bis unteren Teil des Beckens auftreten;
– dass einige Sektionen hydraulisch nicht
nachgewiesen sind;
– dass
das
Nutzvolumen
oberhalb
der
Erdrutschsperre an der Spitze des Kegels gering
ist.
Angesichts der jüngeren Urbanisierung im mittleren
Teil des Kegels wird vorgeschlagen:
1) Konsolidierung der Erosionsgebiete;
2) Realisierung von Schutzbauten für die
Wohnhäuser;
3) Erneuerung der Brücke auf der Staatsstraße;
4) Wartung der bestehenden Bauten und Reinigung
des Bachbetts.
In § 4.2.2.B/1 sind die Ergebnisse aus der
Anwendung eines zweidimensionalen Modells (FLO2D) im gleichen Studiengebiet aufgeführt.
Il metodo ha consentito di:
1) inquadrare il bacino idrografico del Rio Dona e il
conoide sotteso dal punto di vista geomorfologico
e idrologico;
2) produrre una carta della pericolosità in cui la
superficie del conoide viene suddivisa in zone ad
alta pericolosità, media pericolosità e bassa pericolosità;
3) stilare ipotesi sugli interventi da realizzare in futuro per la messa in sicurezza dell’area.
Lo studio ha inoltre messo in evidenza che:
– i maggiori processi erosivi si verificano nella parte
medio-bassa del bacino;
– alcune sezioni non sono idraulicamente verificate;
– il volume utile a monte della briglia frangicolata
posta all’apice del conoide è ridotto.
Considerata la recente urbanizzazione nella parte
centrale del conoide si suggerisce:
1) il consolidamento delle aree in erosione;
2) la realizzazione di opere di protezione delle abitazioni;
3) il rifacimento del ponte sulla strada statale;
4) la manutenzione delle opere esistenti e la pulizia
dell’alveo.
Nel § 4.2.2.B/1 sono esposti i risultati dell’applicazione di un modello bidimensionale (FLO-2D) nella
medesima area campione.
155
Figure 4.2.2.A/1.4 Map of hazard areas of the Rio Dona fan using the Aulitzky method.
Figur 4.2.2.A/1.4 Karte der Gefahrenzonen im Kegel des Rio Dona nach der Methode Aulitzky.
Figura 4.2.2.A/1.4 Mappa delle aree di pericolo sul conoide del Rio Dona secondo la metodologia Aulitzky.
156
Beyond the previous considerations of its strengths
and weaknesses (§ 4.2.2.A), if applied rigorously the
geomorphologic model provides reliable results
which are certainly comparable with what can be
obtained using more sophisticated methods. In order
to accomplish this it is necessary to make careful
field surveys and carry out detailed historical
research (local records to analyse events further
back, and interviews with the community for information on more recent events). The professional experience of the scientist is also fundamental: he/she has
the task of identifying and making a correct interpretation of all the traces and signs of past flows (socalled mute witnesses) that the correct application of
the method is based on.
Abgesehen
von
den
vorangegangenen
Ausführungen über Vor- und Nachteile der geomorphologischen Methode (§ 4.2.2.A) bietet diese, wenn
sie rigoros angewendet wird, zuverlässige
Ergebnisse, die sicher vergleichbar sind mit den
Resultaten, die man mit komplizierteren Methoden
erhalten kann. Dafür ist es allerdings notwendig,
dass man sorgfältige Messungen im Feld und eine
gründliche historische Untersuchung durchführt
(lokale Archive für die Untersuchung der weiter
zurückliegenden Ereignisse und Interviews in der
Bevölkerung für Informationen über die jüngeren).
Von wesentlicher Bedeutung ist außerdem die spezifische Berufserfahrung des Technikers, der alle
Spuren und Evidenzen von vergangenen
Wildbachtätigkeiten (den so genannten stummen
Zeugen) erkennen und korrekt interpretieren muss,
denn darauf stützt sich die richtige Anwendung der
Methode.
Al di là di quanto esposto precedentemente su pregi
e difetti (§ 4.2.2.A), se applicato in modo rigoroso, il
metodo geomorfologico fornisce risultati attendibili e
sicuramente paragonabili a ciò che si può ottenere
con metodologie più sofisticate. Perché questo possa
avvenire è necessario procedere effettuando attenti
rilievi sul campo e un’approfondita indagine storica
(archivi locali per l’analisi degli eventi più remoti e
interviste alla popolazione per le informazioni su
quelli più recenti). È inoltre di fondamentale importanza l’esperienza professionale specifica del tecnico
che deve individuare e interpretare correttamente
tutte le tracce ed evidenze di passata attività torrentizia (cosiddetti testimoni silenziosi) su cui si basa la
corretta applicazione del metodo.
157
§ 4.2.2.A/2 REGIONE LOMBARDIA
Italy – Regione Lombardia
Cortenova (LC)
Basin - Becken - bacino
Pioverna
Stream - Fluß - Corso d’acqua Rossiga
Notes – Bemerkungen - Note see § 4.2.2.B/3
Figure 4.2.2.A/2.1 Geographical context of the sample area.
Figur 4.2.2.A/2.1 Geographische Einordnung des Untersuchungsgebiets.
Figura 4.2.2.A/2.1 Inquadramento geografico dell’area campione.
158
The Val Rossiga alluvial fan was chosen as a test
area, as it is the most active area of the Valsassina,
and in view of the availability of a great quantity of
data regarding both the fan and the catchment:
specifically databases of historic events, local rainfall
records, geology and land use. There is also a
detailed Digital Elevation Model available for this
area. Technical studies and scientific publications
regarding Val Rossiga were also taken into consideration, and we sourced the aerial photographs taken
over the period 1954-2000 (Figure 4.2.2.A/2.2).
Data regarding the debris flow event in the Rossiga
Torrent in November 2002 was not taken into consideration for the application of this method, but used as
a comparison and the basis for a back analysis, in
order to calibrate the FLO-2D model to simulate overflow processes on the fan (§ 4.2.2.B/3).
The urban area of the Rossiga Torrent fan includes a
number of businesses, residential buildings and
buildings linked to farming and tourism, concentrated
near the channel and the tip of the fan.
Der Schwemmkegel des Val Rossiga wurde als
Testgebiet gewählt, da er als der aktivste im
Valsassina gilt und sowohl zum Kegel als auch zum
Zuflussgebiet zahlreiche Daten vorliegen: Im
Einzelnen verfügt man hier über Datenbanken zu den
historischen
Ereignissen,
zur
lokalen
Niederschlagsmessung, zur Geologie und zur
Bodennutzung. Für den Studienfall ist außerdem ein
detailliertes digitales Geländemodell vorhanden. Für
die hier beschriebene Analyse wurden ebenso technische
Studien
und
wissenschaftliche
Veröffentlichungen über das Val Rossiga berücksichtigt, und schließlich wurden multitemporale
Luftaufnahmen aus dem Zeitraum 1954-2000 gefunden (Figur 4.2.2.A/2.2).
Die Daten zum Murenereignis des T. Rossiga im
November 2002 wurden nicht für die Anwendung dieser Methode berücksichtigt, sondern als Vergleich
und Basis der Back Analysis für die Tarierung des
Modells
FLO-2D
herangezogen,
um
die
Aggradationsprozesse im Kegel zu simulieren (§
4.2.2.B/3).
Die urbanistische Situation im Kegel des T. Rossiga
ist von der Präsenz einiger Industriebetriebe, von
Wohngebäuden und Gebäuden in Verbindung mit
Agrar- und Weide- sowie Agritourismusbetrieben
geprägt, die in der Nähe des derzeitigen Bachbetts
und der Kegelspitze konzentriert sind.
Il conoide alluvionale della Val Rossiga è stato scelto
come area test in quanto è considerato il più attivo
della Valsassina e per la grande quantità di dati disponibili relativi sia al conoide sia al bacino: si dispone in particolare di banche dati relative agli eventi
storici, alla pluviometria locale, alla geologia e all’uso
del suolo. È inoltre disponibile per il caso di studio un
Modello Digitale del Terreno di dettaglio. Sono stati
considerati per l’analisi qui descritta altresì gli studi
tecnici e le pubblicazioni scientifiche riferite alla Val
Rossiga; infine sono state reperite foto aree riprese
in serie multitemporale relative al periodo 1954-2000
(Figura 4.2.2.A/2.2)
I dati relativi all’evento di colata che ha interessato il
T. Rossiga nel novembre 2002 non sono stati presi in
considerazione per l’applicazione di questo metodo,
ma sono stati utilizzati come raffronto e come base
per la back analysis di taratura del modello FLO-2D
per la simulazione dei processi di sovralluvionamento in conoide (§ 4.2.2.B/3).
L’assetto urbanistico del conoide del T. Rossiga è
caratterizzato dalla presenza di alcune industrie, da
edificazioni a carattere residenziale e da edifici legati
ad attività agro-pastorali e agrituristiche, concentrati
in prossimità dell’alveo attuale e dell’apice di conoide.
159
Figure 4.2.2.A/2.2 Temporal succession of topographic maps of the Rossiga Torrent fan. Note the development of the town of Cortenova.
Figur 4.2.2.A/2.2 Topographische Karten des Kegels T. Rossiga in zeitlicher Folge. Man beachte die Entwicklung der Wohnsiedlung Cortenova.
Figura 4.2.2.A/2.2 Carte topografiche in successione temporale del conoide del T. Rossiga. Si noti lo sviluppo del centro abitato di Cortenova.
160
The first stage of the study involved gathering and
carrying out a statistical analysis of historic data
regarding the area of study. Particular attention was
devoted to gathering, creating records and carrying
out statistical studies of local precipitation in order to
determine annual rainfall, rainfall probability curves
and other trigger thresholds for debris flows. Using
photo interpretation (Figure 4.2.2.A/2.37 it was possible to outline the main morphological areas, identify the runoff channels of the Rossiga Torrent and
sketch out the interactions with the main watercourse
(the Pioverna Torrent). Photo interpretation also
enabled us to identify currently inactive channels to
the hydrographic left of the fan, and evaluate the lie
of the drainage basin. We determined the morphometrical parameters of the fan (length and gradient of
the channel, etc.) and drainage basin (maximum and
minimum elevations, length of drainage network, etc.)
with relevant statistical analysis in order to classify
the main type of transport and formulate a prediction
of the expected magnitude of events.
The second stage involved much field work, which
enabled us to identify the main characteristics of the
fan, by means of geomorphologic and hydraulic
observations, and a census of the hydraulic works
present in the main channel, with the aim of identifying critical areas (Figure 4.2.2.A/2.4).
This data was entered on the specific survey sheet
used by the Region of Lombardy Authority (2000).
Interviews with members of the population enabled
us to outline at-risk areas with greater accuracy.
All the information gathered in the first two stages
contributed to the creation of a hazard map, which
was divided into three categories: low, medium and
high.
The areas with a low level of hazard are those with
morphological characteristics which mean they have
Die erste Untersuchungsphase umfasst die Sammlung
und statistische Analyse der historischen Daten zum
geprüften Gebiet. Besondere Aufmerksamkeit galt der
Sammlung,
Archivierung
und
statistischen
Untersuchung der lokalen Niederschlagswerte für die
Bestimmung des jährlichen Niederschlags, der Kurve
des Niederschlagspotenzials und der Auslöseschwellen
für Murenabgänge. Mit Hilfe der Fotointerpretation
(Figur 4.2.2.A/2.3) konnten die wichtigsten morphologischen Gebiete abgegrenzt, die Abflusskanäle des T.
Rossiga erkannt und die Wechselwirkungen mit dem
Hauptwasserlauf (T. Pioverna) festgestellt werden. Die
Bildinterpretation ermöglichte weiter, die derzeit nicht
aktiven Kanäle auf der hydrographisch linken Seite des
Kegelgebiets zu identifizieren und die Situation des
Einzugsbereichs zu bewerten.
Die morphometrischen Parameter des Kegels (Länge
und Neigung des Sammelkanals etc.) und des
Einzugsbereichs (maximale und minimale Höhe,
Länge des Drännetzes, etc.) wurden bestimmt und statistisch untersucht, um eine Klassifizierung der vorherrschenden Transportart und eine Vorhersage der erwarteten Magnitude der Phänomene zu ermöglichen.
Die zweite Phase war gekennzeichnet durch eine
intensive Bodentätigkeit, durch die die wichtigsten
Kegeleigenschaften festgestellt werden konnten, und
zwar durch Beobachtungen geomorphologischer und
hydraulischer Art sowie durch Registrierung der im
Hauptsammelkanal
vorhandenen
Wasserschutzbauten, um die vorhandenen Kritizitäten
erkennen zu können (Figur 4.2.2.A/2.4) .
Diese Daten wurden für den zur Prüfung stehenden
Fall in einen Erhebungsbogen eingegeben, der bei
der Region Lombardei verwendet wird (2000). Durch
Interviews mit der Bevölkerung konnten die gefährdeten Gebiete genauer umgrenzt werden.
Alle in den beiden Hauptphasen gesammelten
Informationen
trugen
zur
Erstellung
der
La prima fase di studio è stata caratterizzata dalla
raccolta e dall’analisi statistica dei dati storici inerenti il territorio in esame. Particolare attenzione è stata
dedicata alla raccolta, archiviazione e studio statistico dei valori delle precipitazioni locali per la determinazione del regime pluviometrico annuale, delle
curve di possibilità pluviometrica e delle soglie d’innesco delle colate detritiche. Attraverso la fotointerpretazione (Figura 4.2.2.A/2.3) è stato possibile delimitare le aree morfologiche principali, riconoscere i
canali di deflusso del T. Rossiga e mettere in relazione le interazioni con il corso d’acqua principale
(T. Pioverna). Inoltre la fotointerpretazione ha permesso di identificare i canali non attivi allo stato
attuale presenti in sinistra idrografica dell’area di
conoide e di valutare l’assetto del bacino di drenaggio.
Sono stati determinati i parametri morfometrici del
conoide (lunghezza e pendenza del collettore, etc.) e
del bacino di drenaggio (quota massima e minima,
lunghezza della rete di drenaggio, etc.), con relativa
analisi statistica ai fini di una classificazione della
tipologia di trasporto prevalente e della previsione
della magnitudo attesa dei fenomeni.
La seconda fase è stata contraddistinta da un’intensa attività di terreno che ha permesso di individuare
le caratteristiche principali del conoide, attraverso
osservazioni di carattere geomorfologico ed idraulico,
nonché da un censimento delle opere idrauliche presenti sul collettore principale, con lo scopo d’individuare le criticità presenti (Figura 4.2.2.A/2.4) .
Tali dati per il caso in esame sono stati inseriti in
un’apposita scheda di rilevamento in uso presso la
Regione Lombardia (2000). Le interviste alla popolazione hanno permesso di delimitare con maggior
precisione le aree esposte al rischio.
Tutte le informazioni raccolte nelle due fasi principali
161
a low, or no probability of being affected by peak
flows, or areas never affected by the flood events
recorded in the past, or areas protected by defensive
works which will be effective even in extreme events.
Areas with a medium level of hazard are those which
have been subject to recorded flow surges or bank
erosion in the past, or areas with a moderate probability of being flooded or affected by bank erosion.
These areas may expect limited depth of runoff (20
cm to 30 cm maximum) and transport of sand/gravel.
The areas which are classified as a high level of hazard have a high probability of being affected by bank
erosion and transport of mass and/or sediment, with
the deposit of large quantities of sediment and damage to structures and property. This category
includes the active channel and its surroundings and
any channels that may be reactivated in the event of
a flow surge.
The current condition and role of protective structures is as follows: just uphill from the tip of the fan
are two stone and mortar dykes around 5 m - 6 m
high: the first was completely overflowed upstream.
Near the tip of the fan (rock threshold) is the first of
the six dykes/thresholds that characterise the tip area
of the Torrent, to the hydrographic left an embankment (a stone wall) greatly reduces the runoff section
(around 3 m - 4 m); in the area upstream of the main
road bridge and arched bridge there are a number of
embankments and slides on the bed.
162
Gefährdungskarte bei, die in drei Klassen unterteilt
ist: niedrig, mittel und hoch.
In die niedrige Gefährdungsklasse wurden die Gebiete
eingeordnet, die durch ihre morphologischen
Eigenschaften geringe oder keine Wahrscheinlichkeit
aufweisen, von Wildbachprozessen betroffen zu werden, die in der Vergangenheit nie von dokumentierten
Überschwemmungsphänomenen betroffen waren oder
die durch Verteidigungsbauten geschützt sind, die auch
für Extremereignisse ausgelegt sind.
In die mittlere Gefährdungsklasse wurden Gebiete
eingestuft, die in der Vergangenheit von historisch
dokumentierten Hochwasserereignissen und von
Ufererosion betroffen waren, oder Gebiete, die mit
mäßiger Wahrscheinlichkeit von Überschwemmungen oder Ufererosion betroffen werden. Im Einzelnen
können Abflüsse mit geringer Wasserhöhe (maximal
20 cm - 30 cm) und Transport von sand- und kieshaltigem Material auftreten.
In die Klasse mit hoher Gefährdung wurden Gebiete
eingestuft, in denen hohe Wahrscheinlichkeit
besteht, dass sie von Ufererosionsphänomenen und
Massen- bzw. Feststofftransport mit Ablagerung von
riesigen Feststoffmengen und Beschädigung von
Bauten und Gebäuden betroffen werden. Außerdem
gehören zu dieser Klasse der aktive Kanal mit seiner
Umgebung und eventuelle Kanäle, die im
Hochwasserfall reaktiviert werden könnten.
Die derzeitige Situation und Aufgabe der Verbauungen
ist folgende: Wenig oberhalb der Spitze sind zwei
Sperren aus Gestein und Mörtel mit zirka 5 m – 6 m
Höhe vorhanden, von denen die erste oberhalb vollständig aggradiert ist. In der Nähe der Kegelspitze
(Felsschwelle) befindet sich die erste von sechs
Schwellensperren, die den Spitzenabschnitt auszeichnen. Auf der hydrographisch linken Seite verringert ein
Damm (Steinmauer) den Abflussquerschnitt erheblich
(zirka 3 m - 4 m); im Abschnitt oberhalb der Brücke auf
der Provinzstraße und der Bogenbrücke wurden einige Klippen an beiden Ufern und Rutschen am Boden
gebaut.
hanno concorso all’elaborazione della carta di pericolosità con suddivisione in tre classi: bassa, media
ed alta.
Le aree che rientrano nella classe di bassa pericolosità sono quelle che, per caratteristiche morfologiche,
hanno basse o nulle probabilità di essere interessate
dai processi torrentizi, oppure aree mai interessate
nel passato da fenomeni alluvionali documentati o
aree protette da opere di difesa efficaci anche per
eventi estremi.
Le aree che rientrano nella classe di media pericolosità sono quelle interessate nel passato da eventi di
piena e da erosioni di sponda documentati su base
storica oppure aree con moderata probabilità di
essere esposte a inondazione o a erosioni di sponda.
In particolare si possono avere deflussi con altezze
idriche ridotte (massimo 20 cm - 30 cm) e trasporto
di materiali sabbioso-ghiaiosi.
Le aree che rientrano nella classe ad alta pericolosità sono quelle con alta probabilità di essere interessate da fenomeni di erosione di sponda e di trasporto in massa e/o di trasporto solido con deposizione di
ingenti quantità di materiale solido e danneggiamento di opere e manufatti. Inoltre in questa classe rientrano il canale attivo con le sue pertinenze ed eventuali canali riattivabili in caso di piena.
Lo stato ed il ruolo attualmente svolto dalle opere
di sistemazione è il seguente: poco a monte dell’apice sono presenti due briglie in pietrame e malta
dell’altezza di circa 5 m - 6 m, di cui la prima risulta completamente sovralluvionata a monte. In prossimità dell’apice del conoide (soglia in roccia) è
presente la prima di sei briglie-soglia che caratterizzano il tratto apicale; in sinistra idrografica un
argine (muro in pietrame) riduce notevolmente la
sezione di deflusso (circa 3 m - 4 m); nel tratto a
monte del ponte sulla strada provinciale e del ponte
ad archi sono state realizzate alcune scogliere su
entrambe le sponde e degli scivoli sul fondo.
Figure 4.2.2.A/2.3 Aerial photos of the Rossiga Torrent fan.
Figur 4.2.2.A/2.3 Luftaufnahmen des Kegels T. Rossiga.
Figura 4.2.2.A/2.3 Foto aeree del conoide del T. Rossiga.
163
Figure 4.2.2.A/2.4 Critical points on the channel.
Figur 4.2.2.A/2.4 Kritische Punkte am Sammelkanal.
Figura 4.2.2.A/2.4 Punti critici sul collettore.
164
4.2.2.A/2.3 Results
The Val Rossiga Torrent fan lies at the mouth of the
Pialo Valley, throughout which, in the event of exceptional meteorological events, there may be debris
flows affecting the area of the fan. The accentuated
bend in the Pioverna Torrent at the mouth of the
Rossiga Torrent illustrates the intense flow activity
that the latter is subject to. The Rossiga Torrent currently runs to the right of the fan, but there are clear
signs of migration to the left side in earlier periods.
The morphological characteristics of the tip greatly
condition the level of hazard of the fan; much
depends on the possibility of the flow to travel in this
section of the channel without overflowing from the
main channel, and in the event of mass transport of
high magnitude the central and left-hand channels of
the fan may open again. Medium hazard areas (in
yellow) have been identified around the high hazard
areas (in red), also taking possible runoff directions
into consideration. Low hazard areas (in green) are in
outlying sectors (except the possible influence of the
receptor) and in the right section of the fan, which is
higher than the channel (Figure 4.2.2.A/2.5).
Der Kegel des Val Rossiga befindet sich an der
Mündung des Valle del Pialo, in dem bei außergewöhnlichen Witterungsereignissen Murenphänomene
eintreten, die das Kegelgebiet betreffen können. Die
akzentuierte Biegung, die der Hauptfluss T. Pioverna
am Zufluss des T. Rossiga vollzieht, beweist die intensive Wildbachtätigkeit, die im letzteren auftritt. Derzeit
fließt der T. Rossiga in den rechten Abschnitt des
Kegels, aber es gibt klare Hinweise auf historische
Migration im linken Abschnitt. Die morphologische
Anlage der Spitze prägt die Gefährdung des Kegels
stark; viel hängt von der Möglichkeit ab, dass der
Strom diesen Abschnitt durchqueren kann, ohne aus
dem Hauptkanal auszutreten; bei Ereignissen mit
Massentransport starker Magnitude könnten nämlich
Kanäle im mittleren und linken Abschnitt des Kegels
reaktiviert werden. Die Gebiete mit mittlerer
Gefährdung (gelb) wurden um die stark gefährdeten
Gebiete (rot) herum bezeichnet, auch in Anbetracht
der möglichen Abflussrichtungen. Die gering gefährdeten Gebiete (grün) sind in den distalen Sektoren
(mit Ausnahme der möglichen Einflüsse des
Hauptflusses) und im rechten Teil des Kegels zu
erkennen, der im Verhältnis zum Flussbett erhöht ist
(Figur 4.2.2.A/2.5).
Il conoide della Val Rossiga si trova allo sbocco della
Valle del Pialo, lungo la quale in caso di eventi
meteorici eccezionali si verificano fenomeni di colata
detritica che possono interessare l’area di conoide.
L’accentuata curvatura che il ricettore T. Pioverna
compie in corrispondenza dello sbocco del T.
Rossiga dimostra l’intensa attività torrentizia cui quest’ultimo è soggetto. Attualmente il T. Rossiga scorre
nel settore destro del conoide, ma vi sono chiare evidenze di migrazione in epoca storica nel settore sinistro. L’assetto morfologico dell’apice condiziona fortemente le condizioni di pericolosità del conoide; molto
dipende dalla possibilità che la colata riesca a transitare in questo tratto senza fuoriuscire dal canale
principale; infatti nel caso di eventi di trasporto in
massa di forte magnitudo potrebbero essere riattivati canali nel settore centrale e sinistro del conoide. Le
aree a pericolosità media (gialle) sono individuate in
un intorno delle aree ad alta pericolosità (rosse)
anche in considerazione delle possibili direzioni di
deflusso. Le aree a bassa pericolosità (verdi) si individuano nei settori distali (fatta eccezione per le possibili influenze del ricettore) e nel settore destro del
conoide, rialzato rispetto all’alveo (Figura
4.2.2.A/2.5).
165
Figure 4.2.2.A/2.5 Outline of levels of hazard (red areas – high level of hazard,
yellow areas – medium level of hazard, green areas – low level of hazard).
Figur 4.2.2.A/2.5 Begrenzung der Gefährdung (rote Flächen – hohe Gefährdung,
gelbe Flächen – mittlere Gefährdung, grüne Flächen – geringe Gefährdung).
Figura 4.2.2.A/2.5 Delimitazione della pericolosità (aree rosse - elevata
pericolosità, aree gialle - media pericolosità, aree verdi - bassa pericolosità).
166
Figure 4.2.2.A/2.6 Comparison between the areas affected by the 2002 event (blue
line) and the high hazard level areas identified using the geomorphologic method.
Figur 4.2.2.A/2.6 Vergleich zwischen den Gebieten, die vom Ereignis 2002
betroffen waren (blaue Linie), und den stark gefährdeten Gebieten,
die mit der geomorphologischen Methode festgestellt wurden.
Figura 4.2.2.A/2.6 Confronto tra le aree interessate dall’evento 2002 (linea
azzurra) e le aree ad elevata pericolosità individuate con il metodo geomorfologico.
The hazard map for the Rossiga Torrent fan, created
using the historic/geomorphologic method, was compared with what occurred during the November 2002
event: these data were purposefully not taken into
account when the method was applied. The comparison revealed a satisfactory congruity between the
area determined by the method and that of the actual event (Figure 4.2.2.A/2.6); in the first case as a
precautionary measure a high hazard level was
attributed to the left bank area up to the Pioverna
Torrent, which was not involved in November 2002.
As a further element of comparison § 4.2.2.B/3.4
illustrates the results of applying a bidimensional
numeric model (FLO-2D) to the same sample area
(Figure 4.2.2.B/3.3).
Die Gefährdungskarte des Kegels T. Rossiga, die mit
der historisch-geomorphologischen Methode erstellt
wurde, wurde mit den Ereignissen von November
2002 verglichen. Diese Daten wurden in der Tat
bewusst nicht für die Anwendung der Methode selbst
verwendet. Der Vergleich hat eine gute Übereinstimmung zwischen dem von der Methode bestimmten
Expansionsgebiet und dem des realen Ereignisses
ergeben (Figur 4.2.2.A/2.6). Im ersten Fall wurde im
Vergleich zum zweiten vorsichtshalber eine hohe
Gefährdung für das Gebiet am linken Ufer bis zum T.
Pioverna definiert, das von dem Ereignis im
November 2002 nicht betroffen war.
Als weiteres Vergleichselement wird auf § 4.2.2.B/3.4
verwiesen, in dem die Ergebnisse der Anwendung
eines numerischen zweidimensionalen Modells
(FLO-2D) auf das gleiche Untersuchungsgebiet dargestellt sind (Figur 4.2.2.B/3.3).
La carta della pericolosità del conoide del T. Rossiga
realizzata con il metodo storico-geomorfologico è
stata raffrontata con quanto avvenuto nell’evento del
novembre 2002; tali dati non sono stati infatti volutamente considerati per l’applicazione del metodo stesso. Il confronto ha messo in evidenza una buona congruità tra l’area di espansione determinata dal metodo e quella dell’evento reale (Figura 4.2.2.A/2.6); nel
primo caso è stata definita in modo cautelativo rispetto al secondo una elevata pericolosità all’area in
sponda sinistra sino al T. Pioverna, non interessata
dall’evento del novembre 2002.
Come ulteriore elemento di confronto si rimanda al
§ 4.2.2.B/3.4, in cui sono esposti i risultati dell’applicazione alla medesima area campione di un modello
numerico bidimensionale (FLO-2D) (Figura
4.2.2.B/3.3).
167
§ 4.2.2.A/3 ARPA PIEMONTE
Italy - Piemonte
Vinadio (CN)
Basin - Becken - bacino
Stura di Demonte
Stream - Ffluß - Corso d’acqua Neraissa di Vinadio
Figure 4.2.2.A/3.2 Front view of the Rio Neraissa fan.
Figur 4.2.2.A/3.2 Vorderansicht des Kegels Rio Neraissa.
Figura 4.2.2.A/3.2 Vista frontale del conoide del Rio Neraissa.
Figure 4.2.2.A/3.1 The area of study and location
of the catchment described.
Figur 4.2.2.A/3.1 Untersuchungsgebiete und Standort
des beschriebenen Beckens.
Figura 4.2.2.A/3.1 Aree d’indagine e ubicazione del bacino descritto.
168
Figure 4.2.2.A/3.3 Historical cartography of Rio Neraissa (Porro, 1898).
Figur 4.2.2.A/3.3 Historische Kartographie des Rio Neraissa (Porro, 1898).
Figura 4.2.2.A/3.3 Cartografia storica del Rio Neraissa (Porro, 1898).
Piedmont has many large Alpine valleys characterised by minor channels with typical Torrent flow
characteristics. The 100 tributary catchments selected in Orco and Stura di Demonte valleys repeatedly
experience peak flows, as recorded in the GIS documentation of Arpa Piemonte.
These historic records start by characterising the
type of process which occurred and then describe
the effects caused on buildings and infrastructures.
With regards to the eight hydrographic basins selected for the present project to trial this type of study
there is considerable information referring to reactivations of the fan area in the 20th century.
In the previous project, Collection and organisation of
local data; hazard and risk assessment of natural
phenomena and creation of Communal Plans for
Civil Protection, carried out in the context of the
INTERREG IIC Programme (Regione Piemonte,
2001), the hazard level of 110 fans in the Susa Valley
was evaluated and outlined. For the purposes of a
homogeneous approach this information was brought
into line with the data produced for the Orco and
Stura di Demonte valleys for the CatchRisk Project.
There is much urban development in three valley
areas in consideration, and due to this the hazard
assessment represents a fundamental procedure for
a subsequent risk analysis.
Das Piemont umfasst eine beträchtliche Anzahl von
bedeutenden Alpentälern, die sich durch Evolution
der
kleineren
Zweige
mit
typischem
Wildbachcharakter auszeichnen. Besonders die 100
Zuflussbecken der Täler Valle Orco und Valle Stura di
Demonte werden wiederholt von Phänomenen des
Wildbachhochwassers betroffen, wie aus der
Dokumentation im Geologischen Informationssystem
von Arpa Piemonte hervorgeht. Die historische
Dokumentation geht von der Charakterisierung des
eingetretenen Prozesses aus und gelangt dann zur
Beschreibung seiner Auswirkungen auf Gebäude
und Infrastrukturen. Vor allem die acht
Zuflussgebiete, die für das vorliegende Projekt für
das Experiment einer gründlicheren Untersuchung
ausgewählt wurden, zeichnen sich durch zahlreiche
Daten zu Reaktivierungen des Kegelapparats im XX.
Jahrhundert aus.
Im Laufe des vorangegangenen Projekts Sammlung
und Organisation von Territorialdaten; Auswertung
von Gefährdung und Risiko der Naturphänomene
und Vorbereitung für kommunale Pläne zum
Zivilschutz im Rahmen des Programm INTERREG
IIC (Region Piemont, 2001) wurde die Gefährdung
von 110 Kegeln im Susatal beurteilt und umrissen;
aus Gründen der Homogenität wurden diese
Informationen im Projekt CatchRisk mit den Daten
abgeglichen, die für die Täler Orco und Stura di
Demonte produziert wurden.
Die drei untersuchten Talkontexte sind ziemlich
anthropisiert; aus diesem Grunde stellt eine
Beurteilung der Gefährdung ein wesentliches
Element für eine spätere Risikoanalyse dar.
Il Piemonte comprende un numero consistente di vallate alpine importanti, caratterizzate da evoluzione
delle aste minori a carattere tipicamente torrentizio.
In particolare i 100 bacini tributari delle Valli Orco e
Stura di Demonte, selezionati nel presente Progetto,
sono stati ricorrentemente interessati da fenomeni di
piena torrentizia, come testimoniato dalla documentazione disponibile nel Sistema Informativo
Geologico di Arpa Piemonte. Tale documentazione
storica parte dalla caratterizzazione della tipologia di
processo verificato per giungere alla descrizione
degli effetti indotti su edificati ed infrastrutture. In particolare gli otto bacini idrografici selezionati nel presente Progetto per sperimentare un approfondimento sono caratterizzati da un numero consistente di
dati riferiti a riattivazioni dell’apparato di conoide nel
XX secolo.
Nel corso del precedente Progetto Raccolta ed organizzazione di dati territoriali; valutazione di pericolosità e rischio dei fenomeni naturali e predisposizione
di Piani Comunali di Protezione Civile nell’ambito del
Programma INTERREG IIC (Regione Piemonte,
2001) è stata valutata e perimentrata la pericolosità
di 110 conoidi ricadenti in Val di Susa; per esigenze
di omogeneità tali informazioni sono state riallineate
nel Progetto CatchRisk ai dati prodotti per le Valli
Orco e Stura di Demonte.
I tre contesti vallivi oggetto di studio sono discretamente antropizzati; per questa ragione una valutazione della pericolosità costituisce un fondamentale tassello per una successiva analisi di rischio.
169
Assessment of hazard level on the fan
The work to assess levels of hazard, carried out on
40 fans in the Orco Valley and 60 in the Stura di
Demonte Valley, including the Rio Neraissa fan, is
described below.
• Multitemporal cartographic analysis aimed at
reconstructing the most evident morphological
and physiographic alterations to the fan from the
19th century onwards caused by the combined
effect of violent flow processes, human inhabitation and the conditioning of the torrent bed with
works of protection;
• Multitemporal analysis of aerial photographs with
the aim of identifying the main developmental
characteristics of the active areas of the fan: position and width of the main discharge channel(s),
the development of any works to condition the torrent bed, the interference of inhabitation/infrastructures, vegetation, relations between the
dynamics of deposits on the fan and the morphological evolution of the receptor watercourse;
• Analysis of documentation and creation of an
archive of recorded historic events, consolidating
the database by filtering records of the same event
from more than one source;
• Establishing the morphometric parameters of the
catchment, fan and hydrographic network, identifying the main channel, tributary channels and the
main discharge channel on the fan; the reference
cartography used was the numeric Regional
Technical Map of Regione Piemonte on a scale of
1:10’000 and the Digital Elevation Model of Arpa
Piemonte (10 x 10 m2 grid);
• A field survey of the particular geomorphologic
features of the fan and hydraulic works present in
the main discharge channel(s): systematic acqui-
Bewertung der Gefährdung im Kegel
Die Tätigkeiten für die Gefährdungsanalyse, die an
40 Kegeln im Valle Orco und 60 im Valle Stura di
Demonte durchgeführt wurden, darunter am Kegel
des Rio Neraissa, werden im Folgenden dargestellt.
• Kartographische multitemporale Analyse mit dem
Ziel, die deutlichsten morphologischen und physiographischen Änderungen der Kegelapparate ab
dem 19. Jahrhundert zu rekonstruieren, die durch
die
kombinierte Wirkung
von
heftigen
Wildbachprozessen, anthropischer Besiedlung
und Konditionierung der Bachbetten mit
Verteidigungsbauten entstanden;
• Multitemporale Luftbildinterpretation, um die
wichtigsten Evolutionseigenschaften der aktiven
Kegelsektoren zu erkennen: Lage und Amplitude
des/der wichtigsten Abflusskanäle, Entwicklung
eventueller Konditionierungsbauten des Bachbetts,
Interferenzen mit Siedlungen/Infrastrukturen,
Vegetationssituation,
Beziehung
zwischen
Ablagerungsdynamik im Kegel und morphologischer Evolution des aufnehmenden Wasserlaufs;
• dokumentarische Analyse und Katalogisierung
der historisch belegten Ereignisse, wobei die
Datenbank entsprechend bereichert wurde, nachdem die in verschiedenen Quellen verzeichneten
Berichte zum gleichen Ereignis gefiltert wurden;
• morphometrische
Parametrierung
des
Zuflussbeckens, des Kegels und des hydrographischen Netzes getrennt nach: Hauptzweig,
Zuflusszweige zum Becken und wichtigster
Abflusskanal im Kegel. Die kartographische
Bezugsbasis sind die digitale Grundkarte der
Region Piemont im Maßstab 1:10’000 und das
digitale Geländemodell von Arpa Piemonte
(Raster 10 x 10 m2);
Valutazione della pericolosità in conoide
Le attività per la valutazione della pericolosità, condotte su 40 conoidi in Valle Orco e 60 in Valle Stura
di Demonte, tra i quali ricade il conoide del Rio
Neraissa, sono di seguito esposte.
• Analisi cartografica multitemporale mirata a ricostruire le più evidenti modificazioni morfologiche e
fisiografiche degli apparati di conoide dal XIX
secolo, subite per effetto combinato di processi di
violenta attività torrentizia, insediamento antropico
e condizionamento degli alvei con opere di difesa;
• analisi aereofotografica multi-temporale finalizzata
al riconoscimento delle principali caratteristiche
evolutive dei settori attivi del conoide: posizione ed
ampiezza del/i canale/i di scarico principale/i, sviluppo di eventuali opere di condizionamento dell’alveo, interferenze con insediamenti/infrastrutture, assetto vegetazionale, rapporti tra dinamica
deposizionale in conoide ed evoluzione morfologica del corso d’acqua recettore;
• analisi documentale e catalogazione degli eventi
storici documentati, consolidando opportunamente la base-dati previo filtraggio dei record relativi al
medesimo evento censito da più fonti;
• parametrizzazione morfometrica del bacino di alimentazione, del conoide e del reticolo idrografico
distinto in: asta principale, aste tributarie nel bacino e canale di scarico principale in conoide; le
basi cartografiche di riferimento sono la Carta
Tecnica Regionale numerica della Regione
Piemonte alla scala 1:10’000 ed il Modello Digitale
del Terreno di Arpa Piemonte (maglia 10 x 10 m2);
• rilievo di campagna dei peculiari elementi geomorfologici dell’apparato di conoide e delle opere
idrauliche presenti lungo il/i canale/i principale/i di
scarico: acquisizione sistematica delle informazio-
170
sition of information regarding the degree of incision and the path of the channel at the tip, middle and end sections of the fan, presence and
type of overflow deposits, the presence of characteristics and the role of erosion grooves and
channels, survey and evaluation in terms of function and effectiveness of the containment works
present. This information, once sorted into
parameters and classified, is translated into
maps, and by overlaying these thematic maps,
according to the due weighting to each one, we
arrive at levels of hazard (Figure 4.2.2.A/3.4);
• Evaluation of the magnitude of transport of sediment using the empirical formulae developed by
Bianco & Franzi (2000) and Ceriani et al. (2000),
identifying in parallel the factors which increase or
reduce potential debris in the catchment (presence of gravitational movements uphill of the tip of
the fan, presence of man-made or natural barriers
along the watercourse, etc.)
• Hydrological analysis of the catchment: an estimate of the maximum flows of water generated
(Anselmo, 1985) and the type of process expected.
Studies of the sample catchment
In order to verify these hazard assessments, detailed
studies were carried out in eight sample catchments,
including the Rio Neraissa catchment, to quantify the
debris effectively available to be transported on the
flows, 1) down the current watercourse, taking the
presence and role of preventive structures into
account, 2) originating from the slope, due to the
process of erosion in the area and gravitational
movements of the slope.
1) To quantify debris in the channel the following criteria were applied: for each major section of the
network (presence of protective works, confluence, major morphological variations, instabili-
• Landvermessung der besonderen geomorphologischen Elemente des Kegelapparats und der
Wasserbauten
am
Hauptabflusskanal/den
Hauptabflusskanälen: systematische Erfassung
der Informationen zum Einschnittgrad und
planimetrischen Verlauf des Kanals im Spitzen-,
Mittel- und Endabschnitt, Präsenz und Art der
Sedimente außerhalb des Betts, charakteristisches Auftreten und Rolle von Furchen und
Erosionskanälen, Registrierung und Auswertung
der vorhandenen Verbauungen im Hinblick auf
Funktionalität
und
Wirksamkeit.
Diese
Informationen wurden nach der Parametrierung
und Klassifizierung in angemessene kartographische Darstellungen übersetzt; die Überlagerung
der thematischen Elemente mit der gewichteten
Summe der Punktzahlen ermöglichte die
Einstufung in Gefährdungsklassen (Figur
4.2.2.A/3.4);
• Auswertung der Magnitude der erwarteten
Phänomene von Feststofftransport mit den
empirischen Formeln von Bianco & Franzi (2000)
und Ceriani et al. (2000), wobei parallel die
Faktoren erarbeitet wurden, die in der Lage sind,
das im Becken mobilisierbare Geschiebepotenzial
zu steigern oder zu verringern (Auftreten von
Gravitationsbewegungen
oberhalb
der
Kegelspitze, künstliche oder natürliche Sperren
am Zweig etc.);
• hydrologische Analyse des Beckens im Hinblick
auf Schätzung der Wassermengen, die bei
Ereignissen maximaler Intensität erzeugt werden
können (Anselmo, 1985) und erwarteter Typ des
Prozesses.
Gründlichere Untersuchungen in den
Stichprobenbecken
Für
einen
Nachweis
der
Gefährdungsbewertungen
wurden
bisherigen
in
acht
ni relative a grado di incisione e andamento planimetrico del canale nei settori apicale, mediano e
terminale del conoide, presenza e tipologia dei
depositi fuori alveo, presenza caratteristiche e
ruolo di solcature e canali d’erosione, censimento
e valutazione in termini di funzionalità ed efficacia
delle opere di sistemazione presenti. Tali informazioni, parametrizzate e classificate, vengono tradotte in opportuni elaborati cartografici; la sovrapposizione dei tematismi con somma pesata dei
punteggi permette di ricavare classi di pericolosità
(Figura 4.2.2.A/3.4);
• valutazione della magnitudo dei fenomeni di trasporto solido atteso con le formule empiriche di
Bianco & Franzi (2000) e Ceriani et al. (2000),
individuando parallelamente i fattori in grado di
esaltare o ridurre il potenziale detritico mobilizzabile nel bacino (presenza di movimenti gravitativi a
monte dell’apice del conoide, presenza di sbarramenti artificiali o naturali lungo l’asta, etc.);
• analisi idrologica del bacino in termini di stima
delle portate liquide che possono essere generate in eventi di massima intensità (Anselmo, 1985)
e valutazione del tipo di processo atteso.
Approfondimenti nei bacini-campione
Per una verifica delle valutazioni di pericolosità effettuate, in otto bacini-campione tra i quali il bacino del
Rio Neraissa, sono state condotte indagini di dettaglio nel bacino per quantificare il detrito effettivamente disponibile ad essere movimentato nel corso di
processi torrentizi: 1) presente lungo le aste torrentizie, nello stato attuale, tenendo conto della presenza
e del ruolo delle opere di sistemazione, 2) derivante
dai versanti per effetto di processi erosivi areali e
movimenti gravitativi di versante.
1) Per la quantificazione lungo le aste i criteri sono
stati i seguenti: per ogni sezione significativa del
reticolo (presenza di opere, confluenza, rilevante
171
ty,...) information regarding the following areas
must be gathered: nature of the bed substrate,
dimensions of the cross section and availability
of transportable sediment, in order to evaluate
the unit magnitude, that is the volume of debris
present in a lengthwise unit of that section.
Analysing the variations in intensity of this
parameter throughout the channel provides an
immediate visualisation of potential areas of
mass transport.
2) To analyse the slopes the following factors were
taken into consideration: 2a) the events of instability recorded by the I.F.F.I. Project (Italian
Inventory of Landslides) on a scale of 1:10’000,
which are given a theoretical value calculated from
the surface of rupture multiplied by the percentage
of the volume of the landslide which could be
moved again during an event (taking into account
the effects on the hydrographical network and
considering the maximum and minimum trigger
situations); 2b) accelerated processes of erosion,
partial movement of debris slopes and small landslides which would affect the hydrographical network; these processes were calculated taking into
account the volume which would affect the hydrographical network in maximum and minimum scenarios.
It is also important to estimate the volume of debris
physically available in the high and very high risk
areas of the fan. To this end we reconstructed three
theoretical deposit surfaces in correspondence with
these areas, to reflect three scenarios of increasing
intensity (expressed as the height of the expected
deposits), starting from a series of points representative of the current landscape. The volume present in
the three scenarios is calculated automatically, as the
difference between the theoretical deposit surfaces
and the current morphological surfaces. To verify the
level of caution in outlining the areas subject to risk,
172
Stichprobenbecken, darunter dem des Rio Neraissa,
Detailuntersuchungen durchgeführt, um das
Geschiebe zu quantifizieren, das tatsächlich verfügbar ist, um im Laufe von Wildbachprozessen bewegt
zu werden, und zwar 1) entlang den Bachzweigen im
derzeitigen Zustand, wobei das Vorhandensein und
die Rolle der Verbauungen berücksichtigt wurde, und
2) von den Hängen kommend, durch Auswirkung von
Flächenerosionsprozessen
und
Gravitationsbewegungen des Hangs.
1) Für die Quantifizierung an den Zweigen wurden
folgende Kriterien angewendet: Für jeden signifikanten Abschnitt des Netzes (Bauten,
Zusammenfluss, relevante morphologische
Veränderung,
Zerrüttung
o.ä.)
werden
Informationen zu folgenden Aspekten eingeholt:
Natur des Substrats im Bachbett, Größe des
Querschnitts und Verfügbarkeit von mobilisierbaren Sedimenten, um die einzelne Magnitude auszuwerten, d.h. das Geschiebevolumen im
Querschnitt in einem einzelnen Längsabschnitt.
Untersucht man die Variation der Intensität dieses
Parameters entlang den Zweigen, kann man
unmittelbar die Zonen ersehen, die potenzielle
Quellen für Massentransportphänomene sind.
2) Für die Analyse der Hänge wurden berücksichtigt:
2a) die vom Projekt I.F.F.I. (Inventar der
Erdrutschphänomene in Italien) im Maßstab
1:10’000 registrierten Zerrüttungen, für die man
ausgehend von der Erdrutschoberfläche und der
durchschnittlichen Tiefe der Bruchfläche ein theoretisches Volumen schätzt. Die wird mit dem
Prozentsatz des Erdrutschvolumens multipliziert,
das bei einem Ereignis erneut mobilisiert werden
kann (wobei die Afferenz zum hydrographischen
Netz berücksichtigt wird und zwei Hypothesen für
die maximale und die minimale Aktivierung in
Betracht gezogen werden); 2b) die Prozesse
beschleunigter Erosion, partieller Remobilisierung
variazione morfologica, dissesto,…) sono state
acquisite informazioni relative a: natura del substrato in alveo, dimensioni della sezione trasversale e disponibilità di sedimenti mobilizzabili, al
fine di valutare la magnitudo unitaria cioè il volume
di detrito presente nella sezione in un tratto longitudinale unitario. L’analisi della variazione di intensità di questo parametro lungo le aste consente di
visualizzare con immediatezza le zone sorgente
potenziali per fenomeni di trasporto in massa.
2) Per l’analisi dei versanti si sono considerati: 2a) i
dissesti censiti dal Progetto Inventario dei
Fenomeni Franosi in Italia (I.F.F.I., 2004) in scala
1:10.000, per i quali si stima un volume teorico
dato dalla superficie in frana per la profondità
media della superficie di rottura, da moltiplicare
per la percentuale del volume in frana rimobilizzabile in caso di evento (tenendo conto dell’afferenza al reticolo idrografico e considerando due ipotesi di attivazione massimale e minimale); 2b) i
processi di erosione accelerata, di parziale rimobilizzazione delle falde detritiche e le frane di ridotte dimensioni incombenti sul reticolato idrografico;
per questi processi si è stimato il volume movimentabile afferente al reticolo nei due scenari
massimale e minimale.
Altrettanto importante è stimare il volume di detrito
fisicamente deponibile nelle aree di conoide a grado
di pericolosità elevato e molto elevato. A tal fine sono
state ricostruite in corrispondenza di tali aree tre
superfici di deposizione teoriche corrispondenti a tre
scenari d’evento di intensità crescente (espressa
come altezza di deposito atteso), a partire da una
serie di punti rappresentativi del piano campagna
attuale: in particolare la stima dei volumi nei tre scenari viene calcolata in modo automatico per differenza tra le superfici deposizionali teoriche e la superficie morfologica attuale. Per verificare la cautelatività
della perimentrazione delle aree esposte a pericolo
we compared the volumes involved in these scenarios with the estimated quantity of material in the
catchment.
der Geschiebeschichten und die bevorstehenden
Erdrutsche geringerer Ausmaße im hydrographischen Netz; für diese Prozesse wurde das bewegbare Volumen, das zum Netz gehört, in den zwei
Szenarien maximal und minimal geschätzt.
Ebenso wichtig ist es, das Geschiebevolumen zu
schätzen, das physisch in den Kegelgebieten mit
hohem und sehr hohem Gefährdungsgrad deponierbar ist. Zu diesem Zweck wurden an diesen
Gebieten, ausgehend von einer Reihe von repräsentativen
Punkten
für
die
derzeitigen
Geländeoberkante,
drei
theoretische
Ablagerungsflächen
rekonstruiert,
die
drei
Ereignisszenarien mit steigender Intensität entsprechen (ausgedrückt als erwartete Ablagerungshöhe):
Die Schätzung der Volumina in den drei Szenarien
wird dabei durch die Differenz zwischen den theoretischen Ablagerungsflächen und der aktuellen morphologischen Oberfläche automatisch berechnet. Um
die Sicherheitsspanne bei der Abgrenzung der
gefährdeten Gebiete zu überprüfen, wurden die
Volumen aus diesen Szenarien mit der im Becken
geschätzten Materialmenge verglichen.
sono stati confrontati i volumi corrispondenti a tali
scenari con la quantità di materiale stimata nel bacino.
173
Punteggio Assetto morfologico
canali di scarico attivi e/o potenzialmente riattivabili; in presenza di
cartografia degli eventi storici, sono ivi comprese le aree di transito
4 punti
e/o accumulo di materiale grossolano; presenza di depositi circoscritti o di evidenti solcature d’erosione
canali abbandonati difficilmente riattivabili nelle attuali condizioni
morfologiche oppure zone in passato indirettamente influenzate
dallo scarico: a) fasce laterali dei canali di scarico, la cui ampiezza
3 punti
è in funzione della morfologia locale, b) zona di transito e/o accumulo di materiale prevalentemente fine proveniente dai canali di
scarico principali; presenza di solcature d’erosione diffuse
settori scarsamente influenzati dalla presenza di canali di scarico
attivi o riattivabili, raggiungibili solo per particolari situazioni di criti2 punti
cità in eventi di dimensione catastrofica; superfici sopraelevate sull’incisione torrentizia
zone per nulla influenzate dalla presenza di canali di scarico attivi o
1 punto
riattivabili; superfici decisamente sopraelevate sull’incisione torrentizia
Punteggio Condizioni di deflusso
4 punti
Deflusso decisamente ostacolato o canale pensile (angolo di immissione del canale in apice molto elevato, anse a gomito, angolo di
confluenza con il ricettore molto elevato, sezioni critiche, canale attivo sopraelevato rispetto alla zona circostante, collegamento più o
meno evidente con canali secondari di scorrimento)
3 punti
Deflusso ostacolato, canale attivo scarsamente inciso (sezioni ridotte, anse relativamente strette, possibile collegamento con canali
secondari di scorrimento)
2 punti
Deflusso relativamente agevole nel canale attivo, con remota possibilità di ostruzione/esondazione in caso piena eccezionale
1 punto
Condizioni favorevoli per il deflusso delle acque nel canale attivo
Punteggio
4 punti
3 punti
2 punti
1 punto
Classe
Punteggio
A
4 punti
B
3 punti
C
2 punti
D
1 punto
Influenza delle opere
sistematorie/punteggio
Positiva (-1)
Ininfluente (0)
Parziale o negativa (+1)
Table 4.2.2.A/3.1 Weightings attributed to the factors which determine levels of hazard.
Tabelle 4.2.2.A/3.1 Punktwertung für die Faktoren der Gefährdungsbestimmung.
Tabella 4.2.2.A/3.1 Punteggi da attribuire ai fattori che determinano la pericolosità.
174
Acclività
Superiore al 15%
Compresa tra il 7 e il 15%
Compresa tra il 2 e il 7%
Inferiore al 2%
Assetto vegetazionale
Vegetazione pioniera su terreno ciottoloso con
i primi larici e pini
Alberi (pini, larici) di età diversa con abeti rossi
su terreno grossolano e ghiaioso
Predominanza di prati interrotti da trincee di
massi e suolo sassoso
Assenza di trincee di massi, terrazzamenti e
minor presenza di materiale sassoso nel suolo
Descrizione
Opere di protezione realizzate correttamente e
pienamente efficaci, in buone condizioni di
manutenzione, manufatti di attraversamento con
basso impatto sul deflusso di colate detritiche.
Opere assenti o tipologicamente ininfluenti
sulle modalità di propagazione delle correnti
detritiche.
Opere di protezione di efficacia non ideale,
manutenzione carente, manufatti di attraversamento e restringimenti artificiali d’alveo in grado
di ostacolare gravemente il deflusso delle colate;
briglie che determinano innalzamento del fondo
alveo in prossimità della struttura. Piste di accesso all’alveo a bassa pendenza, divergenti dal
canale di scarico, possibili vie preferenziali di
esondazione; opere idrauliche e/o ponti in prossimità dell’apice, tali da poter deviare il flusso o provocare la formazione di sbarramenti temporanei.
Restringimento artificiale dell’alveo nel settore
medio-distale; arginature che impediscono il rientro di deflussi fuori alveo.
(a)
(b)
(c)
(d)
Figure 4.2.2.A/3.4 (a) Zoning of susceptibility for flooding (low - purple, moderate - green, high - yellow, very
high - red); (b) map (a) integrated with runoff conditions in the channel and role of the protective structures;
(c) vegetation cover (dots for field-pasture land, horizontal lines for sheltering wood, vertical lines for oak
woods, diagonal lines for urban areas and infrastructures, blue lines for shingle; (d) hazard zoning (low purple, moderate - green, high - yellow, very high - red).
Figur 4.2.2.A/3.4 (a) Zonierung der Überschwemmungsneigung (niedrig in violett, mäßig in grün, hoch in gelb,
sehr hoch in rot); (b) Karte (a) integrierte Karte mit den Abflusskonditionen in den Kanal und mit der Rolle der
Verbauungen; (c) Vegetationsdeckschicht (gepunktet: Wiesen/Weiden, horizontal gestreift: Ufergehölz, vertikal
gestreift: Stieleichenwälder, schräg gestreift: urbanisierte Gebiete und Infrastrukturen, blau gestreift:
Kiesbetten; (d) Zonierung der Gefährdung (niedrig in violett, mäßig in grün, hoch in gelb, sehr hoch in rot).
Figura 4.2.2.A/3.4 (a) Zonazione della propensione all’inondabilità (bassa in viola, moderata in verde, elevata in
giallo, molto elevata in rosso); (b) carta (a) integrata dalle condizioni di deflusso nel canale e dal ruolo delle opere
di sistemazione; (c) copertura vegetale (in puntinato prato-pascoli, in rigato orizzontale formazioni legnose riparie,
in rigato verticale querceti a roverella, in rigato obliquo aree urbanizzate ed infrastrutture, in rigato azzurro greti;
(d) zonazione della pericolosità (bassa in viola, moderata in verde, elevata in giallo, molto elevata in rosso).
175
4.2.2.A/3.3 Results
The hazard zoning of the fan is the result of overlaying weighted thematic maps illustrating the factors
which increase or mitigate the effects caused by
peak flows: geomorphologic propensity, runoff conditions throughout the main channel, steepness of the
terrain, influence of protective structures and aspect
of vegetation.
Hazard levels are expressed in four categories of
intensity: low, medium, high and very high.
The hazard maps for the fans being studied were
complemented with (Figure 4.2.2.A/3.5 and
4.2.2.A/3.6): 1) cartography of factors of sediment
transport with assessment of the availability of debris
in the catchment; 2) cartographic representation of
the distribution of predicted deposit heights on the
fan in ordinary, serious and catastrophic events, supported by detailed topographic surveys; 3) table of
mean deposit heights expected in floodable areas,
from which the total volume of deposits landing on
high hazard areas of the fan in the three scenarios
can be calculated; 4) a table comparing depositable
volume and available volume of debris in the catchment, to evaluate the estimates of magnitude and the
level of caution applied in zoning the area.
Die Zonierung der Gefährdung im Kegel ergibt sich
aus der gewichteten Überlagerung der thematischen
Elemente, die die vorbereitenden oder mildernden
Faktoren der von den Wildbachprozessen verursachten Auswirkungen ausdrücken: geomorphologische
Neigung, Abflusskonditionen am Hauptkanal,
Neigung des Geländes, Einfluss der Verbauungen
und Vegetation.
Die Gefährdung wird in vier Klassen mit niedriger,
mittlerer, hoher und sehr hoher Intensität ausgedrükkt.
Für die Kegel, die ausführlicher untersucht wurden,
kommen zur Karte der Gefährdung im Kegel hinzu
(Figur 4.2.2.A/3.5 and 4.2.2.A/3.6): 1) Kartographie
der Erzeugungsfaktoren von Feststofftransport mit
Auswertung des verfügbaren Geschiebes in den
Zuflussgebieten; 2) kartographische Darstellung der
Verteilung der Ablagerungshöhen, die bei einem
gewöhnlichen, schwerwiegenden bzw. katastrophalen Ereignis im Kegel vorherzusehen sind, unterstützt
von
topographischen
Detailmessungen;
3)
Erläuterungstabelle
der
durchschnittlichen
Ablagerungshöhen, die in den überschwemmbaren
Gebieten vorhersehbar sind, aus denen man die
Werte des Gesamtvolumens ersehen kann, das in
den Kegelgebieten mit hoher Gefährdung in den drei
angenommenen Szenarien deponierbar ist; 4)
Vergleichstabelle zwischen deponierbarem Volumen
und verfügbaren Geschiebevolumina, die in den
Zuflussgebieten festgestellt wurden, um die
Schätzungen
der
Magnitude
und
die
Sicherheitsspanne bei der Zonierung bewerten zu
können.
La zonazione della pericolosità in conoide è data
dalla sovrapposizione pesata dei tematismi che
esprimono i fattori predisponenti o mitigatori degli
effetti indotti dai processi torrentizi: propensione geomorfologica, condizioni di deflusso lungo il canale
principale, acclività del terreno, influenza delle opere
sistematorie e assetto vegetazionale.
La pericolosità viene espressa in quattro classi di
intensità bassa, media, elevata e molto elevata.
Per i conoidi oggetto di approfondimento alla carta
della pericolosità in conoide si affiancano (Figure
4.2.2.A/3.5 and 4.2.2.A/3.6): 1) cartografia dei fattori
di generazione del trasporto solido con valutazione
della disponibilità di detriti nei bacini di alimentazione; 2) rappresentazione cartografica della distribuzione delle altezze di deposito previste in conoide in
caso di evento rispettivamente ordinario, gravoso e
catastrofico, supportata da rilievi topografici di dettaglio; 3) tabella esplicativa delle altezze di deposito
medie previste nelle aree alluvionabili, da cui ricavare i valori di volume totale di deposito deponibile sulle
aree di conoide ad elevata pericolosità nei tre scenari d’evento ipotizzati; 4) tabella di confronto tra volumi
deponibili e volumi di detrito disponibili riscontrati nei
bacini di alimentazione, per valutare il significato
delle stime di magnitudo e la cautelatività della zonazione effettuate.
176
Figure 4.2.2.A/3.5 Evaluation of availability of debris in the catchment.
Figur 4.2.2.A/3.5 Auswertung der Geschiebeverfügbarkeit in den Zuflussgebieten.
Figura 4.2.2.A/3.5 Valutazione della disponibilità di detriti nei bacini di alimentazione.
Figure 4.2.2.A/3.6 Deposit heights expected in the high
and very high risk areas of the fan in the event of a serious (scenario a)
or catastrophic (scenario b) incident.
Figur 4.2.2.A/3.6 Vorgesehene Ablagerungshöhen in den Kegelgebieten
mit hoher und sehr hoher Gefährdung im Fall eines schwerwiegenden
(Fall a) und katastrophalen Ereignisses (Fall b).
Figura 4.2.2.A/3.6 Altezze di deposito previste nelle aree di conoide
a pericolosità elevata e molto elevata in caso di evento gravoso (caso a)
e catastrofico (caso b).
177
The method put forward for the evaluation of levels of
hazard in the fan area (Hydrodata, 2004) is based on
analyses of the terrain on a macro-catchment level
(Figure 4.2.2.A/3.7). The data generated increase our
knowledge of the area and are managed by the Local
Information System of Arpa Piemonte for the evaluation of natural risks.
The method uses historic research (of great importance for the physical phenomena handled) and
detailed studies to evaluate debris availability (sample catchments).
The intrinsic margin of subjectivity involved in creating parameters of levels of hazard does not lie in the
individual parameters themselves (geomorphology,
incline, vegetation, runoff conditions) which can be
quantified objectively in a system of relative values,
but lies in the weighting to attribute to each set of
parameters. For the purposes of the application summarised here, the individual preliminary factors were
not given weightings different from the whole.
Despite shortcomings from a rheological point of
view, the method in the detailed study aims to provide
a semi-quantitative estimate of the fragility of the
catchment in terms of its propensity for mass flow
transport, and allows us, once parametric hazard
zoning has been carried out, to make a spatial prediction of the processes expected on the fan.
Die vorgeschlagene Methode für die Auswertung der
Gefährdung im Kegel (Hydrodata, 2004) wurde für
territoriale Analysen auf der Ebene des MakroBeckens formuliert (Figur 4.2.2.A/3.7). Die gesammelte Datenmenge erhöht das Wissen in Bezug auf
das Territorium und wird vom Territorialen
Informationssystem von Arpa Piemonte für die
Beurteilung der Naturgefahren verwaltet.
Die Methode stützt sich auf die historische
Untersuchung (die für die behandelten physikalischen Phänomene extrem wichtig ist) und auf
Vertiefungskomponenten
mit
erheblicher
Ausführlichkeit für die Auswertung der Verfügbarkeit
von Geschiebe (Stichprobenbecken).
Die Spanne der Subjektivität, die der Parametrierung
der Gefährdung innewohnt, liegt nicht in den einzelnen
in
Frage
stehenden
Parametern
(Geomorphologie,
Hangneigung,
Vegetation,
Abflusskonditionen), die in einem System von entsprechenden Werten objektiv quantifizierbar sind,
sondern in der Entscheidung, welche Gewichtung
der verschiedenen Parametergruppen zugewiesen
wird. Für die hier zusammengefasste Anwendung
wurden aus diesem Grund den einzelnen Faktoren
keine anderen vorläufigen Gewichtungen als die
Einheit zugewiesen.
Obwohl die Methode vom rheologischen Standpunkt
aus Mängel hat, zielt sie bei der Vertiefung darauf ab,
in semi-quantitativer Weise die Fragilität des Beckens
im Hinblick auf die Neigung zu schätzen,
Wildbachtransport in Massen zu erzeugen. So ist
nach einer parametrischen Zonierung der
Gefährdung eine räumliche Vorhersehung der
Auswirkung der im Kegel erwarteten Prozesse möglich.
Il metodo proposto per la valutazione della pericolosità in conoide (Hydrodata, 2004) è formulato per
analisi territoriali a scala di macro-bacino (Figura
4.2.2.A/3.7). Il bagaglio di dati prodotti incrementa le
conoscenze relative al territorio ed è gestito dal
Sistema Informativo Territoriale di Arpa Piemonte per
la valutazione dei rischi naturali.
Il metodo si avvale della ricerca storica (di estrema
importanza per i fenomeni fisici trattati) e di componenti di approfondimento di discreto dettaglio per la
valutazione della disponibilità di detrito (bacini-campione).
Il margine di soggettività intrinseco alla parametrizzazione della pericolosità è insito non già nei singoli
parametri in gioco (geomorfologia, acclività, vegetazione, condizioni di deflusso), oggettivamente quantificabili in un sistema di valori relativi, bensì nella
scelta di attribuzione di pesi relativi ai diversi gruppi
di parametri. Per l’applicazione qui sintetizzata non
sono stati per questo motivo attribuiti ai singoli fattori
preliminari pesi relativi diversi dall’unità.
Benché carente dal punto di vista reologico, il metodo nella sezione di approfondimento si propone di stimare in modo semi-quantitativo la fragilità del bacino
in termini di propensione a generare trasporto torrentizio in massa, consentendo, previa zonazione
parametrica della pericolosità, una previsione spaziale dell’effetto dei processi attesi in conoide.
178
Figure 4.2.2.A/3.7 Areas studied in the CatchRisk Project: 40 catchments in Valle Orco (top left) and 60 catchments in Valle Stura (top right). The bottom picture shows
a brief analysis of the created database (including data for 110 fans in the Susa Valley). In blue is the sum of the areas of all the fans studied in each valley, in yellow
the sum of areas of all the fans which fall into the high and very high risk category; in red the sum of areas which fall into the very high risk category.
4.2.2.A/3.7 Im Projekt CatchRisk untersuchte Gebiete: 40 Becken im Valle Orco (oben links) und 60 Becken im Valle Stura (oben rechts). Am Seitenfuß die zusammenfassende Analyse auf der Grundlage der erzeugten Daten (einschließlich der Daten von den 110 Kegeln im Susatal). In Blau: Summe der Gebiete aller geprüften Kegel in jedem Tal,
in Gelb: Summe für alle Kegel des Gebiets, die mit hoher und sehr hoher Gefährdung eingestuft wurden, in Rot: Summe der Gebiete mit sehr hoher Gefährdung.
Figura 4.2.2.A/3.7 Aree indagate nel Progetto CatchRisk: 40 bacini in Valle Orco (in alto a sinistra) e 60 bacini in Valle Stura (in alto a destra). In basso analisi sintetica
sulla base dati prodotta (compresi i dati dei 110 conoidi della Val di Susa). In blu somma delle aree di tutti i conoidi esaminati in ogni valle; in giallo somma per tutti i
conoidi delle aree che ricadono nelle classi a pericolosità elevata e molto elevata; in rosso somma delle aree a pericolosità molto elevata.
179
§ 4.2.2.A/4 REGIONE VENETO
Italy - Regione Veneto
S. Vito di Cadore (BL)
Piave
Notes - Bemerkungen - Note See § 4.2.2.B/4
CONOIDI DI CHIAPUZZA
Basin area 5.61 km2
Mean basin slope 30°
Mean altitude 1.462 m a. s. l.
Figure 4.2.2.A/4.1 Geographical context and outline of the sample area of fans in Chiapuzza.
Figur 4.2.2.A/4.1 Geographische Einordnung und Grenze des Untersuchungsgebiets der Kegel von Chiapuzza.
Figura 4.2.2.A/4.1 Inquadramento geografico e perimetro dell’area campione dei conoidi di Chiapuzza.
180
The area in question is part of the left slope of the valley of the Boite Torrent, and is characterised by the
presence of high rock faces, most of which feature
dolomitic formations (Dolomia Cassiana, Dolomia
Principale), and debris slopes with wide vegetation
cover, where there are two debris fans (Jaron dei Ross
and Jaron de Saccomedan) which are regularly subject to debris flow events. The area, which is near the
southern edge of the thrust belt which makes up the
dolomitic group of synclines, is heavily tectonised and
affected by two thrust belts which have caused the
microfracture and cataclasis of extensive areas of the
rocky outcrop making up the peaks. The recent morphological evolution of the area was largely due to a
rock fall in 1960, involving a mass of rock with an estimated volume of around 800.000 m3, and the consequent deposit of a large quantity of debris at the foot of
the rock face. These accumulations of debris, which
are constantly being added to by new rock falls, are the
origin of the most recent debris flows, some of which
affected a town (the village of Chiapuzza) and a busy
main road (Table 4.2.2.A/4.1).
The behaviour and routes of the debris flows were
conditioned by mitigation works built at different times
after the fall, mainly aimed at avoiding the detachment of debris flows across the Ross and
Sacomedan scree slopes to the east and towards the
village of Chiapuzza.
The historic/geomorphologic approach is a functional part of a more complex study aimed at determining the level of hazard of a debris flow in the inhabited areas of Chiapuzza and the Alemagna main road
at Jaron dei Sacomedan, which also entails a quantitative approach based on a three dimensional
model of the area, a distributed model of
flows/runoffs and a bidimensional model to model the
behaviour of the flow.
Das untersuchte Gebiet gehört zum linken Talhang
des T. Boite und ist geprägt durch hohe Felswände,
die überwiegend aus Dolomitformationen (Dolomia
Cassiana,
Dolomia
Principale)
und
aus
Geröllschichten bestehen, die ausgedehnt bewachsen sind. Hier kann man zwei Schwemmkegel unterscheiden (Jaron dei Ross und Jaron de
Saccomedan), an denen sich regelmäßig
Phänomene von Debris Flow entladen. Die Zone am
südlichen Rand des Thrust-belt, der die DolomitSynklinale bildet, ist intensiv tektonisiert und von
zwei Überschiebungsschichten betroffen, die zu
Mikrobrüchen und zur Kataklase von ausgedehnten
Teilen des Felsmassivs führten, das die Gipfel bildet.
Die neuere morphologische Evolution des Gebiets ist
weitgehend durch einen Einsturz bestimmt, der 1960
geschah und ein Felsmassiv mit einem geschätzten
Volumen von zirka 800.000 m3 einbezog, und aus der
folgenden Ablagerung einer großen Geröllmenge an
den Falten der Felswände. Aus diesen
Geschiebeansammlungen, die kontinuierlich von
neuen Einstürzen gespeist werden, entstanden die
jüngeren Murenabgänge, von denen einige eine
Wohnsiedlung (den Ortsteil Chiapuzza) und eine
Fernverkehrsstraße betrafen (Tabelle 4.2.2.A/4.1).
Verhalten und Verläufe der Muren wurden durch
Milderungsbauten konditioniert, die zu verschiedenen Zeiten nach dem Einsturz errichtet wurden,
überwiegend mit dem Ziel, die Lostrennung der
Muren von den Geröllhalden dei Ross und di
Sacomedan in Richtung Osten und zur Ortschaft
Chiapuzza zu vermeiden.
Der historisch-geomorphologische Ansatz ist ein
funktionaler Teil einer komplexeren Untersuchung mit
dem Ziel, die Gefährdung der Wohngebiete von
Chiapuzza und der Staatsstraße Alemagna auf der
Höhe des Jaron dei Saccomedan durch Muren zu
L’area in esame è parte del versante sinistro della
valle del T. Boite ed è caratterizzata dalla presenza di
alte pareti rocciose, costituite per lo più da formazioni dolomitiche (Dolomia Cassiana, Dolomia
Principale) e da falde detritiche, estesamente vegetate, in cui si possono distinguere i due conoidi detritici (Jaron dei Ross e Jaron de Saccomedan) lungo i
quali si scaricano periodicamente fenomeni di colata
detritica. La zona, vicina al margine meridionale del
thrust-belt che costituisce il sinclinorio dolomitico, è
intensamente tettonizzata ed interessata da due
fasce di sovrascorrimenti che hanno determinato la
microfratturazione e la cataclasi di estese porzioni
dell’ammasso roccioso costituente le cime. La recente evoluzione morfologica dell’area è stata determinata, in larga misura, da un crollo avvenuto nel 1960,
che ha coinvolto un ammasso roccioso del volume
stimato in circa 800.000 m3, e dalla conseguente
deposizione di una grande quantità di detrito alle
falde delle pareti rocciose. Da questi accumuli di
detrito, continuamente alimentati da nuovi crolli, si
sono originate le più recenti colate detritiche, alcune
delle quali hanno interessato un centro abitato (la frazione di Chiapuzza) ed una strada statale di grande
comunicazione (Tabella 4.2.2.A/4.1).
Il comportamento e i percorsi seguiti dalle colate
risultano condizionati dalle opere di mitigazione,
costruite in tempi diversi dopo l’evento di crollo del
1960, volte per lo più ad evitare i fenomeni di avulsione delle colate detritiche dai percorsi lungo i
ghiaioni dei Ross e di Saccomedan verso oriente e in
direzione del villaggio di Chiapuzza.
L’approccio storico-geomorfologico è una parte funzionale di uno studio più complesso volto alla determinazione del livello di pericolosità per colata detritica delle aree abitate di Chiapuzza e della Strada
Statale Alemagna in corrispondenza del Jaron dei
181
The initial results of the study were used to prepare a
Hydrogeological Aspect Plan, which, as provided for
by Italian law, must be prepared from an evaluation of
historical events.
182
bestimmen. Dabei ist auch ein quantitativer Ansatz
vorgesehen, für den das dreidimensionale
Geländemodell, ein Zufluss-Abflussmodell der
Verteilung
und
ein
zweidimensionaler
Berechnungscode für die Modellierung des
Murenverhaltens verwendet werden.
Die ersten Ergebnisse der Studie wurden verwendet,
um den Plan der hyrogeologischen Lage zu entwerfen, der nach der italienischen Gesetzgebung auf
einer ersten Auswertung der historischen Ereignisse
basieren muss.
Saccomedan, che prevede anche un approccio di
tipo quantitativo mediante l’utilizzo del modello tridimensionale dell’area, di un modello afflussi-deflussi
di tipo distribuito e di un codice di calcolo bidimensionale per la modellazione del comportamento della
colata.
I primi risultati dello studio sono stati utilizzati per la
redazione del progetto di Piano di Assetto
Idrogeologico che, come previsto dalla legislazione
italiana, ha dovuto essere redatto in base ad una
prima valutazione degli eventi storici.
Table 4.2.2.A/4.1 Summary of recent debris flows.
Tabelle 4.2.2.A/4.1 Übersicht über die jüngeren Murgänge.
Tabella 4.2.2.A/4.1Quadro sintetico delle colate detritiche recenti.
DATA
EVENTO
AREE COINVOLTE
3
la depressione di impluvio
Crollo (850.000 m )
12/06/1960
dalla Punta dei Ross
è sostituita da una dorsale
Colata detritica lungo
4/11/1966
Chiapuzza, S.S. Alemagna
il fianco sinistro della frana
Canale di guardia diagonalmente alla pendice a quota 1.350 m. s. l. m. (a)
Colata detritica lungo il fianco
24/07/1972
Chiapuzza, S.S. Alemagna
sinistro della frana
Costruzione: canale lungo la massima pendenza (b), muraglione in cemento armato per allontanare
le acque dal corpo di frana (c), costruzione di due canali sussidiari diagonali
(da quota 1620 e 1550) (d)
18/07/1987
S.S. Alemagna
il Jaron de Saccomedan
25/08/1994
S.S. Alemagna
14/09/1994
Crollo del muraglione in cemento armato (c)
14/07/1995
S.S. Alemagna
Crollo di una quantità
05/02/1998
Area apicale del Jaron dei Ross
non definita di roccia
Figure 4.2.2.A/4.2 Detail of the sample area Chiapuzza fans
with the position of the mitigation works.
Figur 4.2.2.A/4.2 Detail des Untersuchungsgebiets Kegel
von Chiapuzza mit Lage der Milderungsbauten.
Figura 4.2.2.A/4.2 Particolare dell’area campione (Conoidi di
Chiapuzza) con la posizione delle opere di mitigazione.
183
The work was carried out using classic data gathering tools, multitemporal photo interpretation and field
surveys. The mapping, archiving, analysis and comparison of local data was carried out by GIS.
With the intention of creating a detailed geomorphologic map, aimed at recording all features which can
be traced back to debris flows, we proceeded to
analyse all the aerial photographs available (1957,
1960, 1970, 1980, 1991, 1997, 2000) and photographs of flow deposits following the event and not
yet removed, taken on the ground. By integrating this
work with field surveys, we identified and mapped
flow channels, sediment deposit lobes, adjacent, distant and lateral areas of deposit, and identified and
classified normally inactive runoff channels (Figure
4.2.2.A/4.3).
Flow widths were estimated according to the results
of field surveys, accounts and photographs of the
deposits before their removal.
With regards to attributing speeds to previous flows,
we made reference to eyewitness accounts, the level
of damage to structures involved and the figures
recorded for debris flows down the nearby
Acquabona Torrent (between 0.5 m/s and 8.0 m/s)
(Tecca et al. 2003), which has geomorphologic characteristics very similar to those of the area being
studied. As regards the urban areas of the fan, a
maximum speed of 1 m/s was considered, which was
substantially borne out by the modelling carried out
using the FLO-2D calculation method.
The estimate of the probable speed of the flows was
made taking account of the conditions of vegetation,
the sequence of past events and the natural and
man-made alterations to the slopes up to that time.
In the conditions described we estimated ranges of
probable frequency varying from one episode every
ten years (which corresponds to the average interval
Die Arbeit stützte sich auf die klassischen
Instrumente wie Datensammlung, multitemporale
Fotointerpretation
und
Landvermessungen.
Kartierung, Archivierung, Analyse und Vergleich der
territorialen Daten erfolgten in der GIS-Umgebung.
Mit der Absicht, eine detaillierte geomorphologische
Karte zu erstellen, die alle auf Muren zurückführbaren Formen registrieren sollte, wurden alle verfügbaren Luftbilder (1957, 1960, 1970, 1980, 1991, 1997,
2000) sowie die Bodenaufnahmen analysiert, die
noch nicht entfernte Murenablagerungen nach einem
Ereignis zeigten. Diese Arbeit wurde mit den
Vermessungen vor Ort ergänzt, so dass die Übergangskanäle, die Ausläufer der Materialablagerung,
die
proximalen,
distalen
und
lateralen
Ablagerungsgebiete identifiziert und kartiert und die
normalerweise nicht aktiven Abflusskanäle identifiziert und klassifiziert werden konnten (Figur
4.2.2.A/4.3).
Die Mächtigkeit der Muren wurde auf der Basis von
Feldvermessungen, Zeugnissen und auch von Fotos
geschätzt, die die Ablagerungen vor ihrer
Beseitigung dokumentierten.
Um früheren Muren Geschwindigkeitswerte zuweisen zu können, bezog man sich auf direkte
Zeugenaussagen zur Beschädigung der betroffenen
Strukturen und auf Werte, die für die Murengänge im
nahe liegenden T. Acquabona verzeichnet wurden
(zwischen 0.5 m/s und 8.0 m/s) (Tecca et al., 2003),
da die geomorphologischen Bedingungen des dortigen Hangs dem Studiengebiet vergleichbar sind.
Was den urbanisierten Kegel angeht, wurden
Geschwindigkeiten von maximal 1 m/s berücksichtigt, die im Wesentlichen auch durch die
Modellierungen mit dem Berechnungscode FLO-2D
bestätigt wurden.
Für die Schätzung der wahrscheinlichen Häufigkeit
Il lavoro si è avvalso dei classici strumenti di raccolta
dati, fotointerpretazione multitemporale e rilievo in
campagna. La mappatura, l’archiviazione, l’analisi ed
il confronto dei dati territoriali sono stati eseguiti in
ambiente GIS.
Con l’intento di realizzare una carta geomorfologica
di dettaglio, mirata a registrare tutte le forme riconducibili alle colate di detrito, si è proceduto all’analisi
di tutte le fotografie aeree a disposizione (1957,
1960, 1970, 1980, 1991, 1997, 2000) e di quelle da
terra che hanno ritratto i depositi di colata successivi
all’evento e non ancora rimossi. Integrando il lavoro
con il rilievo in campagna sono stati individuati e
mappati i canali di transito, i lobi di deposizione del
materiale, le aree prossimali, quelle distali e laterali di
deposizione e identificati e classificati i canali di
deflusso non attivi ordinariamente (Figura
4.2.2.A/4.3).
Gli spessori delle colate sono stati stimati in base a
rilievi sul campo, testimonianze ed anche fotografie
che hanno ritratto i depositi prima che venissero
rimossi.
Per quanto riguarda l’assegnazione di valori di velocità alle colate pregresse si è fatto riferimento a testimonianze dirette, al livello di danneggiamento delle
strutture coinvolte e ai valori registrati per le colate
detritiche lungo il vicino T. Acquabona (compresi tra
0.5 m/s e 8.0 m/s) (Tecca et al. 2003), ove le condizioni geomorfologiche del versante sono molto simili
a quelli dell’area in studio. Per quanto riguarda la
conoide urbanizzata sono stati considerati valori di
velocità massima non superiori ad 1 m/s, valori
sostanzialmente confermati anche dalle modellazioni
effettuate tramite il codice di calcolo FLO-2D.
La stima della frequenza probabile delle colate è
stata effettuata tenendo in considerazione le condizioni della vegetazione, la sequenza degli eventi pre-
184
between recent flow events) and one every 100 – 300
years.
Once the parameters had been identified we proceeded to evaluate the geological hazard levels.
Firstly we applied the matrix which allowed us to
define hazard levels in relation to the magnitude of
events. Based on a critical examination of the reliability of available parameters we then opted to make
an assessment based solely on speed and probable
frequency, leaving estimates of width to the results of
the numeric modelling obtained with FLO-2D.
Firstly we identified the category of speed with the
help of the matrix in Table 4.2.2.A/4.5, and the level
of hazard with the help of the matrix in Table
4.2.2.A/4.6.
The levels of hazard identified were attributed to the
envelope of areas directly involved in the flows.
der
Murengänge
wurden
die
Vegetationsbedingungen, die Sequenz der früheren
Ereignisse und die natürlichen und anthropischen
Änderungen der Hänge bis zu jenem Zeitpunkt einbezogen.
In den beschriebenen Bedingungen wurde die wahrscheinliche Häufigkeit variabel von einer Episode alle
zehn Jahre (entspricht dem durchschnittlichen
Zeitintervall zwischen einigen der jüngeren
Ereignisse) bis zu einer Episode alle 100 - 300 Jahre
geschätzt.
Nachdem die verschiedenen Parameter bestimmt
worden waren, folgte die Auswertung der geologischen Gefährdung.
Zunächst wurde die Matrix verwendet, mit der man
die Gefährdung in Abhängigkeit von der Magnitude
der Ereignisse definiert. Nachdem die vorliegenden
Parameter kritisch auf ihre Zuverlässigkeit hin untersucht worden waren, optierte man für eine
Auswertung nur in Abhängigkeit von der
Geschwindigkeit
und
der
wahrscheinlichen
Häufigkeit. Die Schätzungen auf der Grundlage der
Mächtigkeit wurden auf die Ergebnisse der numerischen Modellierung mit FLO-2D verschoben.
Man
identifizierte
dabei
zunächst
die
Geschwindigkeitsklasse mit Hilfe der Matrix in
Tabelle 4.2.2.A/4.5, dann die Gefährdungsklasse mit
Hilfe der Matrix in Tabelle 4.2.2.A/4.6.
Die festgestellten Gefährdungsklassen wurden dem
Komplex der direkt von Muren betroffenen Gebiete
zugewiesen.
gressi e le modifiche naturali e antropiche subite dai
versanti fino a quel momento.
Nelle condizioni descritte sono stati stimati range di
frequenza probabile variabili da un episodio ogni
dieci anni (corrispondente all’intervallo di tempo
medio intercorso tra alcuni recenti eventi di colata) a
un episodio ogni 100 - 300 anni.
Una volta individuati i vari parametri si è passati alla
valutazione della pericolosità geologica.
E’ stata dapprima utilizzata la matrice che consente
di pervenire alla definizione della pericolosità in funzione della magnitudo degli eventi. Sulla base di un
esame critico dell’attendibilità dei parametri disponibili, si è successivamente optato per una valutazione
in funzione della sola velocità e della frequenza probabile, rinviando le stime in base agli spessori ai
risultati della modellazione numerica con FLO-2D.
Si è proceduto individuando prima la classe di velocità mediante l’ausilio della matrice in Tabella
4.2.2.A/4.5, quindi la classe di pericolosità mediante
l’ausilio della matrice in Tabella 4.2.2.A/4.6.
Le classi di pericolosità individuate sono state assegnate all’inviluppo delle aree direttamente coinvolte
nelle colate.
185
Figure 4.2.2.A/4.3 Geomorphologic map of the sample area.
Figur 4.2.2.A/4.3 Geomorphologische Karte des Untersuchungsgebiets.
Figura 4.2.2.A/4.3 Carta geomorfologica dell’area campione.
186
Table 4.2.2.A/4.2 Intervals and categories of speed.
Tabelle 4.2.2.A/4.2 Geschwindigkeitsintervalle und -klassen.
Tabella 4.2.2.A/4.2 Intervalli e classi di velocità.
Classe di
velocità
Intervalli di Velocità (Cruden & Varnes, 1996)
Descrizione
Estremamente rapida
Molto rapida
Rapida
Moderata
Lenta
Molto lenta
Estremamente lenta
Limite inferiore
dell’intervallo di velocità
5 m/s
3 m/min
1.8 m/h
13 m/mese
1.6 m/anno
16 m/anno
< 16 mm/anno
Intervalli di dimensioni
per crolli
D blocchi > 2 m
0.5 m < D blocchi < 2 m
D blocchi < 0.5 m
3
2
Classi di severità geometrica
1
2
3
Classe di velocità
1 - 30
P4
P3
P1
P3
P2
P1
30 -100 100 - 300
non
classificabile
> 300
(frane
antiche)
Classi
di severità geometrica
3
2
1
1
2
3
1
Classi di magnitudo
2
4
6
2
3
6
9
3
Table 4.2.2.A/4.6 Classification of hazard level according to magnitude
and probable period.
Tabelle 4.2.2.A/4.6 Klassifizierung der Gefährdung in Abhängigkeit
von der Magnitude und der wahrscheinlichen Periode.
Tabella 4.2.2.A/4.6 Classificazione della pericolosità in funzione della magnitudo
e del periodo probabile.
Classi di pericolosità
P4
P3
P2
Intervalli di spessori
per scorrimenti e colate
Spessore > 15 m
2 m < Spessore < 15 m
Spessore < 2 m
Table 4.2.2.A/4.5 Matrix for the classification of magnitude according
to the geometric severity and speed of the landslide.
Tabelle 4.2.2.A/4.5 Matrix für die Klassifizierung der Magnitude in Abhängigkeit
von der geometrischen Härte und der Geschwindigkeit des Erdrutschphänomens.
Tabella 4.2.2.A/4.5 Matrice di classificazione della magnitudo in funzione
della severità geometrica e della velocità del fenomeno franoso.
1
Table 4.2.2.A/4.3 Matrix for the classification of hazard
level according to flow speed and probable period.
Tabelle 4.2.2.A/4.3 Matrix für die Klassifizierung der
Gefährdung in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit der
Phänomene und der wahrscheinlichen Periode.
Tabella 4.2.2.A/4.3 Matrice per la classificazione
della pericolosità in funzione della velocità dei fenomeni
e del periodo probabile.
Classe
di velocità
3
2
1
Periodo
probabile
(anni)
Table 4.2.2.A/4.4 Matrix for the classification of geometric severity according
to the width of the flow.
Tabelle 4.2.2.A/4.4 Matrix für die Klassifizierung der geometrischen Härte in
Abhängigkeit von der Mächtigkeit des Phänomens.
Tabella 4.2.2.A/4.4 Matrice per la classificazione della severità geometrica
in funzione dello spessore del fenomeno.
Classi
di magnitudo
6-9
3-4
1-2
Periodo probabile
(anni)
Classi di Pericolosità
P4
P3
P2
P4
P3
P1
P3
P2
P1
non
classificabile
1 - 30
30 - 100
100 - 300
> 300
(frane antiche)
187
4.2.2.A/4.3 Results
The historical/morphological study and application of
the matrices described yielded a speed level of 3 for
the area of the Alemagna main road downhill from
Jaron de Saccomedan. Probable frequency in the
more active area came under the category 1 – 30
years, while the remaining area, due to its morphology and tree cover, came under the category 100 –
300 years. As a result, the level of hazard varied from
very high to high (P4 – P3).
Flows affecting the Chiapuzza area were also given
a speed level of 3. Probable frequency in this case
was reckoned to fall into the category 100 – 300
years, in view of the present favourable changes in
debris supply conditions which led to the formation of
flows in the past. With regards to the speed matrix,
hazard levels were estimated to be high (P3). Criteria
of prudence also led us to include the area beyond
that directly affected by previous flows, with a medium level of hazard (P2) extended to the entire urban
area of the fan.
The outlines of the hazard areas obtained by applying the probable frequency method to the sample
area were used with the relevant catchment authorities to prepare the Hydrogeological Aspect Plan,
which also regards town planning aspects. Lastly the
results of the geomorphologic approach were compared with those based on the output of modelling
performed for the project using the FLO 2D model, in
order to provide a more detailed hazard map of the
area (§ 4.2.2.B/4).
Die historisch-morphologische Untersuchung und die
Anwendung der beschriebenen Matrizes haben dazu
geführt, dem Gebiet mit der Staatsstraße S.S.
Alemagna unterhalb des Jaron de Saccomedan die
Geschwindigkeitsklasse 3 zuzuweisen. Die wahrscheinliche Häufigkeit in der aktivsten Zone liegt in
der Klasse 1 - 30 Jahre, während für den verbleibenden Abschnitt wegen seiner Morphologie und der
Bewaldung die Klasse 100 – 300 Jahre festgestellt
wurde. Demzufolge ergibt sich eine Gefährdung, die
von sehr hoch bis hoch variiert (P4 – P3).
Den Muren im Gebiet von Chiapuzza wurde in gleicher Weise die Geschwindigkeitsklasse 3 zugeschrieben. Die wahrscheinliche Häufigkeit wurde in diesem
Fall mit der Klasse 100 – 300 Jahre eingeschätzt, da
die Zuflussbedingungen, die in der Vergangenheit die
Bildung von Murenepisoden begünstigten, sich derzeit positiv verändert haben. Weiterhin in Bezug auf
die Matrix für die Geschwindigkeit ergab sich eine
hohe Gefährdung (P3). Vorsichtige Kriterien ließen
es schließlich geraten sein, auch außerhalb des von
den historischen Muren direkt betroffenen Gebiets
einen Streifen mit mittlerer Gefährdung (P2) zu
erkennen, der sich über den ganzen urbanisierten
Kegel erstreckt.
Die Gefährdungsgrenzen, die sich mit der Methode
der
wahrscheinlichen
Häufigkeit
auf
das
Stichprobengebiet ergaben, wurden von der zuständigen Wassereinzugsbehörde für den Entwurf des
Plans der hyrogeologischen Lage verwendet, der
inhaltlich auch die urbanistische Anlage betrifft. Die
Ergebnisse aus der Anwendung des geomorphologischen Ansatzes wurden schließlich mit denen verglichen, die aus dem Output der Modellierungen im
Rahmen des Projekts mit dem Berechnungscode
FLO-2D hervorgingen, um das Gefährdungsmodell
für dieses Gebiet zu vertiefen (§ 4.2.2.B/4).
Lo studio storico - morfologico e l’applicazione delle
matrici descritte hanno portato a riconoscere, per l’area che interessa la S.S. Alemagna a valle del Jaron
de Saccomedan, la classe di velocità 3. La frequenza probabile nella zona più attiva è rientrata nella
classe 1 - 30 anni, mentre nella rimanente porzione,
in funzione della morfologia e della copertura boschiva, è stata fatta rientrare in quella 100 – 300 anni. Di
conseguenza la pericolosità è risultata variare da
molto elevata ad elevata (P4 – P3).
Per le colate che hanno interessato l’area di
Chiapuzza è stata ugualmente riconosciuta la classe
di velocità 3. La frequenza probabile in questo caso è
stata stimata ricadere nella classe 100 - 300 anni, in
quanto attualmente sono mutate in senso favorevole
le condizioni di alimentazione che in passato avevano favorito la formazione degli episodi di colata.
Sempre riferendosi alla matrice che considera la
velocità, la pericolosità è risultata elevata (P3). Criteri
prudenziali hanno infine suggerito di individuare
anche all’esterno dell’area direttamente coinvolta
dalle colate storiche una fascia a pericolosità media
(P2), estesa a tutta la conoide urbanizzata.
Le perimetrazioni di pericolosità ottenute applicando
il metodo della frequenza probabile all’area campione sono state utilizzate con la competente Autorità di
Bacino per la redazione del Progetto di Piano di
Assetto Idrogeologico, i cui contenuti riguardano
anche l’aspetto urbanistico. I risultati conseguiti attraverso l’applicazione dell’approccio geomorfologico
sono stati infine confrontati con quelli ottenuti sulla
base degli output delle modellazioni eseguite nell’ambito del progetto con il codice di calcolo FLO-2D,
al fine di approfondire il modello di pericolosità dell’area (§ 4.2.2.B/4).
188
Figure 4.2.2.A/4.4 – The hazard map obtained using
the probable frequency method.
Figur 4.2.2.A/4.4 – Karte der Gefährdung, erstellt mit der
Methode der wahrscheinlichen Häufigkeit.
Figura 4.2.2.A/4.4 – Mappa della pericolosità ottenuta
applicando il metodo della frequenza probabile.
189
Figure 4.2.2.A/4.5 The hazard map obtained using the results of the numeric modelling
performed by the FLO-2D model (Return time = 200 years).
Figur 4.2.2.A/4.5 Karte der Gefährdung auf der Grundlage der Ergebnisse aus
der numerischen Modellierung, für die der Berechnungscode FLO-2D
(Wiederkehrdauer = 200 Jahre) angewendet wurde.
Figura 4.2.2.A/4.5 Mappa della pericolosità ottenuta dai risultati della modellazione numerica
eseguita con l’applicazione del codice di calcolo FLO-2D (Tempo di ritorno = 200 anni)
190
The study and evaluation of past events represents
an indispensable step towards an initial geomorphologic evaluation of hazard levels in the fan environment.
In view of this, to evaluate hazard levels in the sample area we used the probable frequency method,
which is based on a limited number of parameters
and groups the results into rather wide ranges. This
gives rise to a loss of definition with respect to other
geomorphologic methods, which are based on a
higher number of variables and aim for greater detail.
The method adopted enables us to make a rapid definition of the general hazard contexts which characterise the various areas that the total area of the fans
can be divided into, and proved appropriate for initial
evaluations which act as a basis for more detailed
analyses, such as those deriving from the application
of numeric flow models.
Despite the intrinsic difficulties involved in estimating
probable frequency, the results obtained proved to be
sufficiently objective and different operators were
able to replicate the same results.
Die Untersuchung und Auswertung der vergangenen
Phänomene stellen eine unerlässliche Phase dar, um
zu einer ersten Beurteilung der Gefährdungsgrade
im Kegel auf geomorphologischer Basis zu gelangen.
Aus diesem Grunde wurde für die Auswertung der
Gefährdung im Stichprobengebiet die Methode der
wahrscheinlichen Häufigkeit angewendet, die eine
begrenzte Zahl von Parametern einbezieht und die
entsprechenden Werte in ziemlich weiträumige
Klassen einordnet. Dies führt zu einem Verlust der
Schärfe im Vergleich zu anderen geomorphologischen Methoden, die sich auf eine größere Zahl von
Variablen stützen und größere Detailgenauigkeit
anstreben.
Die verwendete Methode ermöglichte es allerdings,
schnell den allgemeinen Rahmen der Gefährdung für
die verschiedenen Gebiete zu definieren, in die der
Kegelkomplex unterteilt werden kann, und erwies
sich als geeignet, Auswertungen auf erster Ebene
vorzunehmen, die als Grundlage für ausführlichere
Analysen dienen können, wie z.B. mit der
Anwendung numerischer Flussmodelle.
Trotz der Schwierigkeiten, die der Schätzung der
wahrscheinlichen Häufigkeit innewohnt, erwiesen
sich die Ergebnisse außerdem als ausreichend
objektiv und von verschiedenen Anwendern wiederholbar.
Lo studio e la valutazione dei fenomeni passati costituiscono una fase indispensabile per giungere ad
una prima valutazione su base geomorfologica dei
livelli di pericolosità in ambiente di conoide.
Tenendo conto di questa considerazione, per la valutazione della pericolosità nell’area campione è stata
impiegata la metodologia della frequenza probabile,
che considera un limitato numero di parametri e ne
raggruppa in classi piuttosto ampie i rispettivi valori.
Ciò determina una perdita di definizione rispetto ad
altri metodi geomorfologici che considerano un maggior numero di variabili e ricercano un maggior dettaglio.
Il metodo adottato ha permesso comunque di definire rapidamente gli ambiti generali di pericolosità che
caratterizzano le varie aree nelle quali può essere
suddiviso il complesso di conoidi e si è dimostrato
appropriato ad effettuare valutazioni di primo livello
che possono servire di base per analisi più dettagliate, come quelle derivanti dall’applicazione di modelli
numerici di flusso.
Nonostante le difficoltà intrinseche alla stima della
frequenza probabile, i risultati ottenuti si sono inoltre
dimostrati sufficientemente oggettivi e replicabili da
diversi operatori.
191
4.2.2.B Numerical modelling of debris flows
4.2.2.B Numerische Modellierung der Murgänge
4.2.2.B Modellazione numerica delle colate
Debris flows are genuine bi-phase mixtures, the
hydrodynamic behaviour of which depends greatly on
the interaction between the solid component and the
liquid component.
Modelling the propagation of a debris flow on a fan
requires a bidimensional scheme of calculation, able
to take into account the particular rheological nature
of the mixture and simulate its propagation on a topographically complex, initially dry surface.
In order to outline the areas exposed to the risk of
debris flows, mono-phase models (1 or 2 D), although
apparently less satisfactory from the theoretical point
of view than models based on the theory of particlebased mixtures and bi-phase models, are relatively
simple (in that the only equations they require are continuity equations and momentum equations), and offer
immediate results. These include FLO-2D, promoted
by the Federal Emergency Management Agency
(F.E.M.A.) of the United States Federal Government in
the context of a study on the hydrogeological safety of
an urbanised fan in Colorado, where the equations of
mass and the quantity of movement were discretised
using an explicit scheme with finite differences and the
propagation of the flow surge was controlled by the
surface topography of roughness or flow resistance.
FLO-2D divides the field of movement into small rectangular cells and assigns an elevation calculation to
each of these (deduced from the Digital Elevation
Model) and a roughness coefficient according to
Manning; the directions of movement in a bidimensional field are the four cardinal points and the four
diagonals.
Murengänge sind wahre zweiphasige Mischungen,
deren hydrodynamisches Verhalten stark von der
Interaktion zwischen der festen und der flüssigen
Phase abhängt.
Die Modellierung der Murenausbreitung in einem
Kegel
erfordert
ein
zweidimensionales
Berechnungsschema, das in der Lage ist, die besondere rheologische Natur der betrachteten Mischung
zu berücksichtigen und die Ausbreitung auf einem
topographisch komplexen und anfänglich trockenen
Untergrund in die Berechnung einzubeziehen.
Für die Abgrenzung der Zonen, die einer
Murengefahr ausgesetzt sind, sind die einphasigen
Modelle (ein- oder zweidimensional) – obwohl sie
theoretisch im Vergleich zu Modellen auf der
Grundlage der Kornmischungstheorie und zu zweiphasigen Modellen weniger befriedigend sind – relativ einfach (da sie nur die Auflösung der Gleichungen
für Kontinuität und Erhaltung der Bewegungsmenge
erfordern) und sofort verfügbar. Zu diesen gehört das
Modell FLO-2D, das von der Federal Emergency
Management
Agency
(F.E.M.A.)
der
Bundesregierung der U.S.A. im Rahmen einer Studie
zur hydrogeologischen Sicherheit eines urbanisierten Kegels in Colorado gefördert wurde. Bei diesem
Modell
werden
die
Gleichungen
von
Bewegungsmasse und -quantität unter Verwendung
eines Schemas für die finiten Differenzen diskretisiert, und die Ausbreitung der Hochwasserwelle wird
von der Topographie und der Rauheit oder dem
Flusswiderstand kontrolliert. FLO-2D unterteilt das
Bewegungsgebiet in beliebig kleine rechteckige
Zellen und weist jeder dieser Berechnungszellen
eine Höhe (die aus dem digitalen Geländemodell
abgeleitet wird) und einen Rauheitsbeiwert nach
Manning zu; die Bewegungsrichtungen im zweidi-
Le colate detritiche sono vere e proprie miscele bifase
il cui comportamento idrodinamico dipende fortemente dalla interazione tra la fase solida e quella liquida.
La modellazione della propagazione di una colata
detritica su un conoide richiede uno schema di calcolo bidimensionale, in grado di tenere in conto la
particolare natura reologica del miscuglio considerato e di simulare la propagazione su un fondo topograficamente complesso e inizialmente asciutto.
Per la perimetrazione delle zone esposte a pericolo di
colata i modelli monofase (mono- o bi-dimensionali),
sebbene meno soddisfacenti dal punto di vista teorico
rispetto ai modelli basati sulla teoria dei miscugli granulari e ai modelli bi-fase, sono relativamente semplici (in quanto richiedono la risoluzione delle sole equazioni di continuità e di conservazione della quantità di
moto) e immediatamente disponibili. Tra questi si colloca il modello FLO-2D, promosso dalla Federal
Emergency Management Agency (F.E.M.A.) del
Governo Federale degli Stati Uniti nell’ambito di uno
studio sulla sicurezza idrogeologica di un conoide
urbanizzato del Colorado, in cui le equazioni della
massa e della quantità di moto sono discretizzate utilizzando uno schema esplicito alle differenze finite e
la propagazione dell’ondata di piena è controllata
dalla topografia e dalla scabrezza o resistenza al flusso. FLO-2D suddivide il campo di moto in celle rettangolari di dimensione piccola a piacere ed assegna ad
ognuna di queste celle di calcolo un’elevazione
(dedotta dal Modello Digitale del Terreno) ed un coefficiente di scabrezza secondo Manning; le direzioni di
moto in campo bidimensionale sono i 4 punti cardinali e le 4 direzioni diagonali.
Definition
Mono-phase bidimensional modelling method which
simulates overflow processes in fan areas.
192
Definizione
Metodologia modellistica monofase bi-dimensionale
Aims
To define quantitative procedures which limit the arbitrary, uneven characteristics of fan hazard assessments.
Potential
FLO-2D can be used to simulate a number of different flow processes which affect urban areas and the
planning of measures to mitigate risk.
The model includes a number of components which
enable us to enhance the detail of the simulation, taking into account the presence of buildings and
embankments; the procedure allows us to consider
the effect of flow obstruction in correspondence with
obstacles, bridges and drains.
The model takes sediment transport into account,
allowing us to simulate mud and debris flows.
Limits
Results vary greatly when parameters are altered, so
in order to guarantee a reliable outcome it is necessary to acquire detailed knowledge of how the model
works and the rheological behaviour of materials.
To work correctly it requires highly accurate topographic input data, which means that the process is a
lengthy one, and the costs involved in gathering the
data are high.
Activities
• In-situ surveys to identify the possible rheological
characteristics of a flow;
• preliminary hydrological model to identify the characteristics of a possible liquid flow surge;
• processing altimetric information to produce a
good quality Digital Elevation Model;
• the modelling process itself;
• validation.
Expected products
A set of information which, once mapped and cor-
mensionalen Feld sind die 4 Kardinalpunkte und die
4 diagonalen Richtungen.
che simula processi di sovralluvionamento in aree di
conoide.
Definition
Einphasige,
zweidimensionale
Modellierungsmethode, die Aggradationsprozesse in
Kegelgebieten simuliert.
Finalità
Definire procedure quantitative che restringano i
margini di arbitrarietà e di disomogeneità che caratterizzano gli studi di valutazione della pericolosità
geologica in conoide.
Ziel
Zweck des Modells ist es, quantitative Verfahren zu
definieren, um die Spielräume von Willkür und
Inhomogenität zu verringern, durch die Studien zur
Bewertung der geologischen Gefährdung im Kegel
geprägt sind.
Potenzialität
FLO-2D
ist
geeignet,
verschiedene
Wildbachprozesse zu simulieren, die spezifisch urbane Gebiete betreffen, und ist für die Planung von
Gefahrenmilderungsmaßnahmen nützlich.
Das Modell umfasst eine Anzahl von Komponenten,
mit denen die Simulation im Detail verbessert werden
kann, indem Gebäude und Dämme berücksichtigt
werden; das Verfahren ermöglicht auch, die
Auswirkung der Flussbehinderung an Hindernissen,
Brücken und Kanalschächten einzubeziehen.
Das Modell berücksichtigt Feststofftransport und
erlaubt so die Simulation von Murgänge.
Grenzen
Die Ergebnisse variieren stark bei Änderung der
Parameter; damit sie zuverlässig sind, müssen daher
vertiefte Kenntnisse über die Funktionalität des
Modells und das rheologische Verhalten der
Materialien erworben werden.
Für eine korrekte Auswertung sind ziemlich sorgfältige topographische Ausgangsdaten erforderlich, die
nicht nur recht lange Berechnungszeiten verursachen, sondern auch nur zu hohen Kosten erhältlich
sind.
Potenzialità
FLO-2D è adatto a simulare diversi processi torrentizi che interessano specificatamente aree urbane ed
è utile per la progettazione di misure di mitigazione
del rischio.
Il modello include un numero di componenti che permettono di migliorare il dettaglio della simulazione,
tenendo conto della presenza di edifici e di argini; la
procedura permette di considerare l’effetto di ostruzione al flusso in corrispondenza di ostacoli, ponti e
tombini.
Il modello tiene conto del trasporto solido, consentendo la simulazione di colate detritiche e fangose.
Limiti
I risultati variano molto modificando i parametri, di
conseguenza è necessario acquisire conoscenze
approfondite sulla funzionalità del modello e sul comportamento reologico dei materiali.
Per un corretta elaborazione si richiedono dati topografici di partenza piuttosto accurati che, oltre a
determinare tempi computazionali piuttosto lunghi,
non sono disponibili se non a costi elevati.
Attività
• Attività di rilievo in sito per individuare le possibili
caratteristiche reologiche di una colata;
• modellazione idrologica preliminare per l’individuazione delle caratteristiche di una possibile onda
liquida di piena;
• elaborazione dell’informazione altimetrica per pro193
rectly interpreted, provides quantitative hazard maps
of the areas being studied.
Identification of the developmental characteristics of
flows with possible consequences on the planning of
risk mitigation works; verification of existing mitigation works.
The soundness of the results supplied by the model
depends crucially on the rheological definition of the
flow and the temporal development of the concentration. Roughness, however important, would not
appear to play a key role in some applications.
Aktivitäten
• Vermessungen vor Ort, um die möglichen rheologischen Eigenschaften eines Murenabgangs zu
erkennen;
• vorläufige hydrologische Modellierung zur
Erkennung der Eigenschaften einer möglichen
Hochwasserwelle;
• Auswertung der Höhenmessungen, um ein digitales Geländemodell guter Qualität zu erstellen;
• die eigentliche Modellierung;
• Validierung.
Environmental engineer, hydraulic engineer, forestry
scientist, geologist with modelling experience.
Erwartete Produkte
Eine Reihe von Informationen, die in Karten übertragen und angemessen interpretiert werden, liefern
Gefährdungskarten für die untersuchten Gebiete auf
quantitativer Ebene.
Identifizierung der Evolutionseigenschaften der
Muren mit möglichen Auswirkungen auf die Planung
von Risikomilderungsmaßnahmen; Prüfung der
bestehenden Milderungsbauten.
Die Qualität der vom Modell gelieferten Ergebnisse
hängt entscheidend von der rheologischen Definition
der Mure und vom Zeitverlauf der Konzentration ab.
Die Rauheit scheint, so wichtig sie ist, in einigen
Applikationen keine wesentliche Rolle zu spielen.
Umwelt- und Wasserbauingenieure, Forstwirte,
Geologen mit Modellerfahrung.
194
durre un Modello Digitale del Terreno di buona
qualità;
• modellazione vera e propria;
• validazione.
Prodotti attesi
Serie di informazioni che riportate in cartografia e
opportunamente interpretate forniscono mappe di
pericolosità su base quantitativa delle aree indagate.
Individuazione delle caratteristiche evolutive delle
colate con possibili ricadute sulla progettazione di
opere di mitigazione del rischio; verifica delle opere
di mitigazione esistenti.
La bontà dei risultati forniti dal modello dipende in
modo cruciale dalla definizione reologica della colata
e dall’andamento temporale della concentrazione. La
scabrezza, per quanto importante, in alcune applicazioni non pare giocare un ruolo fondamentale.
Ingegnere ambientale, ingegnere idraulico, dottore
forestale, geologo con competenze modellistiche.
Numerical modelling of debris flows
§ 4.2.2.B/1 PROVINCIA AUTONOMA DI TRENTO
Italy - Provincia Autonoma di Trento
Village – Ort - Comune
Mazzin di Fassa (TN)
Avisio
Stream - Fluß - Corso d’acqua Dona
Notes - Bemerkungen - Note see § 4.2.2.A/1 and § 4.2.2.B/2
Figure 4.2.2.B/1.1 Geographical setting of the Rio Dona and photograph of the 1989 event (Source: Archives of the Mountain Safety Service).
Figur 4.2.2.B/1.1 Geographische Einordnung des Rio Dona und Foto des Ereignisses von 1989 (Quelle: Archivio Servizio Sistemazione Montana).
Figura 4.2.2.B/1.1 Inquadramento geografico del Rio Dona e foto d’evento del 1989 (Fonte: Archivio Servizio Sistemazione Montana).
195
The independent province of Trento decided to apply
the same numerical model (FLO-2D) to different
areas starting from two different types of topographic
information (detailed topographic survey, and laserscanner survey), implementing different strategies in
terms of the organisation and analysis of available
input data for the model.
Below are the results of the first application;
§ 4.2.2.B/2 details the results of the second.
In the case of Rio Dona, the preliminary stage
entailed carrying out a detailed topographic survey of
the fan, in view of the fact that alongside the
Provincial Technical Map on a scale of 1:10.000,
there was a 1:2.000 map which was not detailed
enough for the project, and not up to date, not showing the location of the most recent constructions.
After an initial stage of study of the area, two measuring techniques were adopted: in open areas double
frequency GPS was used, while in the urban area a
total station was used. The area was around 21 ha,
and required 2.682 points to be established. This figure was used to produce equidistant isometric curves
at 0.5 m and an accurate Digital Elevation Model with
a 5 x 5 m2 grid.
Die Autonome Provinz Trient hat beschlossen, die
gleiche numerische Modellierung (FLO-2D) in verschiedenen Gebieten anzuwenden, und zwar ausgehend von zwei verschiedenen Arten topographischer
Informationen (topographische Detailvermessung
und Erhebung mit Laser-Scanner-Technologie) und
mit unterschiedlichen Entscheidungen auf der Ebene
der Organisation und Analyse der verfügbaren
Eingabedaten für das Modell. Im Folgenden werden
die Ergebnisse der ersten Anwendung dargestellt; in
§ 4.2.2.B/2 werden die Ergebnisse der zweiten erläutert.
Im Fall des Rio Dona bestand die Vorbereitung aus
der topographischen Detailvermessung des Kegels,
denn für das gesamte Kegelgebiet existierte – neben
der Provinz-Grundkarte (Carta Tecnica Provinciale)
im Maßstab 1:10.000 – eine Kartographie im
Maßstab 1:2.000, die für diesen Zweck nicht detailliert und nicht aktuell genug war, da sie die Standorte
der jüngeren Bauten nicht verzeichnete.
Nach einer Eingangs-Untersuchungsphase des
Gebiets wurden zwei Messtechniken angewandt: In
offenen Zonen wurde GPS mit Doppelfrequenz eingesetzt, in der Ortschaft die Totalstation. Die vermessene Fläche betrug zirka 21 ha und erforderte die
Erhebung von 2.682 Punkten. Aus dieser
Vermessung wurden isometrische Kurven mit einer
Äquidistanz von 0.5 m und ein präzises digitales
Geländemodell mit einem Raster von 5 x 5 m2
gewonnen.
La Provincia Autonoma di Trento ha scelto di applicare la stessa modellazione numerica (FLO-2D) in
aree differenti a partire da due diverse tipologie di
informazioni topografiche (rilievo topografico di dettaglio e rilievo con tecnologia laser-scanner) e operando scelte differenti a livello di organizzazione ed analisi dei dati disponibili di input al modello. Di seguito
vengono esposti i risultati della prima applicazione;
nel § 4.2.2.B/2 saranno esposti i risultati conseguiti
nella seconda, sul Rio Vagung.
Nel caso del Rio Dona la fase preliminare è consistita nell’effettuare un rilievo topografico di dettaglio del
conoide, in quanto esisteva, accanto alla Carta
Tecnica Provinciale in scala 1:10.000, una cartografia in scala 1:2.000 non sufficientemente dettagliata
allo scopo e non aggiornata in quanto non riportava
l’ubicazione delle costruzioni più recenti.
Dopo una iniziale fase di studio dell’area, sono state
adottate due tecniche di misurazione: nelle zone
aperte è stato adottato il GPS a doppia frequenza,
nel centro abitato la stazione totale. La superficie rilevata è stata di circa 21 ha ed ha richiesto il rilevamento di 2.682 punti. Da questo rilievo sono state
ricavate curve isometriche con equidistanza di 0.5 m
e un accurato Modello Digitale del Terreno con
maglia di 5 x 5 m2.
196
Figure 4.2.2.B/1.2 Topographic restitution of the Rio Dona fan.
Figur 4.2.2.B/1.2 Topographische Darstellung des Rio Dona-Kegels.
Figura 4.2.2.B/1.2 Restituzione topografica del conoide del Rio Dona.
197
In order to apply the model correctly, a number of
procedures must be followed, as below:
• creation of a sufficiently detailed Digital Elevation
Model; a Digital Elevation Model with a 5 x 5 m2
grid was chosen because it provides sufficiently
detailed information and also allows the simulation
to be carried out in a reasonable length of time
(maximum 6 - 8 hours);
• spatial definition of the area where the model is
required to perform the simulation;
• assignation of Manning’s roughness coefficient
(Table 4.2.2.B/1.1) for each element in the calculation grid;
• definition of cells belonging to the outline of the
calculation area which allow overflow of water and
sediment from adjacent cells;
• assignation of a hydrograph for each cell expected
to be covered by the flow surge;
• assignation of a sediment hydrograph to combine
with the water hydrograph;
• definition of the basic computational parameters
which govern the simulation and the criteria for
numeric stability of the calculation scheme;
• definition of rheological parameters of the debris
flow;
• inclusion of other parameters and elements which
can be used to perfect the results of the simulation
(roads, channels, embankments, etc.).
To enhance the representation of the phenomenon
the following strategies were implemented:
• a check that the quotas of the cells in the channel
coincided with the quotas measured in the
detailed survey of the cross sections;
• all the cells of the floodplain topographically affected by the channel were assigned a value for the
roughness coefficient of Manning lower than those
of the surrounding floodplain, unless there was a
Um das Modell korrekt verwenden zu können, müssen mehrere Verfahrensphasen eingehalten werden.
Dabei handelt es sich im Wesentlichen um Folgende:
• Erstellung eines ausreichend detaillierten digitalen Geländemodells; es wurde ein Geländemodell
mit einem Raster von 5 x 5 m2 gewählt, denn es
liefert eine graphische Information mit ausreichenden Einzelheiten und ermöglicht gleichzeitig, dass
die Simulation sich in einem vernünftigen
Zeitrahmen abspielt (6 - 8 Stunden maximal);
• Räumliche Definition des Gebiets, für das das
Modell die Simulation ausführen muss;
• Zuweisung der Rauheitsbeiwerte von Manning
(Tabelle 4.2.2.B/1.1) für jedes der Elemente, die
das Berechnungsraster darstellen;
• Definition der Zellen, die zum Umriss der
Berechnungsregion gehören, aus denen das
Austreten flüssiger und fester Strommengen aus
den angrenzenden Zellen zulässig ist;
• Zuweisung eines Hydrogramms für jede Zelle, für
die der Zulauf der Hochwasserwelle vorgesehen
ist;
• Zuweisung des Feststoff-Hydrogramms, das mit
dem Flüssig-Hydrogramm zu koppeln ist;
• Definition der Basis-Berechnungsparameter, die
die
Simulation
und
die
numerischen
Stabilitätskriterien des Berechnungsschemas
regeln;
• Definition der rheologischen Parameter der Mure;
• Einführung anderer nützlicher Parameter und
Elemente, um das Simulationsergebnis zu vervollkommnen (Straßen, Kanäle, Dämme, etc.).
Um die Darstellung des Phänomens zu verbessern,
wurden außerdem folgende Maßnahmen ergriffen:
• Es wurde kontrolliert, dass die Zellenhöhen, in die
der Kanal fällt, den in der Detailvermessung der
Querschnitte gemessenen Höhen entsprechen;
Per poter utilizzare correttamente il modello devono
essere rispettate una serie di fasi procedurali che
sono essenzialmente:
• creazione di un Modello Digitale del Terreno sufficientemente dettagliato; si è scelto un Modello
Digitale del Terreno con maglia di 5 x 5 m2 perché
fornisce un’informazione grafica di sufficiente dettaglio e, al tempo stesso, permette che la simulazione si svolga in tempi ragionevoli (6 - 8 ore al
massimo);
• definizione spaziale dell’area entro la quale il
modello deve seguire la simulazione;
• assegnazione dei coefficienti di scabrezza di
Manning (Tabella 4.2.2.B/1.1) per ognuno degli
elementi che costituiscono la griglia di calcolo;
• definizione delle celle appartenenti al contorno
della regione di calcolo, dalle quali è consentita la
fuoriuscita delle portate liquide e solide provenienti dalle celle contigue;
• assegnazione di un idrogramma per ognuna delle
celle per le quali è previsto l’ingresso dell’onda di
piena;
• assegnazione dell’idrogramma solido da accoppiare all’idrogramma liquido;
• definizione dei parametri computazionali di base
che regolano la simulazione e i criteri di stabilità
numerica dello schema di calcolo;
• definizione dei parametri reologici della colata
detritica;
• introduzione di altri parametri ed elementi utili per
perfezionare il risultato della simulazione (strade,
canali, argini, etc.).
Per migliorare la rappresentazione del fenomeno, si
sono inoltre intraprese le seguenti iniziative:
• si è controllato che le quote delle celle in cui ricadeva il canale coincidessero con le quote rilevate
nel rilievo di dettaglio delle sezioni trasversali;
198
Table 4.2.2.B/1.1 Level of roughness according to the Manning coefficient.
Tabelle 4.2.2.B/1.1 Rauheitsbeiwert nach dem Manning-Index.
Tabella 4.2.2.B/1.1 Valore di scabrezza dell’indice di Manning.
VALORI DI SCABREZZA DELL’INDICE DI MANNING
Superficie
Tappeto erboso denso
Prati e vegetazione densa
Arbusti, sottobosco e pascoli
Prato a copertura media
Prato a scarsa copertura su superficie scabra
Prateria
Vegetazione sparsa
Terreni a copertura rada con detrito
copertura 0 %
copertura 20 %
Campi dissodato coltivati
Maggese – senza residuo
Coltura tradizionale
Dissodato
Erpicatura autunnale
Non coltivato – senza residuo
Non coltivato (20 - 40 % di residuo)
Non coltivato (60 - 100 % di residuo)
Terreno aperto con detriti
Asfalto o calcestruzzo (da 0.635 a 2.54 cm)
Campo a maggese
Spazi aperti senza detriti
Asfalto o calcestruzzo
valore di n
0.17 - 0.80
0.17 - 0.48
0.30 - 0.40
0.20 - 0.40
0.20 - 0.30
0.10 - 0.20
0.05 - 0.13
0.09 - 0.34
0.05 - 0.25
0.008 - 0.012
0.06 - 0.22
0.06 - 0.16
0.30 - 0.50
0.04 - 0.10
0.07 - 0.17
0.17 - 0.47
0.10 - 0.20
0.10 - 0.15
0.08 - 0.12
0.04 - 0.10
0.02 - 0.05
1
Figure 4.2.2.B/1.3 The main screen view of FLO – 2D. The red box shows
items which can be implemented to enhance the detail of the simulation.
Figur 4.2.2.B/1.3 Hauptbildschirm von FLO-2D. Das rote Feld zeigt
die Positionen, die man aktivieren kann, um die Detailanzeige der Simulation
zu steigern.
Figura 4.2.2.B/1.3 Schermata principale del FLO – 2D.
Il riquadro rosso evidenzia le voci che si possono attivare
per aumentare il dettaglio della simulazione.
Adattato da COE, HEC-1 Manual, 1990 e da COE, Technical Engineering and Design
Guide, No. 19, 1997 con modifiche.
199
road or paved surface on the side of the channel;
• assurance of congruency between the dimensions
of the cells where the channel was present and
the actual width of the channel;
• the buildings, roads and bridge blockages were
also included in the model.
200
• allen Zellen der Überflutungsebene (Floodplain),
die topographisch vom Kanal betroffen sind,
wurde ein geringerer Rauheitsbeiwert von
Manning zugewiesen als denen der umliegenden
Floodplain, sofern sich nicht seitlich am Kanal
eine Straße oder eine betonierte Fläche befindet;
• die Kongruenz zwischen den Zellen, in denen der
Kanal vorkommt, und der tatsächlichen
Kanalbreite wurde sichergestellt;
• Außerdem wurden die Gebäude, Straßen und
Brückenabschlüsse in das Modell eingefügt.
• in tutte le celle del piano di inondazione (floodplain), interessate topograficamente dal canale, si
sono assegnati dei valori del coefficiente di scabrezza di Manning più ridotti rispetto a quelli relativi alla floodplain circostante, a meno che lateralmente al canale non fosse presente una strada o
una superficie pavimentata;
• si è assicurata la congruenza fra le dimensioni
delle celle dove era presente il canale e la larghezza effettiva del canale;
• sono stati inoltre inseriti nel modello gli edifici, le
strade e le occlusioni dei ponti.
4.2.2.B/1.3 Results
The model enables us to follow the hydraulic effects
of the propagation of a water-sediment flow surge,
during and after the event. The most significant
hydraulic variables provided by the model area: maximum height reached by the flow in each cell of the
field of movement throughout the entire simulation (h)
and maximum flow speed affecting each cell of the
field of movement throughout the entire simulation
(V). The resulting data enables us to obtain two different thematic maps: a map of the distribution of flow
heights and a map of the distribution of flow speeds.
By combining the two we can create a hazard map.
In order to combine parameters h and V we used the
classification criteria put forward by BUWAL (1997)
and Rickenmann (2001). The first provides more cautious results and is easy to implement, including for
modelling with a simplified approach. The
Rickenmann classification modulates the various categories of intensity better, but it requires a good
knowledge of the h and V values, which is provided
by the model FLO-2D.
The Rickenmann method (top, Figure 4.2.2.B/1.5)
provides a more detailed summary of the overall
characteristics of the overflow phenomenon, without
taking into consideration those areas which are not
affected by the flow (white areas). The white areas
which appear on the map created using the BUWAL
criteria (bottom, Figure 4.2.2.B/1.5), while not affected by the flow, are assigned a low hazard level merely in view of the fact that they belong to a fan subject
to flow events. Rickenmann offers a more accurate
description of the hazard area on the hydrographic
left of the tip of the fan.
It is worth noting that where h = 1 metre, to define a
high hazard level in the BUWAL method (as opposed
to 1.5 m in the Rickenmann method), this means that
the area of the fan on the hydrographic left down-
Mit diesem Modell können die hydraulischen
Auswirkungen der Ausbreitung einer fest-flüssigen
Hochwasserwelle während des Ereignisses und
nach seinem Abschluss verfolgt werden. Die wichtigsten hydraulischen Variablen, die das Modell liefert,
sind: maximale Höhe, die der Fluss in jeder Zelle des
Bewegungsfeldes im Laufe der gesamten Simulation
erreicht hat (h), und maximale Flussgeschwindigkeit
in jeder Zelle des Bewegungsfeldes im Laufe der
gesamten Simulation (V).
Mit diesen Daten kann man zwei verschiedene thematische Karten erhalten: Die Karte der
Flusshöhenverteilung
und
die
Karte
der
Geschwindigkeitsverteilung, aus deren Kombination
man dann die Gefahrenkarte erhält. Für die
Kombination der Parameter h und V wurde auf die
von BUWAL (1997) und von Rickenmann (2001) vorgeschlagenen Klassifizierungskriterien zurückgegriffen. Die erste Methode liefert vorsichtigere
Ergebnisse und kann auch für Modellierungen des
Phänomens verwendet werden, die mit vereinfachten
Ansätzen ausgeführt wurden. Die Klassifizierung von
Rickenmann
moduliert
die
verschiedenen
Intensitätsklassen besser, erfordert allerdings für ihre
Anwendung eine gute Kenntnis der Werte h und V –
eine Bedingung, die das Modell FLO-2D voll erfüllt.
Die Methode von Rickenmann (Figur 4.2.2.B/1.5
oben) fasst die Gesamteigenschaften des
Aggradationsphänomens aussagekräftiger zusammen, denn es berücksichtigt Gebiete, die nicht vom
Fluss betroffen sind, nicht (weiße Gebiete). Die weißen Flächen dagegen, die in der Kartierung nach
dem BUWAL-Kriterium erscheinen (Figur 4.2.2.B/1.5
unten), zeigen, obwohl sie nicht vom Fluss betroffen
sind, nur durch die Tatsache, dass sie zu einem von
Muren betroffenen Kegel gehören, eine Situation niedriger Gefährdung an. Die Gefahrenzone, die auf der
Il modello consente di seguire gli effetti idraulici della
propagazione di un’onda di piena solido-liquida, in
corso d’evento e ad evento concluso. Le variabili
idrauliche più significative che vengono fornite dal
modello sono: altezza massima raggiunta dal flusso
su ogni cella del campo di moto nel corso dell’intera
simulazione (h) e velocità massima del flusso che ha
interessato ogni cella del campo di moto nel corso
della simulazione (V).
I dati ottenuti consentono di ottenere due differenti
mappe tematiche: la carta di distribuzione delle altezze di flusso e la carta di distribuzione delle velocità;
attraverso la loro combinazione è possibile ricavare
la mappa del pericolo. Per la combinazione dei parametri h e V si è ricorsi ai criteri di classificazione proposti da BUWAL (1997) e da Rickenmann (2001). Il
primo fornisce risultati più cautelativi ed è facilmente
utilizzabile anche per modellazioni del fenomeno
condotte con approcci semplificati. La classificazione
di Rickenmann modula meglio le diverse classi di
intensità, richiedendo però per essere applicata di
una buona conoscenza dei valori di h e V, condizione quest’ultima che il modello FLO-2D soddisfa pienamente.
Il metodo di Rickenmann (Figura 4.2.2.B/1.5 in alto)
sintetizza in modo più eloquente le caratteristiche
complessive del fenomeno di sovralluvionamento,
non considerando le zone che non sono interessate
dal flusso (aree bianche). Le aree bianche che compaiono invece nella mappatura condotta con il criterio del BUWAL (Figura 4.2.2.B/1.5 in basso), pur non
essendo interessate dal flusso e per il solo fatto di
appartenere ad un conoide soggetto a colata, denunciano una situazione di bassa pericolosità. La zona di
pericolo localizzata in sinistra idrografica all’apice del
conoide risulta meglio descritta dal criterio di
Rickenmann.
201
stream from the main road is shown as a high hazard
area, while in the Rickenmann mapping this zone
covers a much smaller area.
202
hydrographisch linken Seite an der Kegelspitze lokalisiert wird, wird vom Kriterium von Rickenmann besser beschrieben.
Es lohnt sich zu beobachten, dass in der BUWALMethode der Grenzwert h = 1 m für die hohe
Gefährdung (statt 1.5 m wie bei Rickenmann) den
Kegelabschnitt auf der hydrographisch linken Seite
unterhalb der Staatsstraße in die Zone mit hoher
Gefährdung fallen lässt; diese Zone ist in der
Kartierung von Rickenmann flächenmäßig sehr viel
geringer.
Vale la pena osservare come nel metodo BUWAL il
limite di h di 1 m per la pericolosità alta (anziché di
1.5 m come in Rickenmann) faccia ricadere in zona a
pericolosità elevata la porzione di conoide posta in
sinistra idrografica a valle della Strada Statale; tale
zona nella mappatura di Rickenmann è arealmente
molto più ridotta.
Figure 4.2.2.B/1.4 FLO-2D simulation carried out with a return period of 200
years, on a 5 x 5 m2 grid, with Kang and Zhang rheological parameters (1980),
the flow split by the flow breaker and the bridge on the main road not obstructed.
Figur 4.2.2.B/1.4 Simulation mit FLO-2D mit einer 200-jährlichen Abflusszeit,
Raster 5 x 5 m2, rheologische Parameter von Kang und Zhang (1980), Welle
laminiert durch Böschungsmauer und Brücke auf der Staatsstraße nicht verstopft.
Figura 4.2.2.B/1.4 Simulazione con FLO-2D effettuata con tempo di ritorno di
200 anni, griglia di 5 x 5 m2, parametri reologici di Kang e Zhang (1980), onda
laminata da briglia frangicolata e ponte sulla strada statale non occluso.
Figure 4.2.2.B/1.5 FLO-2D simulation with the flow split by the flow breaker and
the bridge on the main road not obstructed. Comparison with hazard mapping
obtained using the Rickenmann and BUWAL criteria.
Figur 4.2.2.B/1.5 Simulation mit FLO-2D, Hypothese: Welle laminiert durch
Böschungsmauer und Brücke auf der Staatsstraße nicht verstopft. Vergleich der
Gefahrenkartierung mit den Kriterien von Rickenmann und BUWAL.
Figura 4.2.2.B/1.5 Simulazione con FLO-2D nell’ipotesi di onda laminata
da briglia frangicolata e ponte sulla strada statale non occluso. Confronto
della mappatura del pericolo ottenuta con il criterio di Rickenmann e BUWAL.
203
In order to provide realiable results through the FLO2D model, it is necessary to have a high resolution
Digital Elevation Model; it is also of fundamental
importance to have records of past events which
enable the model to be correctly calibrated, such as
to ensure correct simulations.
When we compare the results of the FLO-2D model
with the mapping performed using the Aulitzky
method (§ 4.2.2.A/1), we can see there is substantial
agreement.
Damit das Modell FLO-2D zuverlässige Ergebnisse
liefert, muss man über ein digitales Geländemodell
mit hoher Auflösung verfügen; außerdem ist es von
grundlegender Bedeutung, Unterlagen über vergangene Ereignisse auszuwerten, die es ermöglichen,
das Modell korrekt zu tarieren und demzufolge korrekte Simulationen durchzuführen.
Wenn man die Ergebnisse des Modells FLO-2D mit
der Kartierung der Methode Aulitzky (§ 4.2.2.A/1)
vergleicht, ist eine substanzielle Übereinstimmung zu
entnehmen.
Perché il modello FLO-2D fornisca risultati attendibili
è necessario avere un Modello Digitale del Terreno a
elevata risoluzione; inoltre di fondamentale importanza è disporre di documentazione relativa agli eventi
passati, che consenta di effettuare una corretta taratura del modello e di condurre, conseguentemente,
simulazioni corrette.
Se si confrontano i risultati del modello FLO-2D con
la mappatura condotta con il metodo Aulitzky (§
4.2.2.A/1), se ne desume un sostanziale accordo.
204
Italy – Provincia Autonoma di Trento
Spiazzo (TN)
Sarca
Stream - Fluß - Corso d’acqua Vagugn
Notes - Bemerkungen - Note see § 4.2.2.A/1 and § 4.2.2.B/1
Figure 4.2.2.B/2.1 Geographical context of Rio Vagugn.
Figur 4.2.2.B/2.1 Geographische Einordnung des Rio Vagugn.
Figura 4.2.2.B/2.1 Inquadramento geografico del Rio Vagugn.
Figure 4.2.2.B/2.2 Hydrographic basin and alluvial fan of Rio Vagugn.
Figur 4.2.2.B/2.2 Il Zuflussgebiet und Schwemmkegel des Rio Vagugn.
Figura 4.2.2.B/2.2 Il bacino idrografico e il conoide alluvionale del Rio Vagugn.
205
Before applying the FLO-2D model, as in § 4.2.2.B/1,
it was necessary to create a Digital Elevation Model
of reduced grid size. In this case we decided to use a
different, innovative technology for acquiring altimetric data called LIDAR (Light Detection and Ranging).
This survey system is based on a combination of
three different data gathering systems: a laser scan,
one or more GPS (Global Positioning System) and
an Inertial Navigation System (INS) which provides
the orientation. The equipment is mounted on an aircraft which emits a laser beam reflected by the surface being surveyed. The time which elapses
between the emission and reception of the beam
enables us to determine the relative position of the
surface targeted by the laser.
In 2003 a specialised company was appointed to fly
over the areas where the sample area is situated.
Vor der Anwendung des Modells FLO-2D war es wie
im Fall von § 4.2.2.B/1 notwendig ein digitales
Geländemodell mit einem kleineren Raster herzustellen. In diesem Fall wurde beschlossen, auf eine
andere, innovative Technologie der Erfassung von
Höhendaten zurückzugreifen, die LIDAR (Light
Detection and Ranging) genannt wird. Dieses
Messsystem basiert auf der Kombination von drei
verschiedenen Datensammlungssystemen: einem
Laser Scan, einem oder mehreren GPS (Global
Positioning
System)
und
einem
InertialNavigationssystem (INS), das die Orientierung liefert. Die Ausrüstung wird auf ein Flugzeug montiert,
von dem aus ein Laserstrahl abgegeben wird, der
von der zu vermessenden Fläche reflektiert wird. Die
Zeit, die zwischen Emission und Empfang des reflektierten Laserstrahls vergeht, ermöglicht es, die
Position des bestrahlten Oberflächenabschnitts zu
bestimmen.
Im Jahr 2003 wurde daher eine Fachfirma beauftragt,
den Flug über das Untersuchungsgebiet durchzuführen.
Preliminarmente all’applicazione del modello FLO2D, è stato necessario, come per il caso esposto nel
§ 4.2.2.B/1, realizzare un Modello Digitale del
Terreno con maglia di dimensioni ridotte. In questo
caso si è scelto di ricorrere ad una differente ed innovativa tecnologia di acquisizione di dati altimetrici
chiamata LIDAR (Light Detection and Ranging).
Questo sistema di rilievo è basato sulla combinazione di tre differenti sistemi di raccolta dati: un laser
scan, uno o più GPS (Global Positioning System) e
un Sistema di Navigazione Inerziale (INS) che fornisce l’orientazione. L’equipaggiamento viene montato
su un aeromobile, dal quale viene emesso un raggio
laser che viene riflesso dalla superficie da rilevare. Il
tempo trascorso tra l’emissione e la ricezione del raggio riflesso permette di determinare la posizione relativa della porzione di superficie investita dalla radiazione.
Nel corso dell’anno 2003 è stata pertanto incaricata
una ditta specializzata che effettuasse il volo sulla
zona in cui ricade l’area campione.
206
Figure 4.2.2.B/2.3 Diagram of laser scanner
technology.
Figur 4.2.2.B/2.3 Funktionsschema der
Technologie Laser Scanner.
Figura 4.2.2.B/2.3 Schema di funzionamento
della tecnologia laser scanner.
Figure 4.2.2.B/2.5 Rio Vagugn. Hydrograph of flow surges in different hydrological
conditions.
Figur 4.2.2.B/2.5 Rio Vagugn. Hochwasser-Hydrogramm für verschiedene
hydrologische Konditionen.
Figura 4.2.2.B/2.5 Rio Vagugn. Idrogramma di piena per differenti condizioni idrologiche.
Table 4.2.2.B/2.1 Parameters used for the hydrological study of the catchment.
Tabelle 4.2.2.B/2.1 Parameter für die hydrologische Untersuchung des Einzugsgebiets.
Tabella 4.2.2.B/2.1 Parametri utilizzati nello studio idrologico del bacino.
VAGUGN
Figure 4.2.2.B/2.4 Digital Elevation Model of Rio Vagugn
obtained using altimetric laser survey.
Figur 4.2.2.B/2.4 Digitales Geländemodell des Rio Vagugn
mit der Laser-Höhenvermessung.
Figura 4.2.2.B/2.4 Modello Digitale del Terreno del Rio
Vagugn ottenuto con rilievo laser altimetrico.
Parametri utilizzati
Area del bacino
Celerità nel canale
Rapporto delle velocità (adimensionale)
Percentuale del bacino saturo considerato
Fattori descrittivi la piena
Portata di picco
Tempo di corrivazione del bacino
Tempo di pioggia che massimizza la portata
Tempo per cui si ha il picco
3.12 km2
4 m/s
100
35 %
13.09 m3/s
≈ 3h 32
≈ 37
≈ 39
207
In order to obtain an input Digital Elevation Model
and the main morphometric parameters for the catchment, a specialised company was appointed to perform flights in September and October 2003 aimed at
providing a Digital Elevation Model with a 1 x 1 m2
grid. We also used a software programme which
allows the user to select any number and position of
sections of a watercourse to be calculated. The sections obtained in this way were then directly used in
the FLO-2D simulation.
Before carrying out the simulations, starting from the
Digital Elevation Model, the topographic dimensions
necessary for a complete morphological analysis of
the catchment were quantified: elevation, gradient
and bends (deviation from the gradient vector per unit
of length on the bends traced on the surface in question). After this, once drainage directions for each
pixel of the hydrographic basin had been determined,
the contributing areas (total areas of drainage for a
given site) and the functions of width (distribution of
points with the same distance from the exit) were
considered.
Lastly the geomorphologic indexes were quantified,
specifically the topographic index as a relation
between the contributing area and the gradients.
The next stage was to create a hydrograph for peak
flows associated with given durations of rainfall. In
the case of Rio Vagugn, a model called Peak-Flow
developed by the Department of Civil and
Environmental Engineering of the University of Trento
was used for the hydrological analyses. The parameters needed to use the Peak-Flow model were as follows:
• percentage of catchment saturated (the percentage of the area that contributes to the peak flow),
based on its morphology;
• relation of the speed in the channels and down the
Um das digitale Geländemodell als Input und die
wichtigsten morphometrischen Parameter des
Beckens zu erhalten, wurde eine Fachfirma beauftragt, in den Monaten September und Oktober 2003
einen Flug durchzuführen, um ein digitales
Geländemodell im Raster 1 x 1 m2 darzustellen. Es
wurde außerdem eine Software vorbereitet, mit der
man die Querschnitte eines Wasserlaufs in Zahl und
Position nach Ermessen des Nutzers erhalten kann.
Diese Querschnitte konnten direkt in FLO-2D implementiert werden.
Vor den Simulationen wurden, ausgehend vom digitalen Geländemodell, die topographischen Größen
beziffert, die für eine vollständige morphologische
Analyse des Einzugsgebiets notwendig sind: Höhen,
Neigungen und Biegung (Abweichung des VektorGradienten für eine Längeneinheit an besonderen
Kurven, die an der geprüften Oberfläche verzeichnet
sind). Nachdem die Dränrichtungen für jeden Pixel
des Zuflussgebiets festgelegt waren, wurden die
Zuflussgebiete (Gesamtdrängebiete, die zu einem
bestimmten
Standort
gehören)
und
die
Amplitudenfunktionen berücksichtigt (Verteilung der
Punkte, die den gleichen Abstand vom Abfluss
haben).
Zuletzt wurden die geomorphologischen Indizes
quantifiziert, im vorliegenden Fall auch der topographische Index, verstanden als Verhältnis zwischen
dem Zuflussgebiet und den Neigungen.
In der folgenden Phase wurde das HochwasserHydrogramm für eine bestimmte Regenzeit
bestimmt.
Bei der Untersuchung des Rio Vagugn wurde für die
hydrologischen Analysen ein Modell mit der
Bezeichnung Peak-Flow verwendet, das im Fachbereich
Bau- und Umweltingenieurwissenschaften der
Universität Trient entwickelt wurde. Bei der Verwendung
Al fine di ottenere il Modello Digitale del Terreno di
input e i principali parametri morfometrici del bacino,
si è incaricata una ditta specializzata di effettuare nei
mesi di settembre e ottobre 2003 un volo finalizzato
a restituire un modello digitale del terreno a maglia 1
x 1 m2. È stato inoltre predisposto un software che
permette di ottenere le sezioni di un corso d’acqua in
numero e posizione a scelta dell’utente. Le sezioni
così ottenute hanno potuto essere implementate
direttamente nel FLO-2D.
Prima di procedere con le simulazioni, sono state
quantificate, a partire dal Modello Digitale del Terreno,
le grandezze topografiche necessarie per una completa analisi morfologica del bacino: quote, pendenze
e curvatura (deviazione del vettore gradiente per unità
di lunghezza, lungo particolari curve tracciate sulla
superficie in esame). In seguito, una volta definite le
direzioni di drenaggio per ogni pixel del bacino idrografico, sono state prese in considerazione le aree
contribuenti (aree totali di drenaggio afferenti ad un
certo sito) e le funzioni di ampiezza (distribuzione dei
punti che condividono la stessa distanza dall’uscita).
In ultimo sono stati quantificati gli indici geomorfologici e, nella fattispecie, l’indice topografico inteso
come rapporto tra l’area contribuente e le pendenze.
La fase successiva ha previsto la determinazione
dell’idrogramma di piena associato ad un determinato tempo di pioggia.
Nel caso di studio del Rio Vagugn, per le analisi idrologiche è stato utilizzato un modello denominato
Peak-Flow, sviluppato presso il Dipartimento di
Ingegneria Civile ed Ambientale dell’Università di
Trento. I parametri da definire per l’utilizzo del modello Peak-Flow sono:
• percentuale satura di bacino (percentuale di area
che concorre alla piena) determinata in base alla
morfologia;
208
slopes, determined according to the return period
used for the rainfall considered;
• one of the two speeds (usually the speed in the
channel given the higher number of observations
of this figure compared to speed on the slope).
Once the various parameters had been quantified
and the hydrological characteristics of the catchment
determined, the study of debris flows which could
affect the area in question was initiated using the
FLO-2D model, based on: a) a 3 x 3 m2 grid taking in
part of the town of Mortaso, the channel of Rio
Vagugn and part of the fan, and b) a 2 x 2 m2 grid of
a smaller area; c) other simulations with a 10 x 10 m2
grid were performed inside the drainage basin.
des Peak-Flow-Modells müssen folgende Parameter
definiert werden:
• prozentuale Sättigung des Einzugsgebiets
(Prozentsatz der Fläche, die zum Hochwasser
beiträgt), die auf der Grundlage der Morphologie
bestimmt wird;
• Beziehung der Geschwindigkeiten in den Kanälen
und an den Hängen, die auf der Basis der verwendeten Ablaufzeit bei dem jeweiligen Regenfall
bestimmt wird;
• eine der beiden Geschwindigkeiten (üblicherweise
berücksichtigt man die Geschwindigkeit im Kanal,
da zu dieser Größe im Vergleich zur
Geschwindigkeit am Hang mehr experimentelle
Beobachtungen existieren).
Nachdem die verschiedenen Parameter beziffert und
die hydrologischen Eigenschaften des Einzugsgebiets
definiert worden waren, begann die Untersuchung der
Muren, die das Studiengebiet betreffen können, über
das Modell FLO-2D. Dabei wurden verwendet: a) ein
Raster von 3 x 3 m2, das einen Teil der Ortschaft
Mortaso, das Flussbett des Rio Vagugn und einen Teil
des Kegels umfasst, und b) ein Raster von 2 x 2 m2,
das ein im Vergleich zum vorigen begrenzteres Gebiet
umfasst; c) Außerdem wurden weitere Simulationen mit
einem Raster von 10 x 10 m2 innerhalb des
Einzugsgebiets durchgeführt.
• rapporto delle velocità nei canali e lungo i versanti, determinato in base al tempo di ritorno utilizzato nella pioggia che si considera;
• una delle due velocità (solitamente si considera la
velocità nel canale, dato il maggior numero di
osservazioni sperimentali esistenti su questa
grandezza rispetto alla velocità sul versante).
Quantificati i vari parametri e definite le caratteristiche idrologiche del bacino, è iniziato lo studio delle
colate detritiche che possono interessare l’area
oggetto di studio attraverso il modello FLO-2D, utilizzando: a) una maglia di 3 x 3 m2 comprendente parte
dell’abitato di Mortaso, l’alveo del Rio Vagugn e parte
del conoide, e b) una maglia di 2 x 2 m2 comprendente un’area più limitata rispetto alla precedente: c)
altre simulazioni con maglia di 10 x 10 m2 sono state
condotte all’interno del bacino idrografico.
209
Figure 4.2.2.B/2.6 Hazard map of the Rio Vagugn fan based on the Aulitzky
method.
Figur 4.2.2.B/2.6 Karte der Gefahrenzonen im Kegel des Rio Vagugn nach
der Methode Aulitzky.
Figura 4.2.2.B/2.6 Mappa delle aree di pericolo sul conoide del Rio Vagugn
secondo la metodologia Aulitzky.
Figure 4.2.2.B/2.7 Hazard map obtained from simulations
performed using FLO–2D.
Figur 4.2.2.B/2.7 Gefahrenkarte als Ergebnis der Simulationen mit FLO-2D.
Figura 4.2.2.B/2.7 Mappa del pericolo ottenuta dalle simulazioni
condotte con FLO–2D.
210
4.2.2.B/2.3 Results
In view of the high hazard situation previously signalled by the Aulitzky method, various simulations
were performed on Rio Vagugn, enabling us to characterise a possible critical event in detail. The simulations highlighted the fact that debris flows could
affect the houses on the orographic right near the torrent bed. On the left is a construction dating back to
the beginning of 1900 to protect the town of Mortaso;
the deposit of material downstream of that is considered to be unlikely, as confirmed by the results of the
numeric modelling. The simulations revealed that the
most hazardous situation with regards to the Vagugn
Torrent is very concentrated debris flows involving
large quantities of material, meaning that the flow will
not be contained by the torrent channel. According to
the model the resulting overflow to the hydrographic
right on the fan would occur in correspondence with
an inhabited area, near which is a large boulder, testifying to the event of 1926. This specific evidence
means that in the past the torrent has been capable
of generating events such as that predicted in the
concentrated simulation, involving large quantities of
material. The simulation performed with a barrier at
the tip of the fan is interesting, in that the barrier
appears capable of withstanding the flow.
Angesichts der Situation hoher Gefahr, die von der
Methode Aulitzky vorher angezeigt wurde, wurden
am Rio Vagugn verschiedene Simulationen durchgeführt, mit denen das mögliche kritische Ereignis
detaillierter charakterisiert werden konnte. Auf der
Grundlage der Simulationen ergab sich, dass
Murenphänomene die Siedlungen auf der orographisch rechten Seite nahe am Bachbett betreffen
können. Auf der linken Seite wird auf ein Bauwerk
hingewiesen, das Anfang 1900 zum Schutz der
Ortschaft
Mortaso
errichtet
wurde;
eine
Materialablagerung unterhalb dessen wird als
unwahrscheinlich betrachtet, wie die Ergebnisse der
numerischen Modellierung bestätigen. Man ersieht
aus den Simulationen, dass die Situation der größten
Gefahr im Fall des Wildbachs Vagugn bei sehr konzentrierten Muren mit großer Materialbewegung eintritt, so dass der Strom nicht im Bachbett gehalten
werden kann; dies führt zum Austreten auf der orographisch rechten Seite des Kegels, das nach dem
Modell auf der Höhe eines Wohngebiets in der Nähe
eines großen Massivs erfolgen würde, was auch vom
Ereignis 1926 bezeugt wird. Dieses spezifische
Ergebnis bedeutet, dass der Wildbach auch in der
Vergangenheit bereits die Fähigkeit bewiesen hat,
Ereignisse wie das in der konzentrierten Simulation
vorhergesehene
zu
erzeugen
und
große
Materialmengen freizusetzen. Interessant ist die
Simulation mit einer Barriere an der Spitze des
Kegels, die in der Lage zu sein scheint, den Strom
aufzuhalten.
Vista la situazione di elevato pericolo segnalata preventivamente dal metodo di Aulitzky, sul Rio Vagugn
sono state condotte varie simulazioni che hanno permesso di caratterizzare in maniera dettagliata il possibile evento critico. In base alle simulazioni si è evidenziato che fenomeni di colata possono coinvolgere
le abitazioni in destra orografica vicine al letto del torrente. In sinistra si rileva la presenza di un manufatto
costruito ad inizio 1900 a protezione dell’abitato di
Mortaso; si considera improbabile il deposito di materiale a valle di esso, come confermato dai risultati
della modellazione numerica. Quello che si evince
dalle simulazioni è che la situazione di maggior pericolo nel caso del T. Vagugn è rappresentata da colate molto concentrate con grande movimento di materiale, tali per cui la colata non può essere contenuta
nell’alveo del torrente. La conseguente fuoriuscita in
destra orografica sul conoide avverrebbe secondo il
modello all’altezza di una zona abitata in prossimità
di un grosso masso a testimonianza dell’evento del
1926; questa specifica evidenza sta a significare che
anche nel passato il torrente ha dimostrato la capacità di generare eventi come quelli previsti nella simulazione concentrata, mettendo a disposizione grandi
quantità di materiale.
Interessante appare la simulazione condotta con uno
sbarramento all’apice del conoide, che sembra in
grado di contenere la colata.
211
The end result, the hazard map obtained using FLO2D, does not differ substantially from the results of
the Aulitzky method, identifying a high hazard area
which runs from the right bank of the torrent to a wall
built last century.
The simulation performed including a flow breaker
just downstream from the tip of the fan demonstrates
the possibility of considerably reducing the area at
risk, giving rise to a new map, with a smaller high
hazard area. Protection works constructed to reduce
the level of hazard should be studied with precise
research into the rheological characteristics of the
material and possible volumes at stake.
With regards to simulations inside the catchment,
these confirm the limitations of the FLO-2D model: as
they were carried out using a rough grid to keep simulation times down, the result obtained is not very
reliable. This is compounded by the nature of the
model, which is based on a simple scatter pattern
and does not take into account surface changes and
transport capacity.
Das Endergebnis der Gefahrenkarte, die mit FLO-2D
erreicht wurde, weicht nicht substanziell von den
Ergebnissen der Methode Aulitzky ab, denn als Zone
mit hoher Gefahr wird der gesamte Streifen identifiziert, der sich zwischen dem rechten Bachufer und
einem im letzten Jahrhundert errichteten Wall
erstreckt.
Die Simulation, bei der eine Balkensperre wenig
unterhalb der Kegelspitze eingesetzt wurde, beweist,
dass die gefährdete Fläche spürbar verringert werden kann, denn sie ergibt eine Karte, in der die Zone
mit
hoher
Gefahr
geringer
ist.
Die
Verbauungsmaßnahme,
die
eine
solche
Gefahrenreduzierung ermöglicht, muss mit präzisen
Untersuchungen über die Rheologie des Materials
und die möglichen einbezogenen Volumina sorgfältig
geprüft werden.
Die Simulationen für das ganze Einzugsgebiet dagegen bestätigen die Grenzen des Modells FLO-2D,
denn da sie mit einem groben Berechnungsraster
durchgeführt wurden, um die Simulationsdauer zu
begrenzen, ist das Ergebnis wenig zuverlässig.
Dieses Merkmal wird betont durch die Qualität des
Modells, das einfach streuend ist und keine Änderungen des Bodens und der Transportkapazität
berücksichtigt.
Il risultato finale della mappa di pericolo ottenuta con
FLO-2D non si discosta in maniera sostanziale da
quanto previsto con il metodo Aulitzky, individuando
come zona ad elevato pericolo tutta la fascia che si
estende tra la sponda destra del torrente ed un vallo
realizzato nel secolo scorso.
La simulazione condotta considerando la presenza di
una briglia filtrante poco a valle dell’apice del conoide dimostra la possibilità di ridurre in maniera sensibile la superficie esposta a pericolo, portando ad una
nuova mappa in cui la zona a pericolo elevato è ridotta. L’intervento di sistemazione che permette tale
riduzione del pericolo va studiata accuratamente con
indagini precise sulla reologia del materiale e sui
possibili volumi in gioco.
Per quanto riguarda le simulazioni all’interno del
bacino, esse confermano i limiti del modello FLO-2D
in quanto, essendo state condotte su una griglia di
calcolo grossolana per limitare i tempi di simulazione,
il risultato ottenuto è poco attendibile. Ad accentuare
tale caratteristica vi è la qualità del modello che è di
semplice spargimento e non valuta cambiamenti di
fondo e di capacità di trasporto.
212
§ 4.2.2.B/3 REGIONE LOMBARDIA
Italy – Regione Lombardia
Cortenova (LC)
Pioverna
Stream - Fluß - Corso d’acqua Rossiga
Notes - Bemerkungen - Note see § 4.2.2.A/2
Figure 4.2.2.B/3.1 Geographical context of the Rossiga Torrent catchment and reconstruction of the event of November 2002.
Figur 4.2.2.B/3.1 Geographische Einordnung des Beckens T. Rossiga und Rekonstruktion des Ereignisses von November 2002.
Figura 4.2.2.B/3.1 Inquadramento geografico del bacino del T. Rossiga e ricostruzione dell’evento del novembre 2002.
213
In order to estimate the hazard level connected to the
debris flows that affect many Alpine catchments, it is
possible to use mathematical models which simulate
the propagation of a hyperconcentrated flow. The
results of the model allow us to classify the various
areas of the fan. The advantages of numeric simulation lie in the precision of the outlines created, taking
into account the effect of morphological variations or
mitigation works, simulating the effect of a flow in the
present conditions or in a hypothetical future situation.
The area of the Rossiga Torrent was chosen because
the mud and debris flow of November 2002 means
that there is reasonably precise information on the
volume and expansion of the flow. This information
means that we can carry out a back analysis to calibrate the model, verifying its ability to reproduce an
actual event. In the present case, with the help of
modelling it was also possible to verify the efficacy of
risk mitigation works constructed after the flow event.
Um die Gefährdung im Zusammenhang mit
Murenereignissen einzuschätzen, denen viele
Alpenbecken ausgesetzt sind, kann man auf mathematische Modelle zurückgreifen, die die Ausbreitung
eines hyperkonzentrierten Stroms simulieren können. Aus den Ergebnissen der Modellierung kann
man eine Klassifizierung der Kegelgebiete ableiten.
Die Vorteile der numerischen Simulation bestehen in
der Präzision der Abgrenzung, denn sie berücksichtigt die Auswirkungen von morphologischen
Veränderungen oder Milderungsmaßnahmen und
kann die Folgen einer Mure unter den gegenwärtigen
Bedingungen oder auch in einer hypothetischen
zukünftigen Projektkondition simulieren.
Das Gebiet des T. Rossiga wurde ausgewählt, weil
infolge der Murgänge von November 2002
Informationen zu den Volumetrien und die
Ausbreitungsmodalitäten des Stroms mit angemessener Präzision vorlagen. Diese Kenntnis ermöglicht
eine Back Analysis für die Tarierung des Modells, mit
der seine Fähigkeit überprüft wird, ein reales Ereignis
zu reproduzieren. In diesem Fall war es mit Hilfe der
Modellierung auch möglich, die Wirksamkeit einer
Milderungsmaßnahme des Risikos zu prüfen, die
nach dem Strom errichtet worden war.
Al fine di stimare la pericolosità associata agli eventi
di colata detritica cui molti bacini alpini sono soggetti, è possibile fare ricorso a modelli matematici in
grado di simulare la propagazione di una corrente
iperconcentrata; dai risultati della modellazione si
può derivare una classificazione delle aree del conoide. I vantaggi della simulazione numerica consistono
nella precisione della perimetrazione, che tiene in
conto l’effetto di variazioni morfologiche o di opere di
mitigazione, simulando l’effetto di una colata nella
condizione presente o in un’ipotetica condizione futura di progetto.
L’area del T. Rossiga è stata scelta in quanto, a seguito delle colate di fango e detriti del novembre 2002, è
stato possibile disporre di informazioni sulle volumetrie e sulla modalità di espansione delle colate con
ragionevole precisione. Tale conoscenza consente di
eseguire una back analysis per la taratura del modello, verificandone la capacità di riprodurre un evento
reale. Nel caso in studio con l’ausilio della modellazione è stato possibile anche verificare l’efficacia di
un’opera di mitigazione del rischio realizzata in
seguito alla colata.
214
Figure 4.2.2.B/3.2 Surge of debris flow used in the simulation (in blue)
and performance over time of the hypothetical concentration (red line).
Figur 4.2.2.B/3.2 Murenwelle, die für die Simulation verwendet wurde (blau)
und zeitlicher Verlauf der angenommenen Konzentration (rote Linie).
Figura 4.2.2.B/3.2 Onda di colata detritica utilizzata nella simulazione (in blu)
e andamento nel tempo della concentrazione ipotizzata (linea rossa).
Figure 4.2.2.B/3.4 Result of the simulation in terms of maximum flow speed in m/s.
Figur 4.2.2.B/3.4 Simulationsergebnis im Hinblick auf die Höchstgeschwindigkeit
der Mure in m/s.
Figura 4.2.2.B/3.4 Risultato della simulazione in termini di massima velocità
della colata, in m/s.
Figure 4.2.2.B/3.3 Result of the simulation in terms of maximum levels, in metres.
Figur 4.2.2.B/3.3 Simulationsergebnis im Hinblick auf das Höchstniveau in Metern.
Figura 4.2.2.B/3.3 Risultato della simulazione in termini di massimi livelli, in metri.
Figure 4.2.2.B/3.5 Result of the simulation (t = 0.4 h)
in terms of final flow speeds, in m/s.
Figur 4.2.2.B/3.5 Simulationsergebnis (t = 0.4 h) im Hinblick auf die
Endgeschwindigkeit der Mure in m/s.
Figura 4.2.2.B/3.5 Risultato della simulazione (t = 0.4 h) in termini di velocità
finali della colata, in m/s.
215
The FLO-2D model is particularly suitable for simulating mud flows, and utilises the consolidated practice of modelling the movement of a continuous sediment/water flow using De Saint Venant equations,
which offer a series of additional values corresponding to the rheological properties of the flow; a suspension which does not generally possess
Newtonian characteristics.
The model simulates developments on an unvarying
surface, not modifying topography with the passing of
the flow. The rheological characteristics do not
change over time, but the concentration of sediment
can be made to vary. The type of fluid that can be
simulated is a flow based on a fixed yield stress
threshold, a dispersive stress and a level of viscosity.
Both viscosity and yield stress depend exponentially
on the concentration.
Upon completion of the simulation utilising maps of
maximum speed and maximum drag it is possible to
generate hazard maps which satisfy criteria of objectivity. To this end the report is completed with a proposal for a possible quantitative approach to calculate the level of risk occasioned by peak flow events.
In the case of the Rossiga Torrent, with the hypothetical concentrations which can be used, the density of
the flow varies between 1.800 and 2.000 kg/m3.
Considering the surface of the fan, with a gradient of
around 10 %, and considering the height of the marginal fringes of the deposit, around 1 m to 2 m, the
yield stress is between 2.000 and 4.000 Pa. With
regards to viscosity, the use of high figures (a few
hundred Poise) appears justified, as a number of
graphs taken from O’Brien (1998) show.
The calibration of the model starts from these bases.
Figure 4.2.2.B/3.2 shows the surge of the debris flow
which resulted from the calibration process. As can
be seen, the peak flow is around 15 % less than what
Das Modell FLO-2D ist besonders geeignet,
Mudflows zu simulieren. Es verwendet die konsolidierte Praxis, die Bewegung eines fest-flüssigen
Kontinuums mit Hilfe der Gleichungen von De Saint
Venant zu modellieren, wo im Ausdruck des Gefälles
eine Reihe von zusätzlichen Größen vorhanden ist,
die den rheologischen Eigenschaften des Stroms
entsprechen; er besteht aus einer Mischung, die im
Allgemeinen keine Newtonschen Eigenschaften hat.
Das Modell simuliert die Evolution auf einem festen
Untergrund, die Topographie wird also durch den
Durchfluss der Mure nicht verändert. Außerdem
ändert sich die Rheologie im Laufe der Zeit nicht,
während man die Konzentration der festen Phase
Veränderungen unterziehen kann. Die Art der
Mischung aus Wasser und Geschiebe, die simuliert
werden kann, zeichnet sich durch einen Ausdruck
des Gefälles aus, der von einer festen Kraftschwelle,
von der Dispersion und der Viskosität abhängt.
Sowohl die Viskosität als auch die kritische Kraft hängen exponentiell von der Konzentration ab.
Am Ende der Simulation kann man unter Verwendung
der Karte der eingetretenen Höchstgeschwindigkeiten
und maximalen Zugkräfte Gefährdungskarten erarbeiten, die objektiven Kriterien entsprechen.Vervollständigt
wird der Bericht durch einen Vorschlag für einen möglichen quantitativen Ansatz zur Berechnung des Risikos
durch Wildbachhochwasser. Im Fall des T. Rossiga
erhält man mit den anzunehmenden Konzentrationen
eine Stromdichte, die zwischen 1.800 und 2.000 kg/m3
schwankt. Untersucht man die Kegeloberfläche mit ihrer
Neigung von zirka 10 % und berücksichtigt man die
Höhe der Sedimentrandstreifen von 1 - 2 m, erhält man
einen Wert für die kritische Kraft zwischen 2.000 und
4.000 Pa. Was die Viskosität angeht, scheint es legitim,
ziemlich hohe Werte anzunehmen (mehrere Hundert
Poise), wie man aus einigen Graphiken von O’Brien
(1998) entnehmen kann.
Il modello FLO-2D è particolarmente adatto a simulare colate di fango e utilizza la pratica consolidata di
modellare il moto di un continuo solido-liquido
mediante le equazioni di De Saint Venant, dove nel
termine della cadente è presente una serie di quantità aggiuntive che rispondono delle proprietà reologiche della colata; essa è costituita da un miscuglio
che non ha in generale caratteristiche newtoniane.
Il modello simula l’evoluzione su fondo fisso, quindi la
topografia non viene modificata dal passaggio della
colata. Inoltre, la reologia non cambia nel tempo,
mentre può essere fatta variare la concentrazione
della fase solida. Il tipo di fluido che è possibile simulare è caratterizzato da un’espressione della cadente
dipendente da una soglia di sforzo fissa, da un termine dispersivo e da un termine di tipo viscoso. Sia
la viscosità che lo sforzo critico dipendono esponenzialmente dalla concentrazione.
Al termine della simulazione, utilizzando la mappa
delle massime velocità e dei massimi tiranti che si
sono verificati, è possibile elaborare delle mappe
della pericolosità che rispondano a criteri di tipo
oggettivo. In questo senso, la relazione è completata
dalla proposta di un possibile approccio quantitativo
per il calcolo del rischio conseguente ad eventi di
piena torrentizia. Nel caso del T. Rossiga, con le concentrazioni che è possibile ipotizzare, si ottiene una
densità della colata che oscilla tra 1.800 e 2.000
kg/m3. Prendendo in esame la superficie del conoide,
a pendenza circa del 10 % e considerando l’altezza
delle frange marginali del deposito pari a 1 m - 2 m,
si ottiene un valore dello sforzo critico compreso tra
2.000 e 4.000 Pa. Per quanto riguarda la viscosità,
pare lecito ipotizzare valori assai alti (qualche centinaio di Poise), come si può desumere da alcuni grafici riportati da O’Brien (1998).
Da questi intervalli parte dunque la taratura del
216
was previously calculated and the total volume is
75.000 m3. The elements used to fine tune the initial
hypothetical parameters were: 1) the extension of
flooded areas and their location; 2) the estimated volume of debris at the end of the event and the distribution of this on the fan, up to the outlet into the
Pioverna: according to the estimates made, around
20.000 m3 of debris remained on the fan, on the
stretch between an elevation of 510 m and 490 m a.
s. l. and 20.000 m3 was deposited in the downstream
stretch up to the Pioverna; 3) the maximum depths
and speeds of the flow during the event; 4) the thickness of the material deposited at the end of the
event; 5) speeds at the end of the event; 6)
water/sediment hydrographs at various intermediate
points, to compare with the quantities measured. All
of these results must reflect what was observed or
what can be deemed reasonable during a flow event
with the aforementioned characteristics.
The simulations were performed using two Digital
Elevation Models at different resolutions: one with a 5
x 5 m2 grid created after the event and another with a
1 x 1 m2 grid (but used with a 2 x 2 m2 grid) after the
construction of protection works.
The use of a higher resolution Digital Elevation Model
undoubtedly provides a higher quality result, but not
to the extent that it introduces significant variations
compared to the results obtained in the past with simulations using a 5 m grid.
Von diesen Intervallen geht also die Tarierung des
Modells aus. In Figur 4.2.2.B/3.2 wird die Murenwelle
gezeigt,
zu
der
man
am
Ende
des
Tarierungsprozesses gelangte. Wie man sieht, ist die
Menge an der Spitze zirka um 15 % geringer als vorher angenommen, und das Gesamtvolumen beträgt
75.000 m3. Die Elemente, die berücksichtigt wurden,
um die Anfangshypothesen der Parameter zu verfeinern, waren: 1) die Ausdehnung der überschwemmten
Flächen und ihre Lokalisierung; 2) die geschätzten
Geschiebevolumina am Ende des Ereignisses und
ihre Verteilung im Kegel bis zur Mündung in Pioverna:
Die nach dem Ereignis im Kegel durchgeführten
Schätzungen ergaben, dass etwa 20.000 m3 im
Abschnitt zwischen 510 m und 490 m Höhe üdM und
20.000 m3 im Abschnitt talwärts bis Pioverna blieben;
3) die maximalen Tiefen und Geschwindigkeiten des
Stroms im Laufe des Ereignisses; 4) die Dicke des am
Ende des Ereignisses abgelagerten Materials; 5) die
Geschwindigkeiten am Ende des Ereignisses; 6) die
Fest-Flüssig-Hydrogramme an den verschiedenen
Fortschrittsständen, die qualitativ mit den festgestellten Niveaus zu vergleichen sind. All diese Größen
müssen dem entsprechen, was beobachtet wurde
oder was man im Laufe einer Mure mit den vorher festgestellten Eigenschaften berechtigterweise annehmen
kann.
Für die Simulationen wurden zwei digitale
Geländemodelle mit verschiedener Auflösung aus
verschiedenen Zeiten verwendet: ein digitales
Geländemodell mit Raster 5 x 5 m2, das nach dem
Ereignis erstellt wurde, und ein anderes mit einem
Raster 1 x 1 m2 (das allerdings mit Raster 2 x 2 m2
verwendet wurde), das nach der Errichtung der
Schutzbauten erstellt wurde.
Die Anwendung einer größeren Auflösung für das digitale Geländemodell führt zwar zu einer unzweifelhaft
größeren Auflösungsqualität, die aber im Vergleich zu
dem, was sich bereits in den Simulationen mit Teilung
5 m ergab, keine signifikanten Änderungen einführt.
modello. In Figura 4.2.2.B/3.2 si riporta l’onda di colata detritica cui si è approdati al termine del processo
di taratura. Come si nota, la portata al colmo è circa
del 15 % inferiore rispetto a quella a priori ipotizzata
e il volume complessivo è di 75.000 m3. Gli elementi
che sono stati considerati per affinare le ipotesi iniziali relative ai parametri sono stati: 1) l’estensione
delle aree inondate e la loro localizzazione; 2) i volumi di detrito stimati al termine dell’evento e la loro
distribuzione sul conoide fino allo sbocco in
Pioverna: in base alle stime effettuate dopo l’evento
sul conoide sono rimasti circa 20.000 m3 nel tratto
compreso tra quota 510 m e quota 490 m s. l. m. e
20.000 m3 nel tratto a valle sino al Pioverna; 3) le
massime profondità e velocità della colata nel corso
dell’evento; 4) gli spessori di materiale depositato alla
fine dell’evento; 5) le velocità alla fine dell’evento; 6)
gli idrogrammi solido-liquidi alle diverse progressive,
da confrontare qualitativamente con i livelli riscontrati. Tutte queste quantità devono essere conformi a
quanto è stato osservato o a quanto si possa ritenere ragionevole nel corso di una colata con le caratteristiche precedentemente evidenziate.
Le simulazioni sono state eseguite utilizzando due
Modelli Digitali del Terreno a diversa risoluzione e
realizzati in tempi diversi: un Modello Digitale del
Terreno con maglia 5 x 5 m2 realizzato dopo l’evento
e un altro con maglia 1 x 1 m2 (usato però con maglia
2 x 2 m2) dopo la realizzazione di opere di protezione.
L’adozione di una risoluzione maggiore del Modello
Digitale del Terreno porta ad una qualità di soluzione
indubbiamente maggiore, ma non tale da introdurre
significative variazioni rispetto a quanto già evidenziato dalle simulazioni condotte a passo 5 m.
217
4.2.2.B/3.3 Results
The simulations were carried out before and after the
construction of works to protect the urban area. There
are no significant differences in the model of the
expansion of the flow down the torrent channel in the
two simulations, which is not the case for the tip of the
fan after the implementation of a protection wedge.
Below are the results of the simulations in terms of: 1)
thickness of deposits; 2) levels reached by the flow; 3)
volumes involved; 4) speed of the flow during the
event; 5) final or residual speed; 6) capacity.
1) The final thickness of the deposits left after the
flow event was compared to the final size of flooded areas, and with the thickness which could be
estimated at various points in the November 2002
event. The comparison shows a considerable correspondence, and where this is not the case it is
probably due to lack of precision in the Digital
Elevation Model. At the end of the simulation, the
thicknesses on the fan were between 1.5 m and 3
m, in agreement with what can be observed in
photographs of the event. Upstream from the
bridge, after two of the spans were blocked, a
great quantity of material accumulated, with thicknesses of up to 7 m, which may be an overestimate. However the images of the stretch in question suggest that this is not an excessive overestimate, when the enormous quantity of material that
built up there is considered. Downstream from the
bridge all of the watercourse is filled with sediment, with thicknesses between 3 m and 5 m, and
the area where it meets the Pioverna is in a similar condition, taking into account the fact that part
of the flow was dragged away by the current from
the receptor.
2) Comparing maximum flow levels (Figure
4.2.2.B/3.3) with the traces left along the watercourse, mainly upstream of the fan, it can be seen
Die Simulationen wurden vor und nach der
Konstruktion des Verteidigungsbaus der Ortschaft
durchgeführt.
Die
Modellierung
der
Stromausdehnung im Flussbett zeigt in beiden
Simulationen keine besonderen Unterschiede, während der obere Kegelteil nach Errichtung eines
Schutzkeils sehr verschieden reagiert. Im Folgenden
werden die Ergebnisse der Simulationen aufgeführt
im Hinblick auf: 1) Dicke der Ablagerungen, 2) die
Höhen, die der Strom erreicht, 3) einbezogene
Volumina, 4) Geschwindigkeiten des Stroms im
Laufe
des
Ereignisses,
5)
Endoder
Restgeschwindigkeit, 6) Menge.
1) Die Dicke der Ablagerungen nach dem Abschluss
des Stromereignisses wurde mit der abschließenden Ausdehnung der überschwemmten Gebiete
und mit der Dicke verglichen, die an den verschiedenen Stellen aus dem Ereignis von November
2002 geschätzt werden konnte; aus dem Vergleich
geht eine deutliche Übereinstimmung hervor, und
wo dies nicht der Fall ist, ist der Grund wahrscheinlich auf Ungenauigkeiten im digitalen
Geländemodell zurückzuführen. Am Ende der
Simulation erhält man am Kegel Dicken zwischen
durchschnittlich 1.5 m und 3 m, wie man auch aus
den Fotos des Ereignisses entnehmen kann.
Oberhalb der Brücke bemerkt man nach der
Verstopfung ihrer beiden Öffnungen eine starke
Materialakkumulation mit Dicken bis zu 7 m, vielleicht zum Teil überschätzt; dennoch lassen die
Bilder zu diesem Abschnitt ahnen, dass die Überschätzung auch in Anbetracht des zyklopischen
Materials, das dort zum Stillstand kam, dann doch
nicht so stark ist. Unterhalb der Brücke wird das
gesamte Flussbett von Sedimenten mit Dicken
zwischen 3 m und 5 m eingenommen, und ebenso gut wurde der Expansionsbereich in Pioverna
Le simulazioni sono state condotte prima e dopo la
costruzione dell’opera di difesa dell’abitato. La
modellazione di espansione della colata lungo l’alveo
non mostra particolari differenze nelle due simulazioni, mentre è molto diversa nella parte apicale del
conoide dopo la messa in opera di un cuneo di protezione. Si presentano di seguito i risultati delle simulazioni in termini di: 1) spessore dei depositi, 2) livelli raggiunti dalla colata, 3) volumi coinvolti, 4) velocità della colata in corso d’evento, 5) velocità finale o
residua, 6) portata.
1) Lo spessore finale dei depositi a colata terminata
è stata comparata con l’estensione finale delle
aree inondate e con lo spessore stimabile nei
diversi punti ricavati dall’evento di novembre 2002;
dal confronto emerge una discreta coincidenza e
dove ciò non accade la ragione è probabilmente
da attribuire ad imprecisioni nel Modello Digitale
del Terreno. Al termine della simulazione si ottengono sul conoide spessori mediamente compresi
tra 1.5 m e 3 m, in accordo con quanto si può
desumere dalle fotografie dell’evento. A monte del
ponte, in seguito all’ostruzione di due luci dello
stesso, si rileva un forte accumulo di materiale,
con spessori sino a 7 m, forse in parte sovrastimati; tuttavia le immagini relative a quel tratto
fanno intuire che la sovrastima non è poi eccessiva, anche in considerazione del materiale ciclopico che lì si è fermato. A valle del ponte tutto l’alveo
risulta ingombro di sedimenti con spessori variabili tra 3 m e 5 m ed è egualmente bene colta la
zona di espansione nel T. Pioverna; si deve tenere
conto che parte della colata è stata trascinata via
dalla corrente del recettore.
2) Confrontando i massimi livelli della colata (Figura
4.2.2.B/3.3) con le tracce presenti in alveo principalmente a monte del conoide, si vede che la
218
3)
4)
5)
6)
that the flow in this area reached a maximum
height of 7 m to 9 m, which is compatible with what
was observed on site; and the other maximum
heights in the stretch downstream appear compatible with available data.
The volume calculated in the stretch between the
end of the fan and the end of the canalised stretch
of the Rossiga Torrent, where it meets the
Pioverna Torrent was 35.000 m3, above the estimate of 20.000 m3. In any case it should be underlined that assessments were made 0.4 hours from
the flow event, when the flow is still moving, albeit
at low speeds. An overestimate of volumes in the
watercourse is therefore natural.
Considering the maximum speeds during the
event (Figure 4.2.2.B/3.4) we can note maximum
speeds of up to 5 m/s - 7 m/s in the stretch
upstream from the fan, which are completely in
line with the dynamics of this type of flow and the
timing of the event. Some peaks at one or two isolated points of the intermediate stretch can probably be connected to some localised numeric instability and are therefore insignificant.
Considering the final flow speed (Figure
4.2.2.B/3.5) it can be seen that a short time after
the event it is characterised by purely virtual figures in many points. There is a slow downhill
movement of a few cm/s on the fan, due to the
gradual disappearance of the water; this figure is
also compatible with witness accounts, which
speak of a slow flow movement on the fan at the
end of the event, similar to a lava flow. The residual speeds in the watercourse represent the tail of
the event, and are entirely realistic.
It is also interesting to observe that the hydrograph is considerably reduced as it transfers down
the channel (Figure 4.2.2.B/3.6). While upstream
of the fan the peak flow is 30 m3/s less than the initial speed (230 m3/s), downstream of the fan, after
2)
3)
4)
5)
erfasst; man muss bedenken, dass ein Teil der
Mure von der Strömung des aufnehmenden
Flusses mitgerissen wurde.
Vergleicht man die Höchstniveaus der Mure (Figur
4.2.2.B/3.3) mit den Spuren im Bachbett, vorwiegend oberhalb des Kegels, sieht man, dass der
Strom im oberen Abschnitt maximale Höhen zwischen 7 m und 9 m erreicht hätte. Diese Werte
sind kompatibel mit den Messungen im Feld. Auch
die anderen Maximalhöhen im unteren Abschnitt
scheinen mit den vorliegenden Daten kompatibel
zu sein.
Die Volumina, die im Abschnitt zwischen dem
Kegelende und dem Ende des kanalisierten
Abschnitts des T. Rossiga an der Mündung in den
T. Pioverna berechnet wurden, betragen zirka
35.000 m3, deutlich mehr als die geschätzten
20.000 m3. Man muss allerdings darauf hinweisen,
dass die Auswertungen 0.4 Stunden nach dem
Ereignis vorgenommen wurden, als der Strom im
Bett noch in Bewegung war, wenn auch mit geringer Geschwindigkeit. Es ist also natürlich, dass
die Volumina im Bachbett überschätzt wurden.
Bei den Höchstgeschwindigkeiten während des
Ereignisses (Figur 4.2.2.B/3.4) bemerkt man
Höchstwerte um 5 m/s - 7 m/s im Abschnitt oberhalb des Kegels, die mit der Dynamik dieses
Murentyps und mit dem Zeitverlauf des
Ereignisses völlig kompatibel sind. Einige Spitzen
an einem oder zwei isolierten Punkten im mittleren Abschnitt sind mit aller Wahrscheinlichkeit auf
eine lokalisierte Instabilität numerischer Art zurükkzuführen und damit unbedeutend.
Bei der Endgeschwindigkeit des Stroms (Figur
4.2.2.B/3.5) bemerkt man, dass sie kurze Zeit
nach dem Ereignis von Werten geprägt ist, die an
vielen Punkten nur virtuell sind. Man sieht eine
langsame Bewegung talwärts von wenigen cm/s
im Kegel, verbunden mit dem zunehmenden
3)
4)
5)
6)
colata nel tratto di monte avrebbe raggiunto altezze massime tra 7 m e 9 m, valori compatibili con
quanto rilevato sul campo; anche le altre altezze
massime sul tratto di valle appaiono compatibili
con i dati disponibili.
I volumi calcolati nel tratto compreso tra il termine
del conoide e la fine del tronco canalizzato del T.
Rossiga in corrispondenza dell’ingresso nel T.
Pioverna sono di circa 35.000 m3, superiori ai
20.000 m3 stimati. Si deve tuttavia sottolineare che
le valutazioni sono fatte a 0.4 ore dall’evento della
colata, quando la colata in alveo è ancora in moto,
seppure con velocità basse. È quindi naturale che
i volumi in alveo siano sovrastimati.
Considerando le massime velocità in corso di
evento (Figura 4.2.2.B/3.4) si notano valori massimi prossimi a 5 m/s - 7 m/s nel tratto a monte del
conoide, che appaiono del tutto compatibili con la
dinamica di questo tipo di colata e con la tempistica dell’evento. Alcuni picchi isolati presenti nel
tratto intermedio sono con tutta probabilità da
legare a qualche localizzata instabilità di tipo
numerico e non sono quindi significativi.
Considerando la velocità finale della colata
(Figura 4.2.2.B/3.5) si nota che poche decine di
minuti dopo l’evento essa è caratterizzata da valori in molti punti solo virtuali. Si ha un lento movimento verso valle di pochi cm/s sul conoide, connesso alla progressiva perdita di acqua; anche
questo dato è compatibile con le osservazioni dei
testimoni, che parlano di un lento movimento della
colata sul conoide al termine dell’evento, con
modalità simili ad una lava. Le velocità residue in
alveo sono invece quelle della coda di esaurimento dell’evento, del tutto realistiche.
È inoltre interessante osservare che l’idrogramma
risulta notevolmente smorzato nel processo di trasferimento lungo l’alveo (Figura 4.2.2.B/3.6). Se a
monte del conoide la portata di picco è già ridotta
219
heavy depositing the capacity decreases to just
over 100 m3/s, coming down to a capacity of
around 80 m3/s upstream of the bridge. This
explains why a large scale flow like this one overflowed only upstream of the bridge.
The simulation conducted using the Digital Elevation
Model with a 2 x 2 m2 grid yielded similar results with
regards to the development of the flow down the torrent channel, and also highlighted the validity of the
flow deviation works constructed upstream of the
town to protect the houses (Figure 4.2.2.B/3.8).
220
Wasserverlust; auch diese Angabe entspricht den
Beobachtungen von Zeugen, die von einer langsamen Bewegung des Stroms im Kegel am Ende
des Ereignisses sprechen, ähnlich wie Lava. Die
Restgeschwindigkeiten im Bachbett sind dagegen
jene der Erschöpfungsphase des Ereignisses und
völlig realistisch.
6) Es ist außerdem interessant zu beobachten, dass
das Hydrogramm im Transferprozess entlang dem
Flussbett erheblich gedämpft ist (Figur
4.2.2.B/3.6). Wenn die Menge oberhalb des
Kegels an der Spitze im Vergleich zur
Anfangsmenge (230 m3/s) schon um 30 m3/s
reduziert ist, verringert sie sich unterhalb desselben durch die starke Ablagerung auf wenig mehr
als 100 m3/s, um oberhalb der Brücke zu einer
Menge von zirka 80 m3/s zu gelangen. Dies
erklärt, warum ein riesiger Strom wie dieser dennoch eine begrenzte Überschwemmung oberhalb
der Brücke verursacht hat.
Die Simulation mit dem digitalen Geländemodell mit
Teilung 2 x 2 m2 hat zu analogen Ergebnissen
geführt, was die Entwicklung der Mure im Bachbett
angeht. Gleichzeitig hat sie den Wert der
Murumleitung oberhalb der Siedlung zum Schutz der
Häuser erwiesen (Figur 4.2.2.B/3.8).
di 30 m3/s rispetto a quella iniziale (230 m3/s), a
valle dello stesso, in conseguenza della forte
deposizione, la portata si riduce a poco più di 100
m3/s, per arrivare a una portata di circa 80 m3/s a
monte del ponte. Questo spiega perché una colata ingente come questa abbia comunque causato
un’esondazione limitata a monte del ponte.
La simulazione condotta con un Modello Digitale del
Terreno con passo di 2 x 2 m2 ha portato a risultati
analoghi per quanto riguarda lo sviluppo della colata
lungo l’alveo del torrente, mentre ha evidenziato la
validità dell’opera di deviazione delle colate, costruita a monte dell’abitato per la protezione delle case
(Figura 4.2.2.B/3.8).
Figure 4.2.2.B/3.6 The debris flow surge travelling down the Rossiga Torrent in the stretch
studied. The blue line illustrates the situation upstream of the fan, the red line immediately
downstream of the fan, the yellow line in the intermediate area upstream of the old bridge
and the green line regards the area up to the outlet into the Pioverna Torrent.
Figur 4.2.2.B/3.6 Murenwelle bei ihrem Fortschreiten entlang dem T. Rossiga in Bezug auf
den in der Untersuchung geprüften Abschnitt. Die blaue Linie bezieht sich auf die
Situation oberhalb des Kegels, die rote auf die direkt unterhalb des Kegels; die gelbe Linie
im Zwischenbereich oberhalb der alten Brücke und die grüne Linie beziehen sich auf die
Zone, die auf die Mündung des T. Pioverna blickt.
Figura 4.2.2.B/3.6 Onda di colata nella sua progressione lungo il T. Rossiga, relativamente
al tratto esaminato nella relazione. La linea blu è relativa alla situazione a monte del
conoide; quella rossa subito a valle del conoide; la linea gialla nella zona intermedia a
monte del vecchio ponte e la linea verde è relativa alla zona prospiciente lo sbocco nel T.
Pioverna.
Figure 4.2.2.B/3.7 Result of the simulation in terms of maximum levels,
in metres (Digital Elevation Model with a 5 x 5 m2 grid).
Figur 4.2.2.B/3.7 Simulationsergebnis der Höchstniveaus in Metern
(digitales Geländemodell im Raster 5 x 5 m2).
Figura 4.2.2.B/3.7 Risultato della simulazione in termini di massimi livelli,
in metri (Modello Digitale del Terreno a maglia 5 x 5 m2).
Figure 4.2.2.B/3.8 Result of the simulation in terms of maximum levels,
in metres (Digital Elevation Model with a 2 x 2 m2 grid).
Figur 4.2.2.B/3.8 Simulationsergebnis der Höchstniveaus in Metern
(digitales Geländemodell im Raster 2 x 2 m2).
Figura 4.2.2.B/3.8 Risultato della simulazione in termini di massimi livelli,
in metri (Modello Digitale del Terreno a maglia 2 x 2 m2).
221
In the application of the model, the points to highlight
are: the insertion of real data into the programme for
calibration purposes and the use of Digital Elevation
Models at different resolutions. The aim was to reproduce the event in order to determine the characteristics that can reasonably be expected in the event of
future flows in this catchment (with the same trigger
mechanism). In the case of the event of November
2002 we can conclude that the flow was not caused
by an overflow from a blockage in the channel, but
was due to the natural continuation of a landslide
which transformed into a fluid state as it slid down the
slope. For the event in question we estimated a reasonable flow volume of around 70.000 m3 – 80.000
m3, a duration of between 4 and 10 , a peak capacity of around 230 m3/s and a substantially constant
concentration of volume. The use of a higher resolution Digital Elevation Model leads to an undoubtedly
superior quality of results, but introduces significant
variations with respect to the simulations performed
using a 5 m grid. The results obtained demonstrate
the utility of the method in defining the expansion
areas of a debris flow, as long as realistic figures are
used.
Bei der Anwendung der Methode müssen folgende
Aspekte betont werden: die Eingabe von realen
Daten zur Tarierung des Programms und die
Verwendung von digitalen Geländemodellen mit verschiedener Auflösung. Es wurde also versucht, das
Ereignis zu reproduzieren, um die Eigenschaften
herauszufinden, die man bei zukünftigen Murgänge
in diesem Einzugsgebiet berechtigterweise erwarten
kann (bei gleichem Auslösemechanismus). Beim
Ereignis von November 2002 kann man schließen,
dass der Strom nicht durch den Überfall einer Sperre
ausgelöst wurde, die sich im Bachbett gebildet hatte,
sondern als natürliche Fortsetzung eines
Erdrutsches erzeugt wurde, der sich während seines
Gleitens auf dem Hang verflüssigte. Für das berükksichtigte Ereignis wurde ein berechtigtes
Stromvolumen von zirka 70.000 m3 - 80.000 m3, eine
Dauer des Phänomens zwischen 4 und 10 , eine
Menge auf dem Höhepunkt von zirka 230 m3/s und
ein im Wesentlichen konstanter Verlauf der
Volumenkonzentration geschätzt.
Wendet man eine größere Auflösung für das digitale
Geländemodell an, führt dies zu einer zweifellos größeren Auflösungsqualität, führt aber signifikante
Veränderungen
an
den
Ergebnissen
der
Simulationen mit Teilung 5 m ein. Die Ergebnisse zeigen den Nutzen der Methode bei der Definition der
Stromausdehnungsflächen, sofern realistische Werte
eingegeben werden.
Nell’applicazione del metodo, i punti da mettere in
evidenza sono: l’inserimento nel programma di dati
reali per la taratura e l’utilizzo di Modelli Digitali del
Terreno a diverse risoluzioni. Si è cercato, quindi, di
riprodurre l’evento al fine di individuare le caratteristiche che ci si può ragionevolmente aspettare in caso
di future colate in questo bacino (a parità di meccanismo di innesco). Nel caso specifico dell’evento del
novembre 2002, si può concludere che la colata non
è stata indotta dalla tracimazione di uno sbarramento formatosi in alveo, ma si è generata come naturale prosecuzione di una frana fluidificatasi durante il
suo scorrimento su versante. Per l’evento considerato, si è stimato un ragionevole volume di colata di
circa 70.000 m3 - 80.000 m3, una durata del fenomeno compresa tra 4 e 10 , una portata al colmo di
circa 230 m3/s e un andamento della concentrazione
volumetrica sostanzialmente costante.
L’adozione di una risoluzione maggiore del Modello
Digitale del Terreno porta ad una qualità di soluzione
indubbiamente maggiore, ma non introduce significative variazioni rispetto a quanto evidenziato dalle
simulazioni condotte a passo 5 m. I risultati ottenuti
mostrano l’utilità del metodo nella definizione delle
aree di espansione di una colata, purché si inseriscano valori realistici.
222
§ 4.2.2.B/4 REGIONE VENETO
Italy – Regione Veneto
La Valle Agordina (BL)
Basin – Becken - Bacino
Piave
Stream - Fluß - Corso d’acqua Missiaga
Notes - Bemerkungen - Note
see § 4.2.2.A/4
T. MISSIAGA
Basin area 9.67 km2
Maximum altitude 2.544 m s.l.l.
Minimum altitude 554.9 m a.s.l.
Mean slope 61%
Stream lenght 7.8 km
Figure 4.2.2.B/4.1 Geographic context and perimeter of the sample area of the Missiaga Torrent catchment and fan.
Figur 4.2.2.B/4.1 Geographische Einordnung und Abgrenzung des Untersuchungsgebiets von Einzugsgebiet und Kegel des T. Missiaga.
Figura 4.2.2.B/4.1 Inquadramento geografico e perimetro dell’area campione del bacino e del conoide del T. Missiaga.
223
The sample area is the catchment of the Missiaga
Torrent and relative fan, which was also formed with
debris from the Bordina Torrent, situated in the commune of La Valle Agordina (BL). The catchment can
be divided into three sections: the upper section
includes the wide head (around 65 % of the entire
catchment) which is asymmetrical, as the area of the
slope on the hydrographic right is around double that
of the left side; the central section is characterised by
a winding overflowed valley floor stretch which crosses the town of La Valle Agordina, and features 44
dams, foot bridges and road bridges; the lower section, deep set, is markedly asymmetrical and has an
average gradient of 8.6 %.
Historical records show that in April 1701 the village
of La Valle Agordina was hit by two massive debris
flows, which affected a vast area and led to the
deaths of many people. Subsequent events, with a
supply of debris from an enormous landslide, did not
reach the town, stopping at much higher ground.
More recently the town has suffered further damage
caused by peak flow events with hyperconcentrated
sediment transport.
Hydrometric data is available for Agordo (SIMN,
1924-1995, ARPAV 1983-2004) and Malga Rova
(CNR IRPI in Padua 1983-86). In view of the complexity and social importance of the phenomena in
question, the work aimed to:
• identify and quantify potential sources of debris;
• determine the level of hazard facing the town, indicating the areas at risk and the potential volumes
involved;
• reconstruct the 1701 event;
• on the basis of results of geological and hydraulic
studies, formulate two scenarios describing the
propagation of a debris flow in the town.
The analysis was carried out by gathering data and
Das Untersuchungsgebiet besteht aus dem Becken
des T. Missiaga und dem dazugehörigen Kegel, der
auch durch Geschiebezufuhr des Wildbachs Bordina
gebildet wurde und in der Gemeinde von La Valle
Agordina (BL) liegt. Das Einzugsgebiet kann in drei
Abschnitte unterteilt werden: Der obere umfasst den
weiten Kopfteil (zirka 65 % des gesamten Beckens),
der asymmetrisch ist, da er sich auf der hydrographisch rechten Seite etwa doppelt so weit ausdehnt
wie auf der linken Seite, der mittlere Abschnitt ist von
einer aufgehöhten Talsohle mit geschwungenem
Verlauf geprägt, die sich durch die Ortschaft La Valle
Agordina zieht, die 44 Böschungsmauern,
Fußgänger- und Straßenbrücken aufweist, während
sich der tief eingesenkte untere Abschnitt durch ausgeprägte Asymmetrie und ein durchschnittliches
Gefälle von 8.6 % auszeichnet.
Die historischen Chroniken berichten, dass das Dorf
La Valle Agordina im April 1701 von zwei riesigen
Murenereignissen betroffen wurde, die ein weites
Gebiet einbezogen und den Tod vieler Menschen
verursachten. Spätere Phänomene – wahrscheinlich
vom Geröll gespeist, das von einem enormen
Erdrutsch freigesetzt wurde – kamen weiter oben
zum Stillstand und erreichten die Ortschaft nicht. In
jüngerer Zeit lösten Hochwasserereignisse mit
hyperkonzentriertem Feststofftransport Schäden an
der Ortschaft aus.
Hydrometrische Daten liegen von Agordo (SIMN,
1924-1995, ARPAV 1983-2004) und Malga Rova
(CNR IRPI Padua, Jahre 1983-86) vor. Angesichts
der Komplexität und gesellschaftlichen Relevanz der
untersuchten Phänomene setzte sich die Arbeit zum
Ziel:
• die möglichen Quellen für Geschiebespeisung
herauszufinden und zu quantifizieren;
• die Gefahr zu bestimmen, der die Ortschaft aus-
L’area campione è costituita dal bacino del T.
Missiaga e dal relativo conoide, formato anche dall’apporto detritico del T. Bordina e situato in comune
di La Valle Agordina (BL). Il bacino può essere suddiviso in tre tronchi: il superiore comprende l’ampia
testata (circa il 65 % dell’intero bacino), che è asimmetrica, essendo l’estensione del versante in destra
idrografica circa doppia rispetto a quella del versante
sinistro; il tronco centrale è caratterizzato da un fondovalle sovralluvionato ad andamento sinuoso che
attraversa l’abitato di La Valle Agordina interessato
da 44 briglie, passerelle pedonali e ponti stradali; il
tronco inferiore, profondamente incassato, è caratterizzato da marcata asimmetria e pendenza media del
8.6 %.
Le cronache storiche riportano che il paese di La
Valle Agordina fu interessato nell’aprile del 1701 da
due ingenti fenomeni di colata detritica, che coinvolsero una vasta area e causarono la morte di molte
persone. Fenomeni successivi, verosimilmente alimentati dal detrito reso disponibile da un enorme
frana, non hanno raggiunto l’abitato, fermandosi a
quote molto più elevate. In tempi più recenti, ulteriori
danni all’abitato sono stati scatenati da eventi di
piena con trasporto solido iperconcentrato.
Sono disponibili dati idrometrici di Agordo (SIMN,
1924-1995, ARPAV 1983-2004), e Malga Rova (CNR
IRPI di Padova anni 1983-86). Preso atto della complessità e della rilevanza sociale dei fenomeni in studio, il lavoro svolto si è preposto di:
• individuare e quantificare le possibili fonti di alimentazione del detrito;
• determinare il pericolo cui è esposto l’abitato, individuando le aree esposte e i volumi potenzialmente coinvolti;
• ricostruire l’evento del 1701;
• ipotizzare in base ai risultati degli studi geologici
224
performing field measurements and surveys, along
with the use of models to model the hydraulic
processes of peak flows and the behaviour of debris
flows.
gesetzt ist, indem die gefährdeten Flächen und
potenziell einbezogenen Volumina identifiziert
werden;
• das Ereignis von 1701 zu rekonstruieren;
• und auf der Grundlage der Ergebnisse von geologischen und hydrologischen Untersuchungen
zwei Szenarien anzunehmen, die die Ausbreitung
eines Murenabgangs im Wohngebiet beschreiben.
Für die Analyse wurden Daten gesammelt,
Messungen und Untersuchungen im Feld durchgeführt und Berechnungscodes verwendet, um das
Hochwasserverhalten und das Murenverhalten zu
modellieren.
ed idraulici due scenari che descrivano la
propagazione di una colata detritica nell’area abitata.
L’analisi è stata condotta tramite raccolta dati, rilevamenti ed indagini di campagna e l’uso di codici di calcolo per la modellazione del comportamento idraulico delle piene e del comportamento delle colate
detritiche.
225
With the aim of characterising the general aspect of
the catchment and assessing the general quantity of
debris available to supply the transport of solids, the
following activities were carried out:
• research into historic records of previous events;
• a multitemporal photo-geological analysis;
• a geological-geomorphologic landscape survey
on a scale of 1:5.000, integrated with a census of
water emergencies, indicative of contact between
quaternary deposits and the rocky substrate;
• geotechnical characterisation of the deposits
which could be mobilised, by means of particle
size analysis (numeral method in the field and
ponderal method in the laboratory) and shear
strength testing;
• particle size analysis in the channel to estimate
roughness;
• geophysical analysis to estimate debris thicknesses.
To complement the available topographic information, which consisted in Regional Technical Maps on
a scale of 1:5.000 and 1:10.000, a topographic survey of the vulnerable area of the village and the
stretch immediately upstream from it was carried out,
in sections (one section around every 100 m) in the
upper stretch, while in the lower stretch lines of discontinuity were used (elevation).
The peak flow values of the single characteristic
stretches of the channel for return periods of 50, 100
and 200 years were obtained by applying the Gumbel
statistical/probabilistic projection to data for peak
flows, and using a flow/runoff model (rational
method) and statistical/probabilistic calculations of
rainfall quantities. The two methods applied provided
practically identical capacity levels for each return
period.
The data gathered and the surveys carried out, which
Um die allgemeine Situation des Beckens zu charakterisieren und die generelle Verfügbarkeit von
Geschiebe zu beurteilen, das den Feststofftransport
speisen könnte, wurde Folgendes ausgeführt:
• Forschung nach historischen Berichten in Bezug
auf frühere Ereignisse;
• fotogeologische multitemporale Analyse;
• eine geologisch-geomorphologische Vermessung
im Feld im Maßstab 1:5.000, ergänzt durch die
Registrierung der hydraulischen Notfälle als
Indikatoren
für
den
Kontakt
zwischen
Quartärsedimenten und Bedrock;
• die geotechnische Charakterisierung der wieder
mobilisierbaren Sedimenten durch granulometrische Analysen (numerische Methode im
Feld und Gewichtungsmethode im Labor) und
Einschnitttests;
• granulometrische Analysen im Bachbett für die
Schätzung der Rauheit;
• geophysikalische Perspektiven für die Schätzung
der Dicken.
Um die verfügbare topographische Grundlage aus
der Regional-Grundkarte (Carta Tecnica Regionale)
im Maßstab 1:5.000 und 1:10.000 zu ergänzen,
wurde eine topographische Vermessung im empfindlichen Gebiet des Dorfs und in dem unmittelbar oberhalb anschließenden Abschnitt durchgeführt; im oberen Abschnitt wurde nach Querschnitten (zirka ein
Schnitt alle 100 m), im unteren Abschnitt nach
Diskontinuitätslinien vermessen (Maßplan).
Die Mengenwerte auf dem Höhepunkt der einzelnen für
das Bachbett charakteristischen Abschnitte nach 50,
100 und 200-jährlichen Abflusszeiten wurden mit zwei
Methoden erreicht: durch Anwendung der statistischprobabilistischen Projektion nach Gumbel auf die
Spitzendaten des Hochwassers und durch Anwendung
eines Zufluss-Abflussmodells (rationale Methode) und
Con la finalità di caratterizzare l’assetto generale del
bacino e di valutare la generale disponibilità del detrito ad alimentare il trasporto solido, sono stati eseguiti:
• la ricerca di notizie storiche relative agli eventi pregressi;
• l’analisi fotogeologica multitemporale;
• un rilievo geologico-geomorfologico di campagna
alla scala 1:5.000, integrato dal censimento delle
emergenze idriche, quali indicatori del contatto tra
i depositi quaternari e il substrato roccioso;
• la caratterizzazione geotecnica dei depositi rimobilizzabili tramite analisi granulometriche (metodo
numerale in campagna e metodo ponderale in
laboratorio) e prove di taglio;
• analisi granulometriche in alveo per la stima della
scabrezza;
• prospezioni geofisiche per la stima degli spessori
di detrito.
Per integrare la base topografica disponibile, costituita dalla Carta Tecnica Regionale alla scala 1:5.000 e
1:10.000, è stato eseguito un rilievo topografico nella
zona vulnerabile del paese e nel tratto immediatamente a monte; nel tratto superiore si è eseguito un
rilievo per sezioni (circa una sezione ogni 100 m), nel
tratto inferiore si è operato per linee di discontinuità
(piano quotato).
I valori delle portate al colmo nei singoli tratti caratteristici dell’alveo per tempi di ritorno di 50, 100 e 200
anni sono state ricavate sia applicando la proiezione
statistico–probabilistica di Gumbel ai dati di picco di
piena, sia con l’utilizzo di un modello afflussi–deflussi (metodo razionale) e di elaborazioni statistico-probabilistiche delle altezze di pioggia. I due metodi
applicati hanno fornito valori di portata pressoché
coincidenti a parità di tempo di ritorno.
Sulla base dei dati raccolti e delle indagini effettuate,
che hanno evidenziato in particolare l’attuale quie-
226
highlighted the current dormancy of major landslides
in progress, revealed that the expected events are
peak flows with transport of hyperconcentrated sediment, and these were explored in specific simulations.
The debris flows were simulated taking the following
into account:
a) movement of sediment volumes of around
1.000.000 m3;
b) considering the availability of a more realistic
quantity of sediment, comparable to the volume of
the elongated crest along the northeast/southwest
axis on the hydrographic right (interpreted as a
suspended lobe of the 1701 landslide) of around
150.000 m3.
The simulation of the hydraulic profile of the Missiaga
Torrent, with reference to peak flows with hyperconcentrated sediment transport and a return period of
200 years, was carried out using the HEC RAS
model (U.S. Army Corps of Engineers, 1997).
The simulation of a debris flow of a comparable size
to the events of 1701 was performed using the
MODDS code (Mono Dimensional Debris flow
Surges) based on the availability of an unlimited volume of available sediment (volume > 1.000.000 m3).
The simulations to reconstruct two possible scenarios based on the availability of 150.000 m3 of sediment were carried out using the FLO-2D code. The
input data for this analysis was triangular hydrographs corresponding to a peak flow with a return
period of 200 years and sediment graphs of the same
shape and duration of the water hydrographs, with a
maximum concentration of 40 %.
The simulation regarding the area from the CNR flow
breaker up to where the torrent leaves the village of
La Valle Agordina used a water hydrograph corresponding to a maximum liquid capacity of 31 m3/s for
a duration of 7 hours, with a Digital Elevation Model
taken from the Regional Technical Map, with a 5 m
grid.
statistisch-probabilistische
Auswertungen
der
Regenhöhen. Die beiden Methoden ergaben bei gleicher Ablaufzeit fast übereinstimmende Mengenwerte.
Auf der Grundlage der gesammelten Daten und der
durchgeführten Untersuchungen, die insbesondere
die derzeitige Ruhephase der größeren Erdrutsche
erwiesen, werden als wichtigste Ergebnisse
Hochwasser
mit
hyperkonzentriertem
Feststofftransport erwartet, die daher in spezifischen
Simulationen betrachtet wurden.
Folgende Ereignisse wurden simuliert:
a) Annahme
einer
Mobilisierung
von
Sedimentvolumina in der Größenordnung von
1.000.000 m3;
b) Berücksichtigung der Verfügbarkeit einer realistischeren Sedimentmenge, vergleichbar dem
Volumen des in Richtung Nordost-Südwest verlängerten Rückens auf der hydrographisch rechten Seite (interpretiert als unterbrochener
Ausläufer des Erdrutsches von 1701) von zirka
150.000 m3.
Für die Simulation des hydraulischen Profils des T.
Missiaga bei einem Hochwasser mit hyperkonzentriertem Feststofftransport und 200-jährlicher
Abflusszeit wurde der Berechnungscode HEC RAS
(U.S. Army Corps of Engineers, 1997) verwendet.
Die Simulation eines Stroms, dessen Eigenschaften
mit dem Ereignis von 1701 in Beziehung gesetzt werden könnten, wurde mit dem Code MODDS (Mono
Dimensional, Debris flow Surges) ausgeführt, wobei
angenommen
wurde,
dass
unbegrenzte
Sedimentmengen zur Verfügung stehen würden
(Volumen > 1.000.000 m3).
Die Simulationen für die Rekonstruktion von zwei
möglichen Szenarien infolge einer Verfügbarkeit von
Sedimentvolumina von 150.000 m3 wurden mit dem
Berechnungscode FLO-2D ausgeführt. Für die
Analyse FLO-2D wurden als Ausgangsdaten die
dreieckigen Hydrogramme eingegeben, die einem
scenza delle maggiori frane in atto, i principali fenomeni attesi sono risultati le piene con trasporto solido iperconcentrato, pertanto oggetto di specifiche
simulazioni.
Sono stati simulati eventi di colata:
a) prevedendo mobilizzazione di volumetrie di sedimento dell’ordine di 1’000’000 m3;
b) considerando la disponibilità di una più realistica
quantità di sedimento, paragonabile al volume del
dosso allungato in direzione nordest-sudovest in
destra idrografica (interpretato come lobo sospeso della frana del 1701), pari a circa 150.000 m3.
La simulazione del profilo idraulico del T. Missiaga,
con riferimento ad una piena con trasporto solido
iperconcentrato e tempo di ritorno di 200 anni, è stato
eseguita utilizzando il codice di calcolo HEC RAS
(U.S. Army Corps of Engineers, 1997).
La simulazione di una colata le cui caratteristiche
potrebbero essere messe in relazione con quanto
accaduto nel 1701 è stata eseguita con il codice
MODDS (Mono Dimensional, Debris flow Surges),
avendo assunto che vi sia disponibilità illimitata di
sedimento (volume > 1.000.000 m3);
Le simulazioni per la ricostruzione di due possibili
scenari conseguenti alla disponibilità di un volume di
sedimento di 150.000 m3 sono state eseguite con il
codice di calcolo FLO-2D. Per l’analisi con FLO-2D
sono stati inseriti quali dati di ingresso gli idrogrammi
triangolari corrispondenti ad una piena con tempo di
ritorno 200 anni e i sedimentogrammi della stessa
forma e durata degli idrogrammi liquidi, con concentrazione volumetrica massima del 40 %.
Per la simulazione che si estende dalla controbriglia
CNR fino all’uscita del paese La Valle Agordina, è
stato immesso un idrogramma liquido corrispondente alla portata liquida massima di 31 m3/s per una
durata di 7 h e usato un Modello Digitale del Terreno
ricavato dalla Carta Tecnica Regionale e composto
da maglia quadrata di lato 5 m.
227
The simulation for the area just upstream from the
flow breaker where the channel enters the village, up
to where it leaves the village, used a peak flow hydrograph based on a maximum liquid capacity of 35.7
m3/s for a duration of 2 hours, with a Digital Elevation
Model taken from the topographic survey with a 3 x 3
m2 grid.
228
Hochwasser mit 200-jährlicher Abflusszeit entsprechen, und die Ablagerungsdiagramme der gleichen
Form und Dauer wie die Flüssighydrogramme mit
einer maximalen Volumenkonzentration von 40 %.
Für die Simulation, die sich von der Gegenmauer
CNR bis zum Ortsausgang von La Valle Agordina
erstreckt, wurde ein Flüssighydrogramm eingegeben,
das einer maximalen Flüssigkeitsmenge von 31 m3/s
für eine Dauer von 7 h entspricht. Das digitale
Geländemodell dafür basiert auf der RegionalGrundkarte und besteht aus einem Quadratraster mit
Seitenlänge 5 m.
Für die Simulation, die sich von wenig oberhalb der
Sperre am Dorfeingang bis zum Ortsausgang
erstreckt, wurde ein Hochwasserhydrogramm verwendet, das einer maximalen Flüssigkeitsmenge von
35.7 m3/s für eine Dauer von 2 h entspricht, und ein
digitales Geländemodell mit Raster 3 x 3 m2 auf der
Grundlage der topographischen Messung.
Per la simulazione, estesa da poco a monte della briglia che si trova all’ingresso del paese fino all’uscita
del paese, si è utilizzato un idrogramma di piena relativo ad una portata liquida massima di 35.7 m3/s per
una durata di 2 h e un Modello Digitale del Terreno a
maglia 3 x 3 m2 ricavato dal rilievo topografico.
Figure 4.2.2.B/4.2 Extract from the geomorphologic map of the sample area of the Missiaga Torrent catchment and fan.
Figur 4.2.2.B/4.2 Auszug aus der geomorphologischen Karte des Untersuchungsgebiets mit Becken und Kegel des T. Missiaga.
Figura 4.2.2.B/4.2 Estratto della carta geomorfologica dell’area campione del bacino e del conoide del T. Missiaga.
229
Figure 4.2.2.B/4.3 Map of the Curve Number for the sample area of the Missiaga Torrent catchment and fan.
Figur 4.2.2.B/4.3 Karte der Curve Number für das Untersuchungsgebiet Becken und Kegel des T. Missiaga.
Figura 4.2.2.B/4.3 Carta del Curve Number per l’area campione del bacino e del conoide del T. Missiaga.
230
4.2.2.B/4.3 Results
The geological study revealed that a peak flow with
hyperconcentrated transport of sediment was the
type of event most likely to affect the Missiaga valley
floor. The substantial landslides which could feed
debris flows proved to be dormant. With regards to
the hyperconcentrated transport of sediment with a
return period of 200 years, the simulation performed
using HEC-RAS showed that movement generally
occurs in a slow-flowing current approaching critical
levels; only in the stretch above an elevation of 1.000
m a. s. l. does movement occur in a rapid-flowing current. Peak flows are generally contained between the
banks of the channel and the margin is less than 0.5
m only in limited stretches.
The simulation of an event comparable to that of
1701, carried out using the MODDS model, showed
that the channel would be unable to contain the flow
and that the greatest overflows would occur to the
right of the bend in the middle section of the catchment, upstream and level with the flow breaker above
the village, therefore to the right upstream and downstream of the bridge on the Fades road. Simulations
based on the availability of a volume of around
150.000 m3 of debris show that the critical areas
where the channel is unable to contain runoff are limited in the case of a brief event; in the case of a
longer event these areas are more widespread: the
simulation indicates that a central area of the village
on the hydrographic left could in fact be flooded.
Die geologische Untersuchung ergab, dass die
Phänomene, die die Talsohle des Missiaga mit einiger Wahrscheinlichkeit betreffen könnten, im derzeitigen Zustand zum Typ Hochwasser mit hyperkonzentriertem Feststofftransport gehören würden. Die
beträchtlichen Erdrutschereignesse, die Muren speisen könnten, erwiesen sich in der Tat als ruhend.
Was die Hochwasser mit hyperkonzentriertem
Feststofftransport
mit
einer
200-jährlichen
Abflusszeit angeht, ergab die mit HEC-RAS durchgeführte Simulation, dass die Bewegung generell in
Konditionen langsamer Strömung erfolgt, die den kritischen nahe kommen; nur im Abschnitt über 1.000 m
Höhe üdM erfolgt die Bewegung mit schneller
Strömung. Der Hochwasserfluss wird im Allgemeinen
von den Ufern des Flussbetts gehalten und der
Sicherheitsabstand beträgt nur in begrenzten
Abschnitten unter 0.5 m.
Die Simulation eines Ereignisses, das dem von 1701
vergleichbar ist, mit dem Berechnungscode MODDS
ergab, dass das Bachbett nicht ausreichen würde,
um den Strom zu begrenzen, und dass die größeren
Überschwemmungen auf der rechten Seite im
Kurvenabschnitt im mittleren Beckenbereich, oberhalb und auf der Höhe der Böschungsmauer oberhalb des Dorfs und dann rechts oberhalb und unterhalb der Brücke nach Fades eintreten würden.
Die
Simulationen,
die
ein
verfügbares
Geröllvolumen von zirka 150.000 m3 berücksichtigen, zeigen, dass die kritischen Gebiete, in denen
das Bachbett nicht ausreichen würde, um den
Abfluss zu begrenzen, im Fall eines kurzen
Ereignisses sehr begrenzt, im Fall eines längeren
Ereignisses aber umfassender wären: Die
Simulation deutet in der Tat darauf hin, dass ein zentrales Gebiet des Dorfs auf der hydrographisch linken Seite überschwemmt werden könnte.
Lo studio geologico ha evidenziato che allo stato
attuale la tipologia dei fenomeni che potrebbe interessare con maggiore probabilità il fondovalle
Missiaga è quella dalle piene con trasporto solido
iperconcentrato. I consistenti fenomeni franosi che
potrebbero alimentare colate detritiche sono risultati
infatti quiescenti. Per quanto riguarda le piene con
trasporto solido iperconcentrato con tempo di ritorno
200 anni, la simulazione operata con HEC-RAS ha
evidenziato che il moto avviene in generale in condizioni di corrente lenta, prossime a quelle critiche;
solo nel tratto più a monte di quota 1.000 m s. l. m. il
moto avviene in condizioni di corrente rapida. Il flusso di piena è in generale compreso tra le sponde dell’alveo e il franco è inferiore a 0.5 m solo in tratti limitati.
La simulazione di un evento paragonabile a quello
del 1701, effettuata mediante il codice di calcolo
MODDS, ha evidenziato che l’alveo sarebbe insufficiente a contenere la colata e che le esondazioni di
maggiore entità si verificherebbero in destra nel tratto in curva nella parte media del bacino, a monte e in
corrispondenza della briglia a monte del paese e
quindi in destra a monte e a valle del ponte per
Fades.
Le simulazioni che considerano la disponibilità di un
volume di circa 150.000 m3 di detrito mostrano che le
aree critiche in cui l’alveo risulta insufficiente a contenere il deflusso sono, nel caso di un evento breve,
molto limitate; nel caso di un evento più lungo, tali
aree sono più estese: la simulazione indica infatti che
potrebbe essere invasa un’area centrale del paese
posta in sinistra idrografica.
231
Figure 4.2.2.A/4.4 A detail of output from the FLO-2D model corresponding to the simulation of a scenario based on the availability of around 150.000 m3
of sediment, and a duration of 7 h. Missiaga Torrent catchment and fan.
Figur 4.2.2.A/4.4 Detail des Outputs aus dem Modell FLO-2D zur Simulation eines Szenariums mit einem verfügbaren Sedimentvolumen von 150.000 m3
und einer Dauer von 7h in Becken und Kegel des T. Missiaga.
Figura 4.2.2.A/4.4 Particolare dell’output del modello FLO-2D, corrispondente alla simulazione di uno scenario di evento conseguente alla disponibilità
di un volume di sedimento di 150.000 m3 e della durata di 7h. Bacino e conoide del T. Missiaga.
232
The history of events in 1701 led us to choose the
Missiaga catchment as a sample area where we
could verify a number of scenarios of events connected to the propagation of the transport of sediment down to the valley floor, by studying the area’s
geological, geomorphologic and hydraulic characteristics. The geological, geomorphologic, geotechnical
and geophysical studies carried out showed that the
phenomenon most likely to affect the valley floor area
was a hyperconcentrated transport of sediment. With
regards to this type of event, the existing hydraulic
protection works were found to be largely adequate.
The same analyses showed that an exceptional
event could mobilise an estimated volume of debris
of 150.000 m3. The results of the modelling carried
out using FLO-2D allowed us to validate and finetune hazard levels in the event of a similar situation,
on a geo-morphological basis. It was noted that the
FLO-2D simulation is heavily influenced by the topographic representation: the correct description of the
torrent channel would require a very dense grid (up
to 1 m), but this level of detail would lengthen simulation times greatly, making this process hard to manage.
Die historische Erinnerung der Ereignisse von 1701
führte dazu, das Becken des Missiaga als
Untersuchungsgebiet auszuwählen, in dem durch
Studien der geologischen, geomorphologischen und
hydraulischen Eigenschaften einige Szenarien mit der
Ausbreitung von Feststofftransportphänomenen in der
Talsohle überprüft wurden. Die Ergebnisse der geologischen, geomorphologischen, geotechnischen und
geophysikalischen Analysen ließen es zu, im hyperkonzentrierten Transport das wahrscheinlichste
Ereignis zu erkennen, das in der Talsohle eintreten
kann. In Bezug auf diese Art des Phänomens wurde
festgestellt,
dass
die
bestehenden
Wasserschutzbauten im Wesentlichen angemessen
sind. Die gleichen Analysen deuteten darauf hin, dass
ein außergewöhnliches Ereignis ein Geröllvolumen
mobilisieren könnte, das auf 150.000 m3 geschätzt
werden kann. Die Ergebnisse der Modellierungen mit
FLO-2D ermöglichten eine Validierung und
Ausarbeitung der Gefährdungsabgrenzung für den
Fall, dass eine ähnliche Hypothese auf geomorphologischer Basis eintreten sollte. Es konnte beobachtet
werden, dass die Simulation mit FLO-2D stark von der
Präzision der topographischen Darstellung beeinflusst
wird: Die korrekte Beschreibung des Wildbachbetts
würde ein sehr dichtes Berechnungsraster erfordern
(auch Zellen mit Seitenlänge 1 m); bei einer solchen
Datendichte verlängert das Programm allerdings die
Simulationszeiten zu stark, so dass es kaum lenkbar
würde.
La memoria storica degli eventi del 1701 ha portato
alla scelta del bacino del Missiaga come area campione nella quale verificare, tramite lo studio delle
caratteristiche geologiche, geomorfologiche ed idrauliche, alcuni scenari di evento legati alla propagazione di fenomeni di trasporto solido lungo il fondovalle.
I risultati delle analisi geologiche, geomorfologiche,
geotecniche e geofisiche hanno consentito di individuare nel trasporto iperconcentrato il fenomeno più
probabile che può verificarsi lungo il fondovalle. Nei
riguardi di tale tipologia di fenomeno è stata rilevata
una sostanziale adeguatezza delle opere di difesa
idraulica esistenti. Le medesime analisi hanno indicato come un evento eccezionale potrebbe mobilizzare un volume di detrito stimabile in 150.000 m3. I
risultati delle modellazioni eseguite con FLO-2D
hanno consentito di validare ed affinare la perimetrazione di pericolosità nel caso di verifichi una simile
ipotesi fatta su base geomorfologica. Si è potuto
osservare che la simulazione con FLO-2D è fortemente influenzata dall’accuratezza della rappresentazione della topografia: la corretta descrizione dell’alveo torrentizio richiederebbe una griglia di calcolo
molto fitta (anche con celle di lato di 1 m); con tale
densità di dati tuttavia il programma allunga a dismisura i tempi di simulazione, che divengono poco
gestibili.
233
Italy – Regione Autonoma Friuli Venezia Giulia
Malborghetto – Valbruna (UD)
Tagliamento
Stream - Fluß - Corso d’acqua Cucco
RIO CUCCO
area 0.65 km2
Lithology Sciliare Dolostone
Figure 4.2.2.B/5.1 Geographic context of the areas studied in the project and details of the Rio Cucco catchment and alluvial fan: observe the presence
of two main torrent channels which deposit materials on coalescent debris fans.
4.2.2.B/5.1 Geographische Einordnung der im Rahmen des Projekts untersuchten Gebiete und Detail von Einzugsgebiet und Schwemmkegel des Rio Cucco.
Man kann zwei Haupteinschnitte des Wildbachs erkennen, die koaleszierende Kegel bilden.
Figura 4.2.2.B/5.1 Inquadramento geografico delle aree esaminate nell’ambito del Progetto e dettaglio del bacino e del conoide alluvionale del Rio Cucco;
è possibile riconoscere due principali incisioni torrentizie che edificano conoidi coalescenti.
234
The FLO-2D model was applied to the alluvial fans of
five catchments which were representative of different geo-lithological and geomorphologic conditions in
the mountains of Friuli. The preparation of the input
data required by the models to simulate the propagation and depositing of debris flows entails a detailed
study of the catchments and fans concerned. At the
same time, information about previous flood events
provides important data to assess the reliability of the
results obtained using the model. In the approach
adopted, the mathematical modelling process was
the final stage of a detailed study of the catchmentfan system, with close interaction between all the
project activities carried out. In the applications
aimed at determining levels of hazard it was necessary to refer to high intensity events. These were
either project events, deriving from the analysis of the
hydrological response of the catchment and the availability of transportable material, or historic events of
particular severity, for which sufficient records were
available concerning the area in question. By way of
example the Rio Cucco fan, an affluent of the river
Fella (in turn a tributary of the river Tagliamento) was
hit by a debris flow of great intensity in the afternoon
of 29 August 2003. Field observations carried out on
the fan before the event of 29 August highlighted
traces of previous flood events on the surface of the
fan, while post-event surveys provided indications of
the characteristics and development of the event. The
analysis of water and sediment processes also contributed to providing the data required to model the
propagation and expansion of debris flows.
Der Berechnungscode FLO-2D wurde für die
Schwemmkegel von fünf Einzugsgebieten verwendet,
die verschiedene geolithologische und geomorphologische Konditionen der Berge im Friaul repräsentieren.
Die Vorbereitung der Eingabedaten, die die Modelle für
die Simulation der Ausbreitung und Ablagerung von
Muren brauchen, setzt eine gründliche Untersuchung
der betroffenen Becken und Kegel voraus. Gleichzeitig
liefert die Kenntnis von früheren Überschwemmungsphänomenen
wichtige
Elemente,
um
die
Zuverlässigkeit der aus den Modellen hervorgehenden
Ergebnisse zu überprüfen. Bei diesem Ansatz stellte
die Modellanalyse mit numerischen Methoden daher
den Abschluss einer gegliederten Untersuchung des
Systems Becken-Kegel dar, bei der alle Tätigkeiten
innerhalb des Projekts in enger Interaktion standen. Bei
den Anwendungen für die Gefährdungsbestimmung
muss man von Ereignissen mit hoher Intensität ausgehen. Diese können Projektereignisse sein, die aus der
Analyse der hydrologischen Reaktion der Becken und
der Verfügbarkeit von mobilisierbarem Material ausgehen, oder besonders schwere historische Ereignisse
im Untersuchungsgebiet, die angemessen dokumentiert sind. Beispielsweise war der Kegel des Rio Cucco,
Zufluss des F. Fella (der wiederum in den F.
Tagliamento fließt) am Nachmittag des 29. August
2003 von einem sehr umfangreichen Murenabgang
betroffen. Beobachtungen am Kegelgelände vor dem
Ereignis vom 29. August zeigten Spuren von alten
Überschwemmungsereignissen
auf
der
Kegeloberfläche, während die Messungen nach dem
Ereignis Angaben zu den Eigenschaften und der
Entwicklung der Ereignisse erbrachten. Die Analyse
der hydrologischen Prozesse und der Feststoffzufuhr
trugen ebenfalls dazu bei, die erforderlichen Daten für
die Modellanalyse der Ausbreitung und Expansion von
Muren zu definieren.
Il codice di calcolo FLO-2D è stato applicato ai conoidi alluvionali di cinque bacini, rappresentativi di diverse condizioni geolitologiche e geomorfologiche della
montagna friulana. La preparazione dei dati di input
richiesti dal modello per la simulazione della propagazione e della deposizione delle colate detritiche
presuppone un accurato studio dei bacini e dei conoidi interessati. Al tempo stesso, la conoscenza di
fenomeni alluvionali pregressi fornisce importanti
elementi per valutare l’attendibilità dei risultati forniti
dai modelli. Nell’approccio utilizzato, l’analisi modellistica mediante metodi numerici ha rappresentato,
pertanto, il momento conclusivo di un articolato studio del sistema bacino-conoide, che ha visto una
stretta interazione fra tutte le attività svolte all’interno
del Progetto. Nelle applicazioni finalizzate alla determinazione della pericolosità, è necessario far riferimento ad eventi di elevata intensità. Questi possono
essere eventi di progetto, derivanti dall’analisi della
risposta idrologica dei bacini e della disponibilità di
materiale mobilizzabile, o eventi storici, di particolare
gravità ed adeguatamente documentati, che hanno
interessato l’area di studio. A titolo di esempio il
conoide del Rio Cucco, affluente del F. Fella (a sua
volta tributario del F. Tagliamento), è stato interessato da una colata detritica di grande entità nel pomeriggio del 29 Agosto 2003. Osservazioni di terreno
condotte sul conoide prima dell’evento del 29 agosto
hanno posto in evidenza tracce di vecchi eventi alluvionali sulla superficie del conoide, mentre i rilievi
post-evento hanno fornito indicazioni sulle caratteristiche e sullo sviluppo dei fenomeni. L’analisi dei processi idrologici e di apporto solido ha parimenti concorso a definire i dati richiesti per l’analisi modellistica della propagazione e dell’espansione delle colate
detritiche.
235
Figure 4.2.2.B/5.2 Traces of flood events surveyed before the debris flow of 29 August 2003.
Figur 4.2.2.B/5.2 Spuren von Überschwemmungen, die vor dem Murenabgang vom 29. August 2003 festgestellt wurden.
Figura 4.2.2.B/5.2 Tracce di eventi alluvionali rilevate prima della colata detritica del 29 Agosto 2003.
236
The modelling carried out using the FLO-2D model is
part of the wider field of risk scenario definition. The
aim of creating a risk scenario is to respond in a logical and consistent way to the “What if....?” question.
Naturally the more realistic the risk scenario, the
greater the significance of the responses to critical
questions: we are therefore continuously asking:
“Would that be possible?” or “Is this likely to happen?”.
The work carried out initially concerned defining an
event scenario, and then a risk scenario. The former
regards the spatial and temporal evolution purely of
the expected event itself, while the latter also
includes the distribution of property at risk and making an assessment of its vulnerability.
The points of departure utilised for the construction of
risk scenarios regard the analysis of past events and
the results of mathematical and statistical hydrological processes. Then it is necessary to evaluate
potential effects on the ground.
The level of hazard of a debris flow depends on the
amount of material deposited, the height of the flow
of water and the speed it reaches during an event.
In order to carry out a simulation we require information about topography, a possible peak flow hydrograph and the rheological characteristics of the
water-sediment mix.
The topographic representation of the terrain was
carried out by dividing the area into rectangular cells,
which are assigned a single figure for elevation.
In principle there are no restrictions on the size of the
calculation grid that can be used, but as an explicit
scheme is used, the temporal interval of calculation
depends on the relation between the size of the grid
and the speed of propagation of the surge, which
means that very small grids require correspondingly
brief intervals of time, which prolongs the time
required for the calculations.
Die Modellierung mit dem Berechnungscode FLO-2D
kann in den breiteren Rahmen der Definition von
Risikoszenarien eingeordnet werden. Der Zweck der
Einrichtung eines Risikoszenariums ist, auf logische
und stichhaltige Weise auf die Frage: “Was würde
geschehen, wenn …?” zu antworten.
Natürlich haben Antworten auf die kritischen Fragen
um so mehr Sinn, je wahrscheinlicher die Szenarien
sind, man stellte sich also ständig die Frage “Ist dies
möglich?” oder “Ist es wahrscheinlich, das dies eintritt?”
Die Tätigkeit betraf zunächst die Definition des
Ereignisszenariums und anschließend die des
Risikoszenariums. Das erste umfasst die räumliche
und zeitliche Entwicklung nur des erwarteten
Ereignisses, während das zweite auch die Verteilung
der gefährdeten Güter und die Auswertung ihrer
Verwundbarkeit umfasst.
Ausgangspunkte für die Konstruktion der
Risikoszenarien sind die Analyse der vergangenen
Ereignisse und die Ergebnisse von hydrologischen
Bearbeitungen mathematischer und statistischer Art;
anschließen muss man auswerten, was die möglichen Auswirkungen vor Ort sind.
Der Gefährdungsgrad eines Murenabgangs hängt
vom Ausmaß des abgelagerten Materials und von
der Wasserhöhe und -geschwindigkeit ab, die im
Laufe des Ereignisses erreicht werden.
Um eine Simulation durchführen zu können, muss
man über Informationen zur Topographie, zum möglichen Hochwasser-Hydrogramm und zu den rheologischen Eigenschaften der Mischung verfügen.
Für die topographische Darstellung wurde das
Gelände in rechteckige Elemente aufgeteilt, denen
ein einziger Höhenwert zugeordnet wurde.
Prinzipiell bestehen keine Einschränkungen für die
Maße des Berechnungsrasters, das man verwenden
L’attività di modellazione svolta con il codice di calcolo FLO-2D può essere inquadrata nel più vasto
campo della definizione degli scenari di rischio. Lo
scopo dell’allestimento di uno scenario di rischio è
quello di rispondere in maniera logica e consistente
alla domanda “che cosa succederebbe se … ?”.
Naturalmente quanto più gli scenari di rischio sono
verosimili, tanto più le risposte alle domande critiche
sono sensate; ci si è quindi continuamente posti la
domanda “è possibile questo?” oppure “è probabile
che avvenga ciò?”.
L’attività svolta ha riguardato inizialmente la definizione dello scenario d’evento e successivamente dello
scenario di rischio. Il primo riguarda l’evoluzione spaziale e temporale del solo evento atteso, mentre il
secondo comprende anche la distribuzione dei beni
esposti e la valutazione della loro vulnerabilità.
I punti di partenza utilizzati per la costruzione degli
scenari di rischio riguardano l’analisi degli eventi
avvenuti nel passato e le risultanze di elaborazioni
idrologiche di tipo matematico e statistico; successivamente è necessario valutare quali sono i possibili
effetti a terra.
Il livello di pericolosità di una colata detritica dipende
dall’entità del materiale depositato e dall’altezza idrica e dalla velocità che si raggiungono nel corso dell’evento.
Per poter svolgere una simulazione è necessario disporre di informazioni relative alla topografia, al possibile idrogramma di piena ed alle caratteristiche reologiche della miscela.
La rappresentazione topografica del territorio è stata
effettuata suddividendo il territorio in elementi aventi
forma rettangolare, cui è associato un unico valore
della quota.
In linea di principio non esistono restrizioni alle
dimensioni della griglia di calcolo che è possibile uti-
237
Typical intervals of time used for the purposes of the
calculation vary from 1 to 60 seconds. A specific routine of checks allows us to adapt the interval of calculation to the characteristics of the current, increasing or decreasing it according to criteria of numeric
stability.
The choice of size of grid for the calculation is therefore the result of a compromise between the demand
to simulate processes with a satisfactory degree of
accuracy, and the need to limit calculation times.
The level of hazard of a debris flow event increases
in proportion to the volume of material involved, and
following that, on the peak flow capacity, namely the
concentration of the event into a shorter time span.
The family of mono-phase models that FLO-2D
belongs to is unable to analyse the trigger stage of a
flow, which means it is necessary to supply the model
with an input hydrograph which must be assessed
according to the morphological process it is simulating.
The peak flow hydrograph therefore represents a fundamental element in the scenario which is to be
analysed.
At least two scenarios were studied for each situation: the first scenario considers only level curves and
the second includes elements of man-made origin
such as canals, roads, buildings, etc.
The presence of man-made constructions introduces
factors which can considerably alter the route of a
mud flow: the presence of buildings, for example,
obstructs the flow and reduces the volume which can
be deposited on each single cell, while roads represent preferred channels for the flow towards the centre of the town.
When studying the second configuration we did not
consider the response of buildings to the impact of
the flow: in this configuration buildings merely represent topographic obstacles of presumed infinite
resistance. Where structural information is available
238
kann, aber da das verwendete Auflösungsschema
explizit ist, hängt das Zeitintervall der Berechnung
vom Verhältnis zwischen Größe des Rasters und
Ausbreitungsgeschwindigkeit der Welle ab. Daher
erfordern sehr kleine Raster ebenso kleine
Zeitintervalle, die zu einer Verlängerung der
Berechnungszeiten führen.
Typische
Werte
für
das
zeitliche
Berechnungsintervall liegen zwischen 1 und 60
Sekunden. Mit einer entsprechenden Routine der
Kontrolle kann man das Berechnungsintervall den
Eigenschaften des Stroms anpassen und es nach
einem Kriterium der numerischen Stabilität erhöhen
oder verringern.
Die Größenentscheidung des Berechnungsrasters ist
daher jeweils das Ergebnis aus einem Kompromiss
zwischen dem Anspruch, die Prozesse mit einer
angemessenen Präzision zu simulieren, und der
Anforderung, die Berechnungszeiten zu begrenzen.
Die Gefährdung eines Murenereignisses steigt mit
der Erhöhung des einbezogenen Materialvolumens
und bei gleichem Volumen bei der Erhöhung der
Spitzenmenge, d.h. bei der Konzentration des
Ereignisses in kürzerer Zeit.
Die Familie der einphasigen Modelle, zu denen FLO2D gehört, ist nicht in der Lage, die Auslösephase
des Stroms zu analysieren, daher muss man dem
Modell ein Hydrogramm am Eingang liefern, das auf
der Grundlage des simulierten morphologischen
Prozesses zu beurteilen ist.
Die Definition des Hochwasser-Hydrogramms stellt
also ein wesentliches Element für das Szenarium
dar, das man analysieren will.
Für jede Situation wurden mindestens zwei
Konfigurationen geprüft: In der ersten wurden nur die
Höhenkurven berücksichtigt, in der zweiten wurden
die Elemente anthropischer Herkunft wie Kanäle,
Straßen, Gebäude etc. hinzugefügt.
Bauwerke anthropischer Natur führen Faktoren ein,
lizzare, ma, essendo lo schema risolutivo utilizzato di
tipo esplicito, l’intervallo temporale di calcolo dipende
dal rapporto tra la dimensione della griglia e la celerità di propagazione dell’onda; per cui griglie molto
piccole richiedono intervalli temporali altrettanto piccoli che comportano un allungamento dei tempi di
calcolo.
Valori tipici dell’intervallo di calcolo temporale variano
tra 1 e 60 secondi. Un’apposita routine di controllo
consente di adattare l’intervallo di calcolo alle caratteristiche della corrente, incrementandolo o diminuendolo in accordo con un criterio di stabilità numerica.
La scelta della dimensione della griglia di calcolo è
quindi, di volta in volta, il risultato di un compromesso tra le esigenze di simulare i processi con una adeguata precisione e l’esigenza di limitare i tempi di calcolo.
La pericolosità di un evento di colata detritica aumenta all’aumentare del volume di materiale coinvolto e,
a parità di volume, all’aumentare della portata di
picco, cioè al concentrarsi dell’evento in un tempo più
ridotto.
La famiglia dei modelli monofase, cui FLO-2D appartiene, non è in grado di analizzare la fase di innesco
della colata, per cui è necessario fornire al modello
un idrogramma in ingresso che deve essere valutato
sulla base del processo morfologico che si sta simulando.
La definizione dell’idrogramma di piena rappresenta
quindi un elemento fondamentale per lo scenario che
si intende analizzare.
Per ogni situazione sono state prese in esame almeno due configurazioni: una prima nella quale si sono
considerate le sole curve di livello ed una seconda
nella quale sono stati inseriti gli elementi di origine
antropica quali: canali, strade, edifici, etc.
La presenza di manufatti di natura antropica introduce fattori che possono modificare notevolmente il
for the buildings in question it is possible to formulate
other configurations to analyse the consequences of
the potential collapse of buildings.
die den Verlauf eines Schlammstroms erheblich verändern können: Während Gebäude z.B. ein
Hindernis für den Stromfluss darstellen und das
Volumen, das in jeder einzelnen Zelle gelagert werden kann, verringern, können Straßen bevorzugte
Wege für den Strom in die Ortschaft darstellen.
In der Untersuchung der zweiten Konfiguration wurde
die Reaktion der Gebäude auf die Belastungen durch
die Stromeinwirkung nicht berücksichtigt: In dieser
Konfiguration stellen die Gebäude nur topographische Hindernisse dar, deren Widerstandskraft als
unendlich angenommen wird.
Sofern Informationen über die strukturellen
Eigenschaften der betreffenden Gebäude vorliegen,
kann man andere Konfigurationen annehmen, in
denen die Folgen von eventuellem Einsturz der
Häuser analysiert werden.
percorso di una colata di fango: così, ad esempio,
mentre la presenza di edifici rappresenta un ostacolo al flusso della colata e riduce il volume immagazzinabile in ogni singola cella, le strade possono rappresentare vie preferenziali di flusso verso l’interno
del centro abitato.
Nello studio della seconda configurazione non è
stata presa in considerazione la risposta degli edifici
alle sollecitazioni indotte dall’impatto della colata: in
tale configurazione gli edifici rappresentano solo
degli ostacoli topografici la cui resistenza è supposta
infinita.
Ove siano disponili informazioni sulle caratteristiche
strutturali degli edifici in questione, è possibile ipotizzare altre configurazioni, nelle quali si analizzino le
conseguenze di eventuali collassi degli edifici.
239
4.2.2.B/5.3 Results
The application of FLO-2D, together with the availability of detailed geomorphologic information,
enabled us to develop an integrated method for identifying the areas at risk of being flooded by debris
flows.
The results obtained using FLO-2D yielded not only
outlines of potential flood areas, but also the development over time of water heights and speeds during
the event.
This information enabled us to use a factor of hydrodynamic thrust, intended as the sum of static and
dynamic components, to classify the areas subject to
debris flows according to different categories of risk.
It was particularly useful to be able to calibrate the
proposed methodology according to the surveys carried out following the debris flow of 29 August 2003
on the Rio Cucco fan.
To this end, one significant result which was not originally planned for, was the use of FLO-2D for diagnostic purposes, in so far as it provided a better
understanding and interpretation of the 2003 event.
Die Anwendung von FLO-2D in Kombination mit den
vorliegenden ausführlichen geomorphologischen
Informationen ermöglichte es, eine integrierte
Methode für die Erkennung der Zonen zu entwickeln,
die von Überschwemmungen durch Muren gefährdet
sind.
Mit den Ergebnissen aus der Anwendung von FLO2D konnten nicht nur die Umrisse der potenziell überschwemmbaren Zonen, sondern auch der zeitliche
Verlauf der Wasserhöhen und -geschwindigkeiten
bestimmt werden, die im Laufe des Ereignisses eintreten.
Mit dieser Kenntnis konnte der hydrodynamische
Schub verwendet werden, d.h. die Summe der statischen und dynamischen Komponenten, um die durch
Muren gefährdeten Gebiete in verschiedene
Gefahrenklassen einzustufen.
Besonders nützlich war dabei die Möglichkeit, die
vorgeschlagene Methode auf der Grundlage der
Messungen nach dem Geröllstrom vom 29. August
2003 im Kegel des Rio Cucco tarieren zu können.
In dieser Richtung war der Einsatz von FLO-2D zu
diagnostischen Zwecken ein sehr signifikantes und
ursprünglich nicht vorgesehenes Ergebnis, denn es
ermöglichte ein besseres Verständnis und
Interpretation des Ereignisses von 2003.
L’applicazione di FLO-2D, insieme alla disponibilità di
dettagliate informazioni geomorfologiche, ha consentito di sviluppare una metodologia integrata per la
individuazione delle aree a rischio di inondazione di
colate detritiche.
I risultati ottenuti attraverso l’applicazione di FLO-2D
hanno riguardato non solo la determinazione del
contorno delle aree potenzialmente inondabili, ma
hanno permesso di determinare l’andamento temporale delle altezze idriche e delle velocità che si verificano nel corso dell’evento.
Tale conoscenza ha permesso l’impiego della spinta
idrodinamica, intesa come somma delle componenti
statica e dinamica, per effettuare la classificazione
delle aree esposte a colate detritiche secondo differenti classi di rischio.
Particolarmente utile è stata la possibilità di effettuare una taratura della metodologia proposta sulla base
dei rilievi effettuati in seguito alla colata detritica del
29 Agosto 2003 sul conoide del Rio Cucco.
In tale direzione un risultato assai significativo, e non
previsto originariamente, è stato l’impiego di FLO-2D
a fini diagnostici, in quanto ha consentito una migliore comprensione ed interpretazione dell’evento del
2003.
240
The application of the FLO-2D model enabled us to
highlight the possibility of carrying out hazard zoning
with regards to debris flows according to the dynamic characteristics of the current.
The studies and processes carried out enabled us to
underline the positive aspects of such an approach,
but also to point out a number of uncertainties, with
particular regard to the following points, which represent the critical elements of the entire process:
a) evaluation of transportable volume and definition
of the hydrograph;
b) representation of topography and infrastructures;
c) interaction between the flow and buildings.
With regards to point a) it appears necessary to recommend the use of more than one scenario, taking different volumes and hydrographs into consideration.
With regards to point b), the simulations carried out
showed that, added to the key role played by morphology, the correct representation of infrastructures
is essential to ensure that flows are correctly determined. This effect tends to increase downstream following a reduction in the width of the flow.
Lastly, with regards to point c), the results of the simulations carried out clearly showed that in built up
areas the propagation of a flow and the presence of
buildings cannot be treated independently.
Lastly, the application of FLO-2D showed that it was
possible to make a preventive assessment of the efficacy of any risk mitigation works.
Mit der Anwendung von FLO-2D konnte die
Möglichkeit betont werden, entsprechend den dynamischen Stromeigenschaften eine Zonierung der
Gefährdung durch Muren vorzunehmen.
Die Untersuchungen und Auswertungen ermöglichten weiter, die positiven Aspekte dieses Ansatzes zur
Geltung zu bringen, aber auch einige Unsicherheiten
hervorzuheben, insbesondere im Hinblick auf die folgenden Punkte, die die kritischen Elemente des
gesamten Prozesses darstellen:
a) Auswertung des mobilisierbaren Volumens und
Definition des Hydrogramms;
b) Darstellung
der
Topographie
und
der
Infrastrukturen;
c) Interaktion zwischen Murgä und Gebäuden.
In Bezug auf Punkt a) scheint es notwendig, die
Verwendung von mehreren Szenarien vorzuschlagen, die Phänomene zu betrachten, die sich durch
verschiedene Volumen- und hydrographische
Eigenschaften auszeichnen.
Was Punkt b) betrifft, haben die Simulationen ergeben, dass neben der bestimmen Rolle der
Morphologie die korrekte Darstellung der
Infrastrukturen für eine korrekte Definition der
Ströme wesentlich ist. Diese Wirkung neigt dazu,
sich zum Tal hin zu verstärken, da die Mächtigkeit der
Muren abnimmt.
Was schließlich Punkt c) angeht, erwiesen die
Ergebnisse der Simulationen eindeutig, dass die
Ausbreitung einer Mure und das Vorhandensein von
Gebäuden in urbanisierten Gebieten nicht unabhängig voneinander behandelt werden können.
Schließlich hat die Anwendung von FLO-2D die
Möglichkeit bewiesen, die Effizienz von eventuellen
Risikomilderungsmaßnahmen präventiv zu beurteilen.
L’applicazione del modello FLO-2D ha consentito di
evidenziare la possibilità di effettuare, in funzione
delle caratteristiche dinamiche della corrente, una
zonazione della pericolosità conseguente al verificarsi di colate detritiche.
Gli studi e le elaborazioni effettuate hanno consentito di mettere in risalto gli aspetti positivi di tale
approccio, ma anche di evidenziarne alcune incertezze, in particolare per quanto riguarda i seguenti
punti che rappresentano gli elementi critici dell’intero
processo:
a) valutazione del volume mobilizzabile e definizione
dell’idrogramma;
b) rappresentazione della topografia e delle infrastrutture;
c) interazione tra colate ed edifici.
Per quanto riguarda il punto a), appare necessario
suggerire l’impiego di più scenari che prendano in
considerazione fenomenologie caratterizzate da
volumi ed idrogrammi differenti.
Per quanto riguarda il punto b), le simulazioni effettuate hanno evidenziato che, in aggiunta al ruolo
determinante giocato dalla morfologia, la corretta
rappresentazione delle infrastrutture è essenziale
per una corretta definizione dei flussi. Tale effetto
tende ad aumentare verso valle a seguito della riduzione dello spessore della colata.
Infine, per quanto riguarda il punto c), i risultati delle
simulazioni effettuate hanno chiaramente evidenziato che, in zone urbanizzate, la propagazione di una
colata e la presenza di edifici non possono essere
trattate in maniera indipendente.
Infine l’applicazione di FLO-2D ha mostrato la possibilità di effettuare una valutazione preventiva dell’efficacia di eventuali interventi di mitigazione del rischio.
241
4.2.2.C A different numerical approach: dfwalk
model
4.2.2.C Ein alternatives Simulationsverfahren:
das dfwalk Modell
4.2.2.C Un differente approccio numerico: il modello dfwalk
The dfwalk conceptual model can be used to calculate the areas potentially affected by a debris flow.
The model consists in a combination of different
methods, most of which are widely known and successfully applied. It uses the random walk technique,
the Monte Carlo simulation method, the two-parameter speed model (Perla et al., 1980), the mean gradient hypothesis and a simple model to simulate the
sedimentation of the debris flow.
Das konzeptionelle Modell dfwalk kann verwendet
werden, um die potenziell von einem Murgang
gefährdeten Flächen abzugrenzen. Das Modell
besteht aus der Zusammenstellung von verschiedenen Verfahren, die in der Literatur teilweise bereits
bekannt und in der Praxis erfolgreich umgesetzt sind.
Es werden das random walk Verfahren, eine
Montecarlo
Simulation,
das
2-Parameter
Geschwindigkeitsmodell von Perla et al., (1980),
sowohl die Annahme des Pauschalgefälles zur
Darstellung der Ablagerung eines Murgangs verwendet.
Il modello concettuale dfwalk è un metodo utile per il
calcolo delle superfici potenzialmente interessate da
un flusso di detrito. Il modello è costituito da una combinazione di diversi metodi, in parte già largamente
conosciuti e applicati con successo. Esso fa uso
infatti della tecnica random walk (cammino casuale)
e del metodo di simulazione Montecarlo, del modello
di velocità a due parametri (Perla et al., 1980), dell’ipotesi della pendenza media e di un semplice modello per simulare la sedimentazione del flusso di detrito.
Definition
The calculation algorithm entails: (1) defining a possible trigger area, (2) calculating a possible trajectory
based on the Digital Elevation Model, (3) determining
the speed according to the two-parameter speed
model developed by Perla et al., (4) calculating the
sedimentation of material on the fan based on speed
and gradient, (5) updating the Digital Elevation
Model. The simulation then calculates the next trajectory, until all the potentially transportable material has
been used up.
Aims
The various components, connected in this way, provide a simple, robust model for determining hazard
areas.
Potential
The structure of the model, which is both simple but
with a description physically based on events, means
it can be used above all for predictive purposes.
Using data from the literature and obtained from calibrations on sample catchments, the model allows us
to outline the areas of potential risk. Compared to
models of a rheological/hydraulic type, this model
requires fewer input parameters, though field work,
242
Definition
Der Algorithmus sieht folgende Schritte vor: (1) Die
Festlegung der Auslaufzone, (2) die Berechnung
eines möglichen Verlaufs, aufgrund des digitalen
Höhenmodells ( DHM) und des random walk
Verfahrens,
(3)
die
Berechnung
der
Murganggeschwindigkeit anhand des Modells von
Perla et al., (4) Bestimmung der Auflandungshöhe
mittels eines Geschindigkeits- oder Gefällskriteriums,
(5) Aktualisierung des DHM durch das neu abgelagerte Material. Durch die wiederholte Ausführung
dieser Schritte wird das gesamte zur Verfügung stehende Volumen abgelagert.
Ziel
Aus der Zusammenstellung der verschiedenen
Komponenten entsteht ein einfaches aber trotzdem
robustes Modell zur Abgrenzung der gefährdeten
Flächen.
Potenzialität
Das einfache und dennoch physikalisch basierte
Modell ist geeignet sowohl zur Analyse vergangener
Definizione
L’algoritmo di calcolo prevede: (1) la definizione di
un’area di possibile innesco, (2) il calcolo di una possibile traiettoria in funzione del Modello Digitale del
Terreno, (3) la determinazione della velocità in base
al modello a due parametri di Perla et al., (4) il calcolo della sedimentazione del materiale sul conoide in
funzione della velocità e della pendenza, (5) l’aggiornamento del Modello Digitale del Terreno. La simulazione procede al calcolo della successiva traiettoria,
fino ad esaurimento del materiale potenzialmente
mobilizzabile.
Finalità
Le diverse componenti, cosi collegate, forniscono un
modello semplice e robusto per la determinazione
delle zone di pericolo.
Potenzialità
La struttura del modello, al contempo semplice ma
con una descrizione fisicamente basata dei fenomeni, consente un utilizzo del modello soprattutto in un
contesto previsionale. Avvalendosi di valori disponibili in letteratura e ottenuti tramite calibrazione su baci-
surveys and the need for a good quality Digital
Elevation Model are indispensable conditions for a
correct simulation.
From the simulations performed we were able to
observe that with regards to the influence of obstacles like buildings and other infrastructures on the
movement of the flow, further fine tuning was
required to the basic topography and the definition of
accurate conditions in the context of these.
Limits
The model does not allow us to make an accurate
reconstruction of the hydraulic aspects of the flow, in
view of the fact that the structure adopted for the simulation does not include this objective.
Activities
In order to apply the model a detailed Digital
Elevation Model is needed: surveys and geomorphologic analyses to determine the quantity of transportable material are also required. The model can
be calibrated based on the experience of the operator and using indicative data available in the literature
and from past events.
Expected products
The model generates intensity maps (height of
deposits, maximum speed), which can be used to
create, as derivatives, a spatial representation of
the level of hazard, according to the criteria selected.
The model is currently implemented as an extension of the programme ESRI ArcGis 8.3©, written in
VBA.
Engineers, geologists and forestry scientists with a
good level of experience in the field of debris flows,
required to evaluate the input parameters for the
model. A good level of knowledge of GIS is
Ereignisse wie auch als Planungs- und
Dimensionierungswerkzeug.
Mittels
Parameterkalibrierung in Testgebieten oder aus der
Literatur kann eine Gefahrenzonierung durchgeführt
werden.
Im Vergleich zu den rein rheologisch-hydraulischen
Modellen benötigt das hier eingesetzte Modell eine
reduzierte Anzahl Parameter. Auf jeden Fall sind einerseits Feldbegehungen und andererseits ein detailliertes DHM unerlässlich, um eine genaue Simulation
des Phänomens durchführen zu können.
Der letzte Punkt wurde auch bei der Analyse des
Einflusses von Hindernissen auf den Murgangverlauf
(z. B. Gebäude und Infrastrukturen) bestätigt. Die
Definition der Anfangs- und Nebenbedignungen
muss ebenfalls sorgfältig durchgeführt werden.
Grenzen
Das Modell ist nicht in der Lage, das genaue hydraulische Verhalten eines Murgangs nachzuvollziehen,
da die unterliegende konzeptionelle Struktur dies
nicht zum Ziel hat.
Aktivitäten
Grundlage jeder Simulation ist ein sehr detailliertes
Höhenmodell. Feldbegehungen, geomorphologische
Analysen
des
Einzugsgebietes
und
des
Bachgerinnes sind ebenfalls nötig, um die
Charakteristika und die Sedimentverfügbarkeit abzuschätzen. Die Eichung des Modells erfolgt durch eine
erfahrene Fachperson und durch Literaturwerte aus
vergangenen Murgangereignissen.
Erwartete Produkte
Die Produkte des Modells sind prinzipiell
Intensitätskarten des Phänomens (Ablagerungshöhe
und maximale Geschwindigkeit des Murgangs in jeder
Rasterzelle). Aus diesen Daten lassen sich die
Gefahrenzonen mit entsprechendem Gefahrenniveau
ableiten, je nach Einstufungskriterium.
ni campione, il modello consente di giungere alla
delimitazione delle aree di potenziale pericolo.
Rispetto alla classe di modelli reologico-idraulici, il
modello proposto richiede un minore numero di parametri in ingresso, sebbene le attività di campo, i sopralluoghi e la disponibilità di un Modello Digitale del
Terreno di buona qualità restino presupposti indispensabili per una corretta simulazione del fenomeno.
Si è potuto constatare dalle simulazioni effettuate
che, per quanto riguarda l’influenza di ostacoli come
edifici ed altre infrastrutture sul moto della colata, è
richiesto un ulteriore affinamento della base topografica e la definizione di accurate condizioni al contorno in corrispondenza di questi ostacoli.
Limiti
Il modello non consente la ricostruzione accurata del
comportamento idraulico della colata, in quanto la
struttura stessa adottata per la simulazione non prevede questo obiettivo.
Attività
Per l’applicazione del modello è necessario disporre
di un dettagliato Modello Digitale del Terreno; sono
inoltre indispensabili sopralluoghi e analisi geomorfologiche per la determinazione del materiale potenzialmente mobilizzabile. La taratura del modello può
procedere tramite l’esperienza del modellista e con
valori indicativi disponibili in letteratura da eventi passati.
Prodotti attesi
Il modello genera mappe dell’intensità del fenomeno
(altezza di deposizione, velocità massima raggiunta)
da cui è possibile ricavare, quali prodotti derivati, una
rappresentazione spaziale del grado di pericolosità,
in funzione dei criteri assunti.
Il modello è attualmente implementato quale estensione del prodotto ESRI ArcGis 8.3©, programmata in
VBA.
243
required, and of the ESRI ArcGIS 8.3© packages in
particular.
Das Modell ist derzeit als ESRI ArcGis 8.3©
Erweiterung implementiert.
Bau-, Umwelt- und Forstingenieure, Geologen,
Umweltwissenschaftler mit guten Grundkenntnissen
über Murgänge zur Abschätzung der Inputparameter.
Eine mittlere Erfahrung mit dem Softwarepaket ESRI
ArcGIS 8.3© ist ebenso erforderlich.
244
Ingegneri, geologi e forestali con una buona esperienza nel campo delle colate detritiche, richiesta per
la valutazione dei parametri di ingresso al modello. È
richiesta una discreta esperienza dell’ambiente GIS,
in particolare dei pacchetti ESRI ArcGIS 8.3©.
A different numerical approach: dfwalk model
§ 4.2.2.C/1 CANTON TICINO
Switzerland - Cantone Ticino
Claro
Basin - Becken- Bacino
Ticino
Stream - Fluß - Corso d’acqua Cassinello
Figure 4.2.2.C/1.1 General geographic context of Canton Ticino and the areas being studied (Giornico and Torre in yellow, Claro in red)
and a detail of the Cassinello Torrent (Commune of Claro).
Figura 4.2.2.C/1.1 Geographische Lage der Testgebiete im Kanton Tessin (Gelber Punkt: Gemeinde Giornico und Gemeinde Torre, Roter Punkt: Gemeinde Claro)
und detaillierte Karte des Einzugsgebietes des Bachs Cassinello, Gemeinde Claro.
Figura 4.2.2.C/1.1 Inquadramento geografico generale del Canton Ticino e delle aree di indagine (in giallo Giornico e Torre, in rosso Claro)
e dettaglio relativo al T. Cassinello (Comune di Claro).
Table 4.2.2.C/1.1 The main morphometric parameters of the Cassinello Torrent catchment.
Tabelle 4.2.2.C/1.1 Morphologische und Formparameter des Einzugsgebietes des Bachs Cassinello.
Tabella 4.2.2.C/1.1 Parametri morfometrici principali del bacino del T. Cassinello.
Bacino
T. Cassinello
Superficie [km2]
0.38
Perimetro [km]
3.25
Quota min. [m s. l. m. ]
275
Quota max. [m s. l. m. ]
1.190
Lunghezza bacino [km]
1.50
Lunghezza asta [km]
1.05
245
4.2.2.C/1.1 Preliminary tasks
4.2.2.C/1.1 Vorarbeiten
4.2.2.C/1.1 Fasi preliminari
The area of the Commune of Claro is situated on the
orographic left bank of the Ticino river north of
Bellinzona. It extends between an elevation of 240 m
a. s. l. and 2.727 m a. s. l. (Pizzo di Claro); it is bordered to the north by the northern peaks of the
Censo valley, to the east by the peaks between Pizzo
di Claro and Pizzo Molinera, to the south-east by the
peaks between Pizzo Molinera and Parusciano and
to the west by the Ticino river. The Claro fan is one of
the most densely populated areas of the Commune
area. This stretch of land includes residential, business and manufacturing areas, as well as agricultural land and the main communications routes (roads
and railways). Heading from north to south there are
a number of small torrents running down the Tonete
Valley and Val di Mulino; at the southern tip of the
Commune are the rivers Cassinello and Sassello,
tributaries of the Cassero Torrent which flows down
the valley till it meets the Ticino river.
The Claro area was chosen as an area of study in the
context of the Project in view of a number of characteristics. In first place in the archive of historic flood
events of the Institute of Earth Sciences of the
Scuola Universitaria Professionale of Italian
Switzerland (SUPSI) there were accounts and brief
descriptions of events which occurred at the end of
the nineteenth century and in the last century.
Analyses carried out in 1995 identified a limited hazard situation. The medium to fine grain material available in the channel did not reach significant volumes.
However a geomorphologic survey highlighted the
presence of debris deposits (moraine and debris
blocks) subject to shallow landslides, and a considerable area of the fan, compared to the area of the
catchment, which bore the signs of a substantial
amount of past mass transport. Subsequently a par-
Das Gebiet der Gemeinde Claro liegt am linken Ufer
des Flusses Ticino, nördlich von Bellinzona und
erstreckt sich von 240 m bis auf 2.727 m ü. M. (Pizzo
Claro).
Das Gebiet ist nordwärts vom Val Censo, östlich von
Pizzo di Claro und Pizzo Molinera, südöstlich von
Pizzo Molinera und Parusciano, und westlich vom
Fluss Tessin begrenzt. Der Schwemmkegel von Claro
ist stark besiedelt: Familienhäuser, Gewerbe- und
Industriezone, landwirtschaftlichen Aktivitäten sowie
wichtige Verkehrsachsen (Kantonstrasse, Autobahn
und Eisenbahn). Vom Norden nach Süden fliessen
mehrere Seitenbäche aus dem Tonete- und Mulinotal;
südlich des Dorfkerns befinden sich die Bäche
Cassinello und Sassello, die in den Vorfluter Cassero
und schliesslich in den Fluss Ticino einmünden.
Im Rahmen dieses Projektes wurde dieses Gebiet
aufgrund verschiedener Charakteristika als
Testgebiet ausgewählt. Im Archiv des Institut für
Erdwissenschaften der SUPSI sind viele
Informationen über historische Murgangereignisse
vorhanden, die bis ins 19. Jahrhundert zurückreichen.
Im Jahr 1995 wurde eine Voranalyse durchgeführt
und die Gefahrenlage wurde als mässig eingestuft.
Das Gesamtvolumen von den mittel- und feinkörnigen Bachbettsedimenten wurde als relativ gering
abgeschätzt. Bei der Feldbegehung und der morphologischen Analyse wurde vor Allem Moräne- und
Schuttmaterial mit Erosionsaktivität kartiert, im Übrigen wies die Kegelausdehnung eindeutig auf bedeutende Sediment- und Murgangaktivität hin.
Am 4. Juli 2000 war das Gebiet von Claro von einem
Unwetterereignis betroffen., das zur Überschwemmung von zwei Seitenbächen (Cassinello und
Sassello) führte. Tausende m3 von Material wurden
abtransportiert und auf dem Kegel abgelagert.
Il territorio del comune di Claro è situato sulla sponda orografica sinistra del F. Ticino a nord di
Bellinzona. Esso si estende fra le quote 240 m s. l. m.
e 2.727 m s. l. m. (Pizzo di Claro); risulta delimitato a
nord dalle creste settentrionali della valle del Censo,
ad est dalle creste fra il Pizzo di Claro e il Pizzo
Molinera, a sud-est dalle creste fra il Pizzo Molinera
e Parusciano e a ovest dal F. Ticino. Il conoide di
Claro è fra le zone più densamente abitate del territorio comunale. In questa fascia si trovano le zone
residenziale, commerciale e artigianale, nonché i terreni agricoli e le principali vie di comunicazione (strade e ferrovia). Procedendo da nord verso sud diversi
piccoli torrenti scendono dalla Valle del Tonete e dalla
Val di Mulino; all’estremità meridionale del territorio
comunale scorrono il T. Cassinello e il T. Sassello,
affluenti del T. Cassero che scorre nel fondovalle fino
alla confluenza con il F. Ticino.
Il territorio del comune di Claro è stato individuato fra
le aree di studio all’interno del Progetto in funzione di
diverse caratteristiche. In primo luogo nell’archivio
degli eventi alluvionali storici dell’Istituto Scienze
della Terra della Scuola Universitaria Professionale
della Svizzera Italiana (SUPSI) figuravano testimonianze e brevi descrizioni di eventi, avvenuti al termine del XIX secolo e nel secolo scorso. Analisi condotte nel 1995 avevano individuato una situazione di
pericolo limitata. Il materiale disponibile in alveo, di
granulometria medio-fine, non raggiungeva infatti
volumetrie significative. Tuttavia il rilievo geomorfologico aveva evidenziato la presenza di depositi detritici (morena e detrito in blocchi), interessati da scivolamenti superficiali, e un’area di conoide piuttosto
ampia rispetto alle superfici dei bacini, testimonianza
evidente di una passata attività di trasporto di massa
non trascurabile. Successivamente, un evento
meteorologico particolarmente intenso, concentrato-
246
ticularly heavy meteorological event, which was concentrated on this area in particular on 4 July 2000,
caused two small torrents at the tip of the fan to flood
their banks, taking several thousand cubic metres of
sediment downhill. With regards to this event we have
meteorological analyses, hydrological estimates and
in particular, detailed post-event surveys of the channels and a cartographic reconstruction of the flooded
area, all of which can be used for the calibration
process.
Nach diesem Murgangereignis wurde eine detaillierte Analyse über die meteorologischen Verhältnisse
durchgeführt, mit anschliessenden hydrologischen
Abschätzungen und einer ausführlichen Kartierung
der Bachgerinne und des Kegels, wo das Überschwemmungsgebiet aufgezeichnet wurde. Diese
Informationen spielten bei der Modelleichung eine
entscheidende Rolle.
si in particolare su questa zona il giorno 4 Luglio
2000, ha causato l’esondazione di due piccoli torrenti all’apice del conoide, trasportando a valle diverse
migliaia di metri cubi di materiale. Per questo evento
sono disponibili analisi meteorologiche, stime idrologiche e, in particolare, dettagliati rilevi post-evento
degli alvei e una ricostruzione cartografica della zona
alluvionata, utile per il processo di calibrazione.
247
Figure 4.2.2.C/1.2 The Cassinello Torrent, traces of the flow of 4 July 2000
left on the fan, seen looking downhill.
Figur 4.2.2.C/1.2 Bach Cassinello, mit den Materialablagerungen auf dem
Kegel nach dem Ereignis vom 4. Juli 2000 (Talabwärts).
Figura 4.2.2.C/1.2 T. Cassinello, tracce lasciate dalla colata del 4 luglio 2000
sul conoide, vista verso valle.
Figure 4.2.2.C/1.3 A house on the road surrounded and flooded by water
and debris, Cassinello Torrent, 4 July 2000.
Figur 4.2.2.C/1.3 Ein Familienhaus entlang der Kantonstrasse wurde vom
Wasser und Murablagerungen beschädigt. Bach Cassinello, 4. Juli 2000.
Figura 4.2.2.C/1.3 Casa lungo la strada cantonale circondata
e invasa da acqua e detriti, T. Cassinello, 4 Luglio 2000.
Figure 4.2.2.C/1.4 Incision of the main channel of the Cassinello Torrent in the area feeding the debris flow.
Figur 4.2.2.C/1.4 Tiefenerosion im Wildbachbett in der Murgangentstehungszone.
Figura 4.2.2.C/1.4 Incisione dell’alveo principale del T. Cassinello nella zona di alimentazione della colata detritica.
248
4.2.2.C/1.2 Activities
4.2.2.C/1.2 Aktivitäten
4.2.2.C/1.2 Attività
The activities carried out for the Project can be divided into two main groups. On the one hand there was
the analysis of all the existing documentation, and
surveys to verify the morphological and hydrological
information already available or gathered. This stage
enabled us to make an indicative evaluation of a
number of input parameters for the simulation model.
The second stage, carried out in parallel to the first,
was the implementation of the programme using
ESRI ArcGis 8.3© software.
The morphological survey of the torrents was performed by surveying the channels from the source to
the fan, paying attention to all the factors which could
contribute to a debris flow: the presence of loose,
transportable material in the channel and along the
banks, in direct contact with the channel itself, potential blockages, identification of morphological steps,
the presence of man-made constructions and the
assessment of their state of repair. These observations, along with the surveys carried out after the
event of July 2000, enabled us to identify the areas
with a high trigger potential, which represents important input information for the model.
According to the field survey work and with the application of formulae to calculate magnitude, three
debris flow event scenarios were defined (minimum
event, most probable event and extreme event).
In particular this involved the use of the formulae, well
described in the literature, of Tropeano et al. (1999),
D’Agostino et al. (1996) and Franzi et al. (2000). A
comparative analysis of the results of these formulae
(and others which proved to be less suitable) with the
volumes measured in the field enabled us to define
the three simulation scenarios for each torrent.
Although not necessarily required for the application
of the dfwalk model, a number of hydrological evaluations were made during the first stage of the Project.
Die im Rahmen dieses Interreg Projektes durchgeführten Aktivitäten können in zwei Phasen unterteilt
werden. Auf der einen Seite wurde die vorliegende
Dokumentation analysiert und mit neuen Daten die
geomorphologischen und hydrologischen Aspekte
verifiziert. Ziel dieser Phase war die Vorabschätzung
der Inputparameter für das Simulationsmodell. In der
zweiten Phase des Projektes, die teilweise parallel
mit der ersten geführt wurde, wurde der dfwalk-Code
in ESRI ArcGis 8.3© implementiert.
Für die morphologische Erhebung wurden die Bäche
flussaufwärts begangen, vom Kegel bis zur Quelle;
alle Faktoren, die zu der Entstehung eines Murgangs
beitragen können, wurden analysiert: Die
Verfügbarkeit von Schuttmaterial im Gerinne oder am
Hang, mögliche Verschlussstellen, morphologische
Besonderheiten, das Vorhandensein von Bauwerken
im Gerinne und ihr Unterhaltungsstand wurden festgestellt. All diese Informationen, zusammen mit den
Erhebungen erlaubten es, die möglichen
Entstehungszonen eines Murgangs zu identifizieren
und diese im Modell zu übernehmen.
Anhand der morphologischen Erhebung und durch
Literaturformeln wurden danach drei verschiedene
Murgangszenarien definiert (Minimalereignis, wahrscheinlichstes Ereignis und Extremereignis).
Es wurden die bewährten Formeln von Tropeano et
al. (1999), D’Agostino et al. (1996) und Franzi et al.
(2000) verwendet. Durch den Vergleich dieser
Formeln (und anderen weniger geeigneten Formeln)
und den im Feld bestimmten Volumen wurden für
jeden Bach die drei verschiedenen Referenzszenarien für die Simulationen festgelegt.
Während der ersten Projektesphase wurden auch
hydrologische Analysen und Abschätzungen durchgeführt, obwohl solche Informationen nicht direkt als
Input für dfwalk nötig sind.
Le attività svolte all’interno del Progetto possono
essere suddivise in due grandi fasi. Da una parte l’analisi di tutta la documentazione esistente e la verifica, tramite sopralluoghi, delle informazioni morfologiche e idrologiche già disponibili o raccolte. Questa
fase ha consentito di giungere ad una valutazione
indicativa di alcuni parametri di ingresso al modello di
simulazione. La seconda fase, svolta in parallelo alla
prima, ha comportato l’implementazione del programma all’interno di ESRI ArcGis 8.3©.
Il rilievo morfologico dei torrenti è stato effettuato percorrendo le aste fluviali dalla zona di sorgente fino al
conoide, ponendo attenzione a tutti i fattori predisponenti una colata detritica: la presenza di materiale
sciolto mobilizzabile in alveo o lungo i versanti a
diretto contatto con l’alveo stesso, la possibilità di
ostruzione dell’alveo, l’individuazione di gradini morfologici, la presenza di manufatti e la valutazione del
loro stato di manutenzione. Queste osservazioni,
accanto ai rilievi a seguito dell’evento del luglio 2000,
hanno consentito di individuare le zone con maggiore probabilità di innesco, che costituisce un’importante informazione di ingresso al modello.
Sulla base del rilievo di campo e tramite l’applicazione di formule di letteratura per il calcolo della magnitudo sono stati definiti tre scenari di evento di colata
detritica (evento minimo, evento più probabile ed
evento estremo).
In particolare si è fatto uso delle formule, ampiamente descritte in letteratura, di Tropeano et al. (1999), di
D’Agostino et al. (1996) e di Franzi et al. (2000).
Un’analisi comparativa dei risultati di queste formule
(e di altre rivelatesi meno adatte) con i volumi rilevati sul campo ha permesso di definire per ogni torrente i tre scenari di riferimento con cui condurre le
simulazioni.
Sebbene non necessariamente richieste per l’appli-
249
By analysing the heavy precipitations recorded in the
area, and using a flow regime/runoff model for the
event, it was possible to reconstruct the hydrological
response of the two catchments to a particularly
intense meteorological event.
By making considerations on the particle size of the
material available, and using simple balance equations, we created a plausible sediment hydrograph for
a debris flow and the total volume involved, which
was compared to the data obtained using the aforementioned magnitude formulae.
Important information for the simulation including the
location of all the infrastructures (roads, railways,
paths, etc.) and the main buildings on the fan. The
former usually represent preferred channels for the
flow, which can be integrated into the model, while
the latter, blocking the flow, influence the sedimentation process and the overall magnitude of the event.
The dfwalk model, as described by Gamma (1999),
was implemented directly in ESRI ArcGis 8.3©.
A number of modifications and additions to the original were made at the programming stage, which are
described in detail in the overall report of the
CatchRisk project.
The final stage of the Project was dedicated to testing the model and calibrating it on the various case
studies distributed throughout Canton Ticino. Below
we include a few details regarding the case study on
the Claro alluvial fan.
250
Die in der Region aufgezeichneten Extremereignisse
wurden durch ein Niederschlag-Abfluss Modell analysiert und damit das hydrologische Verhalten der
zwei Einzugsgebiete rekonstruiert.
Auf der Basis von bereits vorhandenen
Geschiebeanalysen wurde das Geschiebevolumen
eines Murgangs berechnet und anschliessend mit
dem aus den Formeln berechneten Volumen verglichen.
Die Lage der linearen Infrastrukturen (Autobahn,
Eisenbahn, Strassen, Wanderwege) und der wichtigsten Gebäude auf dem Kegel stellen auch wichtige
Hinweise zur Simulationsdurchführung dar. Die
ersten werden sehr oft von einem Murgang als bevorzugte Fliessrichtung gewählt, die zweiten spielen als
Hindernisse eine Kontrollfunktion bei der Ablagerung
und zur Bestimmung der Phänomenintensität.
Das Modell dfwalk, ursprünglich in Gamma (1999)
beschrieben, wurde als ESRI ArcGIS 8.3© Extension
implementiert.
Im Laufe der Programmierungsphase wurde die
Grundversion von Gamma teilweise angepasst und
weiterentwickelt, wie ausführlich im CatchRisk
Schlussbericht beschrieben wird.
In der letzten Projektsphase wurde das Modell mit
historischen Murgangereignissen im Kanton Tessin
getestet und geeicht. Im folgenden wird im Detail das
Testgebiet der Gemeinde Claro dargestellt.
cazione del modello dfwalk, si è provveduto durante
la prima fase del Progetto ad alcune valutazioni idrologiche. Da un’analisi delle precipitazioni intense
registrate nella regione e utilizzando un modello
afflussi-deflussi a scala di evento è stato possibile
costruire la risposta idrologica dei due bacini ad un
evento meteorico particolarmente intenso.
Tramite considerazioni sulla granulometria del materiale disponibile e avvalendosi di semplici equazioni
di bilancio è stato determinato un idrogramma solido
plausibile per una colata detritica e il suo volume
complessivo, che è stato sufficientemente confrontato con i valori ottenuti tramite le formule di magnitudo
prima ricordate.
Informazioni importanti per la simulazione sono costituite dalla localizzazione di tutte le infrastrutture (strade, ferrovie, sentieri, …) e dei principali edifici
costruiti sul conoide. I primi rappresentano solitamente delle vie preferenziali di flusso, che possono
essere considerate all’interno del modello; i secondi,
ostruendo la traiettoria delle colate, ne influenzano il
processo di sedimentazione e l’intensità complessiva
del fenomeno.
Il modello dfwalk, come descritto da Gamma (1999),
è stato implementato direttamente all’interno di ESRI
ArcGis 8.3©.
Nel corso della fase di programmazione sono state
introdotte alcune modifiche e complementi alla versione originale, descritte in dettaglio nel rapporto
complessivo del Progetto CatchRisk.
La fase terminale del Progetto è stata dedicata alla
fase di test del modello e alla sua calibrazione su
diversi casi di studio, distribuiti sul territorio del
Cantone Ticino. Nel seguito sono presentati alcuni
dettagli relativi al caso di studio del conoide alluvionale di Claro.
Figure 4.2.2.C/1.5 Outline of the areas flooded by the debris flow during the event of
4 July 2000. In dark brown, the areas with substantial mass transport and deposit of
sediment, in light brown those affected by the transport of water and mud.
Figur 4.2.2.C/1.5 Ereignis vom 4. Juli 2000: Abgrenzung der vom Murgang betroffenen Zonen. Dunkelbraun: Zone mit Geschiebetransport und Ablagerung;
Hellbraun: Nur mit Wasser und feinem Material überschwemmte Zone.
Figura 4.2.2.C/1.5 Delimitazione delle zone invase dalla colata detritica, evento del 4
Luglio 2000. In marrone scuro le zone con forte trasporto di massa e deposizione di
sedimenti, in marrone chiaro quelle interessate da trasporto di acqua e fango.
Figure 4.2.2.C/1.6 Reconstruction of the flooded area using the dfwalk model. The darker areas are more likely to be hit by the flow, the lighter areas are less likely to be hit.
Figur 4.2.2.C/1.6 Mit dfwalk simuliertes Überschwemmungsgebiet des Murgangs.
Die dunklen Rasterzellen werden mit höher Wahrscheinlichkeit vom Murgang
durchfahren, die hellen Rasterzellen weisen eine kleinere Wahrscheinlichkeit auf.
Figura 4.2.2.C/1.6 Ricostruzione della zona di invasione tramite il modello dfwalk.
Le zone più in scuro presentano un’elevata probabilità di essere attraversate dalla
colata, quelle in chiaro hanno probabilità minore.
Table 4.2.2.C/1.2 Scenarios of reference to define levels of hazard, obtained by applying magnitude formulae and carrying out field surveys.
Tabelle. 4.2.2.C./1.2 Verwendete Referenzszenarien zur Definition der Gefahrenzonen, ermittelt durch die Anwendung von Literaturformeln und Feldbegehungen.
Tabella. 4.2.2.C./1.2 – Scenari di riferimento per la definizione del grado di pericolo, ottenuti tramite l’applicazione di formule di magnitudo e rilievi di campo.
Mmin
Maverage
Mmax
Magnitudo minima [m3]
Magnitudo media [m3]
Magnitudo massima [m3]
5.000
12.000 – 14.000
18.000
Formula Tropeano & Turconi (1999)
Evento 4 luglio 2000
Evento max. Formula Bianco & Franzi (2000)
251
4.2.2.C/1.3 Results
4.2.2.C/1.3 Ergebnisse
4.2.2.C/1.3 Risultati
In the case of the Cassinello Torrent one of the three
scenarios identified corresponds to the volume of
material deposited on the fan following the event of 4
July 2000. Thanks to a detailed survey of flooded
areas it was possible to compare the results of the
model with what actually occurred. On the orographic right, mainly within the original channel, the highest speeds were simulated, as well as to the left of
the fan, where the flow opened up another route. At
the main road, it can be observed that the model is
able to simulate movement down this preferred channel, which was effectively flooded by the flow.
Eine der definierten Szenarien für den Bach
Cassinello entspricht dem Geschiebevolumen, das
am 4. Juli 2000 auf dem Kegel abgelagert wurde.
Dank der detaillierte Feldaufnahme, die nach dem
Ereignis durchgeführt wurde, konnten die
Modellergebnisse bewertet werden. Am rechten
Bachufer und im Fliessgerinne werden vom Modell
die höchsten Geschwindigkeiten berechnet; auch auf
dem linken Ufer, wo eine Ausuferungsmöglichkeit
besteht, kann der Murgang den Kegel mit Wasser
und Sedimenten überschwemmen.
Auf der Figur ist ersichtlich, dass das Modell in der
Lage ist, die Rolle der Kantonstrasse als bevorzugte
Fliessrichtung des Murgangs zu simulieren.
Die räumliche Verteilung der Ablagerungshöhe entspricht der Anzahl random walks und den maximalen
Geschwindigkeiten, Im Allgemeinen wurde durch die
Simulation gezeigt, dass das Geschiebevolumen
nach dem Ereignis (14.000 m3) unterschätzt wurde,
weil dieses Inputvolumen zu einer Unterschätzung
der Sedimenthöhe auf dem Kegel führt.
Nel caso del T. Cassinello, uno dei tre scenari individuati corrisponde alla volumetria di materiale depositato in conoide a seguito dell’evento del 4 Luglio
2000. Grazie alla disponibilità di un rilievo di dettaglio
delle zone alluvionate è stato possibile confrontare i
risultati del modello con quanto verificatosi in realtà.
In destra orografica, principalmente all’interno dell’alveo originario, vengono simulate le velocità più elevate; anche sulla sinistra del conoide, dove la colata
si è aperta una seconda via. È possibile osservare
come il modello, una volta raggiunta la strada cantonale, sia in grado di simulare il moto lunga questa via
preferenziale, che è stata effettivamente invasa dalla
colata.
La distribuzione delle altezze di deposizione ricalca
la struttura descritta per le probabilità di attraversamento delle celle e per le velocità massime, mentre
in termini complessivi si è osservato come il materiale stimato sul conoide (circa 14.000 m3) non sia sufficiente al modello per rendere conto dei depositi
osservati in realtà. È pertanto verosimile che durante
i sopralluoghi post-evento la magnitudo effettiva dell’evento sia stata sottostimata.
The distribution of deposit heights reflects the structure described with regards to the probability of flooding for the cells and for maximum speeds, while overall it was noted that the estimated amount of material deposited on the fan (around 14.000 m3), was not
enough for the model to take the observed deposits
into account. It is however feasible that the effective
magnitude of the event was underestimated during
post-event surveys.
252
Figure 4.2.2.C/1.7 Intensity-frequency diagram used to determine hazard levels
according to BUWAL directives.
Figur 4.2.2.C/1.7 Intensitäts-Frequenz Diagramm zur Bestimmung des
Gefahrenniveaus gemäss BUWAL-Richtlinien.
Figura 4.2.2.C/1.7 Diagramma intensità-frequenza per la determinazione del grado
di pericolo secondo le direttive BUWAL.
Figure 4.2.2.C/1.8 Map of simulated deposit heights, Cassinello Torrent,
reconstruction of the event of 4 July 2000.
Figur 4.2.2.C/1.8 Murgangereignis vom 4. Juli 2000: Karte der simulierten
Ablagerungen des Baches Cassinello.
Figura 4.2.2.C/1.8 Carta delle altezze di deposito simulate, T. Cassinello,
ricostruzione dell’evento del 4 Luglio 2000.
Table 4.2.2.C/1.3 Main calibration parameters for the dfwalk model and indicative figures used for the simulation.
Tabelle 4.2.2.C/1.3 Wichtigste Eichungsparameter des Modells dfwalk und entsprechende Referenzwerte für die durchgeführten Simulation.
Tabella 4.2.2.C/1.3 Principali parametri di calibrazione del modello dfwalk e valori indicativi utilizzati per la simulazione.
qPG
µ
M/D
a
Dv,max
Db,max
Pendenza media per la determinazione del raggio di azione massimo
Parametro di resistenza al moto
Mass-to-Drag parameter
Esponente di espansione
Deposito massimo consentito per velocità nulla per ogni random walk
Deposito massimo consentito per pendenza nulla per ogni random walk
0.1 [-]
0.01 [-]
70 [-]
2.5 [-]
1.5 [m]
1.5 [m]
253
4.2.2.C/1.4 Conclusions
4.2.2.C/1.4 Schlussfolgerungen
4.2.2.C/1.4 Conclusioni
In view of the uncertain nature of the processes
which cause a debris flow, the procedure involved in
identifying hazard zones is subject to an inevitable
lack of precision. It is also opportune to remember
that the availability of probabilistic information represents an indispensable tool for planning and decision-making on every level (BUWAL, 1999; Figure
4.2.2.C/1.7).
Also for this reason, in the context of planning, where
the main focus is on dividing the area into different
levels of predicted hazard, the more simplified models, which use an empirical/experimental approach to
describe trigger conditions and the physical characteristics of the flow, and a statistical approach to
determine the areas of the fan subject to depositing,
are undoubtedly appropriate.
With particular regard to the dfwalk model, the results
obtained in Canton Ticino are undoubtedly promising, though it is necessary to apply the model once
more to obtain more information regarding calibration
parameters and the sensitivity of the process being
studied.
Da die verschiedenen Phänomene, die einen
Murgang auslösen können, als Zufallsprozesse
betrachtet werden können, leidet das Verfahren zur
Gefahrenzonierung
an
Unsicherheiten
und
Ungenauigkeiten. Des Weiteren wird darauf hingewiesen, dass gemäss BUWAL-Richtlinien (BUWAL, 1999;
Figur 4.2.2.C/1.7) bei der Landnutzungsplanung die
Information über die Wahrscheinlichkeit eines
Ereignisses oder Prozesses vorhanden sein sollten.
Deshalb sind in der Planungsphase, bei der einem
Gebiet eine bestimmte Nutzung aufgrund einer bestehenden Gefahrensituation zugeordnet wird, vereinfachte Simulationsmodelle zur Gefahrenbestimmung
zu bevorzugen. In der Tat werden einerseits die auslösenden Prozesse und die Murgangeigenschaften
durch empirische Annahmen beschrieben und andererseits das betroffenen Gebiet auf dem Kegel mittels
statistischer Verfahren simuliert.
Was die Anwendung des Modells dfwalk anbelangt,
sind die ersten Ergebnisse im Kanton Tessin viel versprechend. Trotzdem ist die breitere Anwendung des
Modells auf historische Ereignisse erforderlich, um
Informationen über die Kalibrierung und die
Sensitivität der Parameter zu gewinnen.
Considerata la caratteristica di aleatorietà propria dei
processi che inducono un flusso di detrito, la procedura di identificazione delle zone di pericolo è soggetta ad un inevitabile grado di imprecisione. È inoltre opportuno ricordare come la disponibilità di informazione in termini probabilistici rappresenta uno
strumento indispensabile nell’attività pianificatoria e
decisionale ad ogni livello (BUWAL, 1999; Figura
4.2.2.C/1.7)
Anche per questa ragione, in un contesto di pianificazione, dove l’interesse è principalmente rivolto alla
suddivisione del territorio in funzione dei diversi livelli di pericolosità attesa, i modelli più semplificati, che
accanto ad un approccio empirico-sperimentale nella
descrizione delle condizioni di innesco e delle caratteristiche fisiche del moto fanno uso di un approccio
statistico per la determinazione dell’area soggetta a
deposizione sul conoide, si rivelano senz’altro appropriati.
In particolare per quanto riguarda l’applicazione del
modello dfwalk, i risultati ottenuti in Cantone Ticino
sono senz’altro promettenti; tuttavia è necessaria
un’ulteriore applicazione del modello per ottenere
maggiori informazioni in merito ai parametri di calibrazione e alla sensitività del processo in esame.
254
5. Fluvial processes and related effects
5. Flussprozesse und ihre Wirkungen
5. Processi fluviali e relativi effetti
Watercourses are the main agents in the creation of
alluvial plains and valley floors. In view of this it is
obvious that there will always be areas affected by
peak flow events and the use of these areas necessarily exposes people and property to the risk of
flooding. It is therefore important to identify and outline these areas, with a view to ensuring suitable land
use and protecting the population (§ 5.1.2.A/1).
In order to protect people and property, and to ensure
the correct use of water resources, it is also important to define the return period for events. Estimating
the probability of peak flows is relatively easy in
catchments for which there is plenty of historic data
available, but entails a degree of uncertainty for
catchments without measuring equipment (§
5.1.2.B/1).
Moreover, in view of the fact that even a seemingly
slight variation in the river environment can have considerable repercussions on the human system, in
terms of loss of human life and damage to buildings
and road infrastructures, it can prove fundamental to
characterise the area in question as regards certain
risk scenarios, in terms of the criticality or efficiency
of the elements it is composed of (§ 5.2.2.A/1).
Die Wasserläufe gehören zu den wichtigsten
Ursachen der Bildung von Überschwemmungsflächen und Talböden. Angesichts dieser Tatsache ist es
unvermeidlich, dass solche Gebiete und ihre
Bewohner immer von Überschwemmungen betroffen
sein werden. Die Lokalisierung und Eingrenzung von
solchen Gebieten ist daher wichtig sowohl für die
Wahl der richtigen Bodennutzung, als auch für die
Sicherheit der Menschen (§ 5.1.2.A/1).
Genauso wichtig für den Schutz von Menschen und
Sachwerten sowie die Nutzung der Wasserreserven
ist die Bestimmung der Wiederkehr der Ereignisse.
Die Schätzung der Wahrscheinlichkeit von
Hochwasser ist relativ einfach in solchen Becken, für
die es weit zurückreichende Daten gibt. Becken ohne
Messvorrichtungen
dagegen
bringen
viele
Unsicherheiten mit sich (§ 5.1.2.B/1).
Sobald eine – auch scheinbar unbedeutende – Änderung der Umgebung der Flussumgebung vorgenommen wird, kann es zu bedeutenden Auswirkungen
auf das anthropische System mit Gefährdung von
Menschenleben, Gebäude- und Straßenschäden
kommen. Es ist wichtig, dass das zu schützende
Gelände im Hinblick auf bestimmte Risikoszenarien
nach Anfälligkeit oder der Effizienz seiner Elemente
beschrieben wird (§ 5.2.2.A/1).
I corsi d’acqua sono tra i principali fautori della genesi delle pianure alluvionali e dei fondovalle. Partendo
da questa premessa, appare ovvio affermare che ci
saranno sempre zone soggette al passaggio delle
piene e che l’uso di tali zone non può che esporre
persone e cose al rischio di inondazioni.
L’individuazione e delimitazione delle aree esposte è
pertanto importante per quanto riguarda sia le corrette scelte di uso del territorio, sia la salvaguardia
delle persone (§ 5.1.2.A/1).
Altrettanto importante per la tutela dei beni e delle
attività umane e per il corretto utilizzo delle risorse
idriche è la definizione del periodo di ritorno che
caratterizza gli eventi. La stima della probabilità di
occorrenza delle piene è relativamente agevole in
bacini per i quali si dispone di ampie serie storiche di
dati, mentre comporta incertezze per i bacini privi di
strumentazione di misura (§ 5.1.2.B/1).
Inoltre, dal momento che una variazione anche poco
rilevante dell’ambiente fluviale può indurre notevoli
ripercussioni sul sistema antropico in termini di perdita di vite umane, danni ad edificati e alla rete stradale, può essere importante, in relazione a determinati scenari di rischio, caratterizzare il territorio da
tutelare in termini di criticità oppure di efficienza degli
elementi da cui è costituito (§ 5.2.2.A/1).
FLUVIAL PROCESSES AND RELATED EFFECTS
255
5.1. Fluvial processes
5.1. Flussprozesse
5.1. Processi fluviali
As highlighted in the literature, peak flows run into
two morphological environments: watercourses and
floodplains (Luino et al., 1993).
The former, which can be classified according to the
route of the runoff channel(s), is where the most violent hydrodynamic processes occur. The area occupied by the watercourse(s) and deposit-based formations caused by peak flows is commonly known as
the channel, which can be separated into a low discharge area, the level always occupied by flow, and a
high discharge area, occupied during peak flow conditions. From the morphological point of view the
channel is a strip, generally limited by banks, which is
carved out by the passing of peak flow surges.
Floodplains are generally the site of flooding caused
by peak flows which occur at a frequency varying
from decades to centuries. In this area runoff is conditioned by abandoned river formations, which may
be topographically remodelled or buried, but which
can be recognised by particle size and/or sediment
content. In this environment a second, no less important conditioning factor is represented by the manmade constructions present (§ 5.1.2.A/1).
The need for information on the probability of exceptional peak flows, or at the other extreme, minimum
flow regimes, in view of protection of water resources
in areas at risk of drought, has led the Styria Region
(A) to develop a probabilistic model to predict the
return period of extreme runoff expected in noninstrumented catchments, starting with the analysis
of substantial amounts of historic data regarding
catchments in the area (§ 5.1.2.B/1).
Wie in der Literatur dargestellt, fließen Hochwasser
von Flüssen in zwei verschiedene morphologische
Umgebungen ab: in Kanäle oder in Überflutungsflächen (Luino et al., 1993).
Abflusskanäle können nach einem planimetrischen
Modell eingeteilt werden. Im Fall von Kanälen treten die
heftigsten hydrodynamischen Prozesse auf. Der
Streifen, der vom Kanal bedeckt wird, und die zu den
Überschwemmungen gehörenden Ablagerungsgebiete
an den Seiten werden als Flussbett bezeichnet, dabei
ist das Niedrigwasser- vom Hochwasserflussbett zu
unterscheiden. Das Niedrigwasserflussbett ist immer
von Wasser bedeckt, das Hochwasserflussbett nur bei
Überschwemmungen. Aus morphologischer Sicht entspricht das Flussbett einem Streifen, der rechts und
links meistens von Ufern begrenzt wird. Dieser Streifen
ist das Ergebnis des Vorbeifließens von Hochwasser mit
höchster Energie.
In den Überflutungsflächen treten in der Regel Überschwemmungen mit Frequenzen von 10 bis 100
Jahren auf. In diesem Bereich werden die Abflüsse
von ehemaligen, auch topografisch veränderten oder
verschütteten Flussläufen bestimmt, die sich aber
granulometrisch oder sedimentologisch noch erkennen lassen. In einer solchen Umgebung stellen die
anthropischen Eingriffe einen zweiten, aber nicht
weniger wichtigen Faktor für die Beeinflussung des
Geländes dar (§ 5.1.2.A/1).
Der Informationsbedarf über die Wahrscheinlichkeit von
außergewöhnlichem Hochwasser oder, auf der anderen
Seite, Mindestabflüssen zur Sicherung der
Wasserversorgung und zur Vorbeugung von
Trockenheit hat das österreichische Bundesland
Steiermark dazu angeregt, im Rahmen dieses Projekts
ein Modell zur Berechnung der Wahrscheinlichkeit der
Wiederkehr von solchen Extremereignissen für die nicht
mit Messinstrumenten versehenen Becken zu entwikkeln. Grundlage sind die weit reichenden Analysen von
historischen Messdaten aus Becken, die zum selben
geografischen Kontext gehören (§ 5.1.2.B/1).
Come evidenziato in letteratura, le piene fluviali
defluiscono in due ambienti morfologici: i canali e la
piana alluvionale (Luino et al., 1993).
Nel primo ambiente, classificabile in base al modello
planimetrico del/i canale/i di deflusso, si esplicano i
processi idrodinamici più violenti. La fascia occupata
dal/i canale/i e dalle forme deposizionali che si sviluppano al passaggio delle piene viene indicata
comunemente con il termine alveo, che si distingue
in alveo di magra, sempre occupato dai deflussi e
alveo di piena, che viene occupato dai deflussi solo
durante le piene. Dal punto di vista morfologico l’alveo corrisponde ad una fascia, generalmente delimitata da sponde, che rappresenta il risultato del passaggio della parte dell’onda di piena a maggiore
energia.
Il secondo ambiente è generalmente sede di fenomeni di inondazione indotti dalle piene a frequenza
da decennale a secolare. In quest’area i deflussi
sono condizionati dalle forme fluviali abbandonate,
anche topograficamente rimodellate o sepolte, ma
riconoscibili dal punto di vista granulometrico e/o
sedimentologico; in tale ambiente un secondo e non
meno importante fattore di condizionamento è rappresentato dagli interventi antropici realizzati (§
5.1.2.A/1).
La necessità di avere informazioni sulla probabilità
che si verifichino piene eccezionali o, all’estremo
opposto, minimi di deflusso per la salvaguardia delle
risorse idriche in zone esposte a rischio di siccità, ha
condotto la Regione Stiria (A) a sviluppare nell’ambito del presente Progetto un modello probabilistico
per la previsione del periodo di ritorno dei valori
estremi di deflusso attesi in bacini non strumentati, a
partire dall’analisi di ampie serie storiche di dati relativi a bacini appartenenti al medesimo contesto geografico (§ 5.1.2.B/1).
256
FLUVIAL PROCESSES
The study of river environments from the morphological and hydrological points of view is aimed at identifying areas affected by peak flows. In general the
study of flood risk focuses on the following subjects:
areas affected by peak flow runoff, how the terrain
responds to peak flows, and the frequency that a
given area can be affected by peak flows.
Morphological analysis can help respond to where
and how (Maraga et al., 1996), but in order to know
when it is necessary to use a hydrological/hydraulic
model.
Among the cases with an integrated approach presented in the literature, one significant example is the
programme Floodaware - Prevention and forecast of
flood (2000), which aims to offer a predictive model
for peak flows and organise an operative centre for
warnings. In more detail, it focuses on creating a specific map of flood risk and the relative scenarios
based on a multidisciplinary approach which combines information from geomorphologic and hydraulic
analyses. In the context of this programme a realtime warning system has been set up in Piedmont
(Anselmo et al., 2000), based on the integration of
historic data, geomorphologic studies and hydraulic
studies, with three operative phases:
• analysis of peak flow events with the aim of reconstructing flooded areas, runoff processes and their
effects;
• morphological analysis of the channel, its development over the last century and the physiographic characteristics of the area outside the
channel which condition the dynamics of the peak
flow;
• evaluation of runoff areas and unobstructed
bridge spans for peak flows with return periods of
20 and 200 years, carried out by creating hydraulic
sections.
Die Untersuchung von Flussumgebungen aus morphologischer und hydraulischer Sicht hat das Ziel,
die Gebiete auszumachen, die von Hochwasser
betroffen sind. Im Allgemeinen liefern solche
Untersuchungen Antworten auf die Fragen, wo die
Hochwasser herlaufen, wie das Gebiet auf das
Hochwasser reagiert und wie häufig eine bestimmte
Zone vom Hochwasser betroffen wird. Die morphologische Analyse kann dazu beitragen, die Fragen
nach dem Wo und Wie zu beantworten (Maraga et
al., 1996), aber um die Frage nach dem Wann zu
lösen, muss ein hydrologisch-hydraulisches Modell
entworfen werden.
Unter den in der Literatur beschriebenen Fällen, bei
denen zwei integrierte Ansätze verwendet worden
sind, ist das Programm Floodaware - Prevention and
forecast of flood (2000) besonders bedeunted. Es
zielt auf die Erstellung eines Vorhersagemodells für
Hochwasser und auf die Schaffung einer Zentrale für
die Frühwarnung ab. Vor allem wurde dabei eine
besondere Kartografie für das Überschwemmungsrisiko und die entsprechenden Szenarien auf der
Grundlage eines multidisziplinären Zugangs erarbeitet, bei der Informationen zur geomorphologischen
und hydraulischen Analyse kombiniert wurden. Im
Rahmen dieses Programms wurde in Piemont ein
Echtzeit-Warnsystem entwickelt (Anselmo et al.,
2000), das auf der Integration historischer Daten,
geomorphologischer und hydraulischer Analysen
basiert und drei Phasen umfasst:
• Analyse der wichtigsten Hochwasser-Ereignisse
mit dem Ziel, die überschwemmten Gebiete, die
Abflüsse und ihre Auswirkungen zu rekonstruieren
• morphologische Analyse des Flussbettes, seiner
Entwicklungstendenzen
im
vergangenen
Jahrhundert und der physiografischen Merkmale
des außerhalb des Flussbettes gelegenen
Lo studio degli ambienti fluviali dal punto di vista morfologico e idraulico è finalizzato all’individuazione
delle zone ancora soggette al passaggio delle piene.
In genere gli studi dell’inondabilità tendono a rispondere a: dove transitano i deflussi di piena, come
risponde il territorio alla piena e con quale frequenza
una determinata zona potrà essere interessata dal
passaggio delle piene. L’analisi morfologica può contribuire a risolvere il dove e il come (Maraga et al.,
1996), ma per conoscere il quando è necessario
ricorrere ad un modello idrologico/idraulico.
In letteratura, tra i casi in cui i due approcci sono integrati, è significativo quello rappresentato dal
Programma Floodaware - Prevention and forecast of
flood (2000), mirato alla definizione di un modello di
previsione delle piene e all’organizzazione di un centro operativo per il loro preannuncio. In modo particolare è stata elaborata una specifica cartografia del
rischio di inondazione e dei relativi scenari, sulla
base di un approccio multidisciplinare che ha combinato informazioni relative all’analisi geomorfologica e
idraulica. Nell’ambito del Programma è stato sviluppato in Piemonte un sistema di allertamento in tempo
reale (Anselmo et al., 2000), basato sull’integrazione
di dati storici, analisi geomorfologica e analisi idraulica, attraverso tre fasi operative:
• analisi dei principali eventi di piena con l’obiettivo
di ricostruire le aree inondate, i processi di deflusso e i relativi effetti;
• analisi morfologica dell’alveo, della sua tendenza
evolutiva nell’ultimo secolo e dei caratteri
fisiografici dell’area esterna all’alveo che condizionano la dinamica delle piene;
• valutazione riferita a piene con tempo di ritorno di
20 e 200 anni della sezione libera di deflusso e
della luce libera dei ponti mediante la realizzazione di sezioni idrauliche.
FLUVIAL PROCESSES
257
To complete the analysis of flood risk, the constructions at risk of being flooded are also identified.
258
Gebietes, durch die die Dynamik der Hochwasser
beeinflusst wird
• Bewertung des freien Abflussschnittes und der
Freiräume unter Brücken mit Bezug auf
Hochwasser mit einer Frequenz von 20 bis 200
Jahren über hydraulische Schnitte
Zur Vervollständigung der Analysen über die Überschwemmbarkeit wurden die Bauwerke bestimmt,
die von der Hochwassergefahr betroffen sind.
FLUVIAL PROCESSES
A completamento delle analisi sull’inondabilità, sono
state individuate le opere a rischio di inondazione.
5.1.2.A Morphological diagnosis for flood prone
areas analysis
5.1.2.A Morphologische Diagnose für Analysen
zur Überflutbarkeit
5.1.2.A Diagnosi morfologica per analisi di inondabilità
While numerical calculations contribute to the significance of the results of studies on the flooding of
watercourses, it is necessary to dedicate extreme
care to geomorphologic and morphometrical characterisation and the historic evolution of the river system being studied. This stage guides the subsequent
stages and represents both a support for and verification of work carried out.
The identification of areas at risk of flooding is important
to protect the population and ensure correct land use.
Auch wenn die numerische Berechnung dazu beiträgt,
dem Ergebnis der Studien zu den Erscheinungen im
Zusammenhang mit dem Überfließen eines
Wasserlaufs eine gewisse Signifikanz zu verleihen,
muss der geomorphologischen, morphometrischen und
historischen Charakterisierung des untersuchten
Flusssystems die größte Sorgfalt beigemessen werden.
Diese Phase bestimmt den Verlauf der folgenden
Analysen, unterstützt sie und ermöglicht deren Prüfung.
Die Bestimmung der überschwemmbaren Gebiete ist
wichtig für den Schutz von Menschenleben und die
korrekte Auswahl der Bodennutzung.
Sebbene il calcolo numerico contribuisca a dare
significatività al risultato degli studi inerenti i fenomeni di esondazione di un corso d’acqua, è necessario
dedicare la massima cura alla caratterizzazione geomorfologica, morfometrica e di evoluzione storica del
sistema fluviale in studio. Tale fase infatti pilota le
analisi successive e ne costituisce contemporaneamente il supporto ed il momento di verifica.
L’individuazione delle aree potenzialmente inondabili
è importante per la salvaguardia delle persone e per
le corrette scelte di uso del territorio.
Definition
Die Methode der morphologischen Diagnose ist auf
die Bestimmung der Gebiete gerichtet, die möglicherweise von Überschwemmungen betroffen werden
könnten, sowie deren Einteilung in Klassen nach der
relativen Wahrscheinlichkeit solcher Ereignisse. Die
aktuelle und historische morphologische Anordnung
des Wasserlaufs muss dabei berücksichtigt werden.
Definizione
Il metodo della diagnosi morfologica è orientato all’individuazione delle aree potenzialmente soggette a
inondazione e alla loro caratterizzazione in classi di
probabilità relativa, valutando l’assetto morfologico
attuale e passato del corso d’acqua.
Definition
The morphological diagnosis method aims to identify
areas potentially at risk of flooding, and characterise
these into categories of relative probability, evaluating the present and past morphological aspect of the
watercourse.
Aims
The aims of the method are:
• to classify the area according to level of flood risk,
by characterising the deposits which are typical of
river environments and analysing their variation
over time;
• to identify areas at risk of erosion and stretches of
the watercourse with a) stable channel bed, b)
deepening bed, c) rising bed.
Potential
If carried out before the hydraulic analysis, this
method provides a precise outline of areas potentially affected by peak flows and enables lengthwise and
crosswise topographical sections of the watercourse
to be identified.
Ziel
Die Methode hat folgende Ziele:
• Einteilung des Gebietes nach seiner Neigung zu
Überschwemmungen über die Beschreibung der
typischen Ablagerungsformen von Flussgebieten
und der Analyse ihrer Entwicklung im Lauf der Zeit.
• Bestimmung von Zonen, die Erosion ausgesetzt
sind und Abschnitten von Wasserläufen mit a) ebenem, b) abfallendem, und c) ansteigendem Grund
Potentialität
Wenn die Methode vor den hydraulischen Analysen
durchgeführt wird, ermöglicht sie eine präzise
Eingrenzung der möglicherweise von Überschwemmungen betroffenen Gebiete und eine vernünftige
FLUVIAL PROCESSES
Finalità
Le finalità del metodo sono:
• classificare il territorio in funzione della propensione all’inondabilità, attraverso la caratterizzazione
delle forme deposizionali tipiche degli ambienti fluviali e all’analisi della loro variazione nel tempo;
• individuare le zone soggette ad erosione ed i tratti di corso d’acqua con fondo: a) stabile, b) in
abbassamento e c) in innalzamento.
Potenzialità
Se condotto prima di analisi idrauliche, il metodo
porta ad una precisa delimitazione delle aree potenzialmente interessate dalle piene e permette di ubicare in modo ragionato le sezioni topografiche longi259
The method enables us to carry out a flood risk
analysis, even where there is no flow data, which is
indispensable for hydraulic models.
It requires a small number of highly specialised professionals, and the standard equipment for carrying
out geomorphologic analyses.
Limits
The soundness of results is strongly conditioned by
the data available (cartography and aerial photography).
If applied to plains areas to study single channel
meandering watercourses, the method only partially
identifies areas which may be flooded.
The method does not provide a flood risk map for
given return periods.
Activities
• Morphological survey using photo-interpretation
and field surveys.
• Mapping of results.
Expected products
• Numeric morphological maps referring to different
periods: a current morphological map and a map
summarising inherently floodable areas.
• Quantitative morphometric indexes.
• Descriptions of the main morphological characteristics of the watercourse.
• Map of the developmental trends of the watercourse deduced from processing the information
created.
Geologists who are experts on river geomorphology,
with experience of photo-interpretation.
Ortsbestimmung der topografischen Längs- und
Querschnitte des Wasserlaufs.
Die Methode erlaubt die Durchführung von Analysen zur
möglichen Überschwemmung auch dann, wenn keine
Daten über die Durchflussmengen vorhanden sind, die
sonst für hydraulische Modelle unverzichtbar sind.
Es sind nur wenige hoch spezialisierte Mitarbeiter
erforderlich, sowie die Standardausrüstung für geomorphologische Analysen.
Grenzen
Die Qualität der Ergebnisse hängt in starkem Maß von
den verfügbaren Daten ab (Karten und Luftbilder).
Wenn die Methode im Flachland zur Untersuchung
von einarmigen Wasserläufen mit Mäandern verwendet wird, können die Überflutungsgebiete nur teilweise erkannt werden.
Die Methode liefert keine Karte der Überflutbarkeit
nach vordefinierten Wiederkehrzeiten.
Aktivitäten
• Morphologische Vermessung über Analysen von
Fotomaterial und Geländevermessung.
• Erstellung von Übersichtskarten.
Erwartete Produkte
• Numerische morphologische Karten, die sich auf
verschiedene Zeitabschnitte beziehen: aktuelle
morphologische Karte und Übersichtskarte der
grundsätzlich überflutbaren Gebiete.
• Quantitative morphometrische Indizes.
• Beschreibende Datenblätter nach homogenen
Abschnitten der wichtigsten morphologischen
Eigenschaften des Wasserlaufs.
• Karte
der
Entwicklungstendenzen
des
Wasserlaufs, die sich aus der Verarbeitung der
angefallenen Informationen ableiten.
Geologen, die die Geomorphologie von Flüssen kennen und Erfahrung bei der Auswertung von
Fotomaterial haben.
260
tudinali e trasversali al corso d’acqua.
Il metodo consente di effettuare analisi di inondabilità anche in mancanza di dati sulle portate, indispensabili per i modelli idraulici.
È richiesto un numero limitato di figure professionali
ad alta specializzazione e la strumentazione standard per le analisi geomorfologiche.
Limiti
La bontà dei risultati è fortemente condizionata dalle
basi dati disponibili (cartografie e riprese aeree).
Se applicato in pianura per lo studio di corsi d’acqua
di tipo monocursale-meandriforme, il metodo permette di riconoscere solo parzialmente le aree ancora
inondabili.
Il metodo non fornisce una carta dell’inondabilità per
tempi di ritorno definiti.
Attività
• Rilevamento morfologico mediante analisi fotointerpretativa e rilievi di terreno.
• Redazione di cartografie di sintesi.
Prodotti attesi
• Carte morfologiche numeriche riferite a differenti
periodi: carta morfologica attuale e carta di sintesi
delle zone geneticamente inondabili.
• Indici morfometrici quantitativi.
• Schede descrittive per tratto omogeneo delle principali caratteristiche morfologiche del corso d’acqua.
• Carta delle tendenze evolutive del corso d’acqua
dedotta dall’elaborazione delle informazioni
prodotte.
Geologi esperti in geomorfologia fluviale con buona
capacità di fotointerpretazione.
§ 5.1.2.A/1 Morphological diagnosis for flood prone areas analysis
ARPA PIEMONTE
Italy (Piemonte)
Village - Ort - Riferimento amministrativo
Vercelli
Sesia
Stream - Fluß - Corso d’acqua
Sesia
Figure 5.1.2.A/1.1 Location of the Alpine
catchment of the di Sesia river.
Figur 5.1.2.A/1.1 Lage des Alpenbeckens des Sesia.
Figura 5.1.2.A/1.1 Ubicazione del bacino alpino
di del F. Sesia.
Figureure 5.1.2.A/1.2 A stretch of the Sesia river which
was studied (points of elevation in m, are shown in red).
Figur 5.1.2.A/1.2 Untersuchter Abschnitt des Sesia
(in rot die gemessenen Punkte in m).
Figuraure 5.1.2.A/1.2 Tratto del F. Sesia, oggetto dello studio
(in rosso i punti quotati, in m).
FLUVIAL PROCESSES
261
Morphological diagnosis for flood prone areas analysis
The sample area was chosen because it complements that of the Floodaware Project (§ 5.1.1), in so
far as for the stretch in consideration the maximum
peak flow recorded dates back to 1948 and there are
no maps for flooding for peak flows with centennial
return periods which can be used as flood risk maps
for extreme events.
The preliminary tasks regarded research into bibliographical sources, cartography and the aerial photographs available. The cartography and aerial photographs used were the following: the maps of the
Istituto Geografico Militare Italiano on a scale of
1:25.000 created from 1885-1906 and the aerial photographs (4 series) taken between 1954 and 2000.
Particular attention was devoted to photographs
taken after peak flow events. When choosing aerial
photography to use it is opportune to select low altitude flights without elements which hinder photointerpretation such as thick vegetation or snow cover.
Das Untersuchungsgebiet wurde ausgewählt, weil es
dem des Floodaware-Projektes (§ 5.1.1) entspricht:
im beobachteten Abschnitt ereignete sich das
Hochwasser mit dem höchsten Stand im Jahr 1948,
und es gibt keine Überflutungskarten für Hochwasser
mit Jahrhunderthäufigkeit, die als Karten für die
Überflutbarkeit verwendet werden könnten.
Die Vorbereitungsphasen der Untersuchung umfassen eine bibliografische und kartografische
Recherche sowie eine Durchsicht des verfügbaren
fotogrammetrischen Materials an Luftbildern. Für
Kartografie und Luftbilder wurden folgende
Dokumente verwendet: die Karten des Istituto
Geografico Militare Italiano mit einem Maßstab von
1:25.000 aus den Jahren 1885-1906 und die
Luftaufnahmen (4 Serien) aus den Jahren zwischen
1954 und 2000. Den Aufnahmen, die nach
Hochwassern gemacht wurden, wurde besondere
Bedeutung beigemessen. Bei der Auswahl der
Luftaufnahmen sollten solche aus niedriger Höhe
bevorzugt werden, bei denen die Auswertung nicht
durch Hindernisse wie wuchernde Vegetation oder
Schneefall behindert wird.
L’area campione è stata scelta perché complementare a quella del Progetto Floodaware (§ 5.1.1), in
quanto nel tratto considerato la piena con portata
massima registrata risale al 1948 e non esistono
carte di inondazione per piene con tempi di ritorno
secolari utilizzabili come mappe dell’inondabilità per
eventi estremi.
Le fasi preliminari dello studio sono state dedicate
alla ricerca delle fonti bibliografiche, della cartografia
e delle riprese aereofotogrammetriche disponibili. Per
la cartografia e le riprese aeree sono stati utilizzati i
seguenti documenti: le Cartografie dell’Istituto
Geografico Militare Italiano in scala 1:25.000, realizzate negli anni 1885-1906, e le riprese aeree (4
serie) realizzate tra il 1954 e il 2000. È stata data particolare significatività alle riprese successive a eventi
di piena. Nella scelta delle riprese aeree da utilizzare
è opportuno selezionare voli a quota bassa e privi di
elementi in grado di ostacolare la fotointerpretazione,
quali vegetazione rigogliosa o innevamento.
262
FLUVIAL PROCESSES
In order to evaluate the geometric and morphological
modifications of the watercourse we examined the
aerial photography and analysed the historical maps
available. In view of the limited average width of the
section of the channel with respect to the scale
employed (1:10.000), and the need to survey river
formations with a good degree of accuracy and study
them using GIS, both photographs and cartography
were georeferenced.
All the geometric analyses needed to highlight the
correlations between current morphology and abandoned formations were carried out. Based on photointerpretation we identified the main features of the
current morphology of the river. In order to outline
areas susceptible to flooding it was fundamental to
estimate the heights of all the types of banks of the
channel.
Banks were grouped into 4 categories:
category I – height under 1.5 m;
category II – height between 1.5 m and 3.0 m;
category III – height between 3.0 m and 5.0 m ;
category IV – height over 5.0 m.
Variations in elevation of the channel were analysed
using both photo-interpretation and surveys, with a
local comparison between cross sections. Indirect
evidence, derived from photo-interpretation, while
providing non-quantitative information, allowed us to
extend the analysis to the entire watercourse for the
periods when comparable sections of the channel
were not available.
Based on an examination of the material analysed,
we calculated the morphometrical indexes necessary
to summarise the evolution of the watercourse in the
past, and its current patterns of development. The
morphometrical indexes corresponded to each point
taken into consideration to classify the watercourse:
for each point we traced a perpendicular section of
Für die Auswertung der geometrischen und morphologischen Änderungen des Wasserlaufs wurden Fotos
und Luftbilder verwendet, ferner wurde eine Analyse der
verfügbaren historischen Kartografie durchgeführt.
Angesichts der geringen Breite des Flussbettschnitts
beim Arbeitsmaßstab von 1:10.000 und der
Notwendigkeit, das Relief der Flussformen mit einer hinreichenden Präzision zu erstellen und die Verwendung
in einem GIS-System möglich zu machen, wurden
Fotogramme und historische Karten georeferenziert.
Es wurden alle geometrischen Analysen durchgeführt,
die für eine Herausarbeitung der Korrelationen zwischen aktueller Morphologie und ehemaligen Formen
nötig sind. Auf der Grundlage der Auswertung der neuesten Luftbilder wurden die wichtigsten Elemente der
aktuellen Flussmorphologie erkennbar gemacht.
Grundlegend für die Begrenzung der überflutbaren
Gebiete war die Schätzung der Höhe aller
Uferbereiche am Rand des Flussbettes.
Die Ufer wurden in 4 Klassen eingeteilt:
Klasse I – Höhe unter 1.5 m;
Klasse II – Höhe zwischen 1.5 und 3.0 m;
Klasse III – Höhe zwischen 3.0 und 5.0 m;
Klasse IV – Höhe über 5.0 m.
Es wurden die Variationen der Uferhöhe analysiert, und
zwar sowohl auf der Grundlage der Auswertung der
Fotos, als auch über Begehungen und durch den
Vergleich von Querschnitten. Die indirekten
Erkenntnisse aus der Analyse der Fotos liefern keine
quantitativen Angaben, erlauben aber eine Ausweitung
der Analyse auf den ganzen Wasserlauf für Zeiten, für
die keine vergleichbaren Flussbettschnitte vorliegen.
Auf der Grundlage der Analyse des Materials wurden die
morphometrischen Indizes berechnet, die für die
Zusammenfassung der historischen Entwicklung und
die Beschreibung der laufenden Entwicklungstendenzen
des Wasserlaufs nötig sind. Die Bestimmung der mor-
Per la valutazione delle modificazioni geometriche e
morfologiche del corso d’acqua sono state fotointerpretate le riprese aeree ed è stata analizzata la cartografia storica disponibile. In considerazione della
limitata larghezza media della sezione dell’alveo
rispetto alla scala di lavoro (1:10.000), della necessità di procedere al rilievo delle forme fluviali con una
sufficiente precisione e di rendere possibile il loro utilizzo in ambiente GIS, sono stati georiferiti sia i fotogrammi sia la cartografia storica.
Sono state eseguite tutte le analisi di carattere geometrico necessarie per evidenziare le correlazioni tra
morfologia attuale e forme abbandonate. Sulla base
dell’analisi delle riprese aeree più recenti, sono stati
individuati i principali elementi delle morfologia fluviale attuale. Fondamentale per la delimitazione delle
aree inondabili è stata la stima delle altezze di tutte
le tipologie di sponda delimitanti l’alveo.
Le sponde sono state classificate in 4 classi:
classe I – altezza minore di 1.5 m;
classe II – altezza compresa tra 1.5 m e 3.0 m;
classe III – altezza compresa tra 3.0 m e 5.0 m ;
classe IV – altezza maggiore di 5.0 m.
Sono state analizzate le variazioni di quota dell’alveo
sia da fotointerpretazione sia mediante sopralluoghi
e, localmente, con il confronto tra sezioni trasversali.
Le evidenze indirette, derivanti da fotointerpretazione, pur fornendo indicazioni non quantitative, hanno
consentito di estendere l’analisi a tutto il corso d’acqua per periodi per i quali non sono disponibili sezioni d’alveo confrontabili.
Sulla base dell’esame del materiale analizzato, sono
stati calcolati gli indici morfometrici necessari per sintetizzare l’evoluzione subita in epoca storica e le condizioni evolutive in atto del corso d’acqua. La determinazione degli indici morfometrici è stata eseguita
in corrispondenza di ognuno dei punti considerati per
FLUVIAL PROCESSES
263
the current channel, in order to evaluate the following
measurements from the available flights:
– the width of the main channel and other active
channels (La, m);
– the length according to the axis of the valley (Luv,
m), calculated according to runoff directions in the
envelope of current or abandoned river formations
associated with the watercourse;
– the length of the thalweg line or active channel at
the time of observation (Lut, m);
– the braiding index (ir, the maximum number of
channels limited by bars or islands);
– the sinuosity index (Is = Lut/Luv);
– the total length of active bank erosions (Se, m) per
homogeneous stretch;
– the entrenchment index (It = La/Luv) per homogeneous stretch.
The classification of abandoned formations according to their capacity to reconnect up to the current
watercourse or not was carried out on the basis of
photographs and reconstructions of the most recent
peak flow events (1993 and 2000). The situation
regarding route and altimetric modifications to the
channel and abandoned channels was correlated as
much as possible to the period of works on the channel.
We identified the works located in the channel area
during the period in consideration, with particular
attention to works which interfere with active or abandoned channels. Lastly information on damage
caused by historic flood events was analysed using
photo-interpretation (1978, 1994, 2000), and we
identified works which conditioned runoff.
264
phometrischen Indizes wurde an jedem der für die
Klassifizierung berücksichtigten Punkte durchgeführt.
Für jeden Punkt wurde ein Schnitt quer zum aktuellen
Flussbett erstellt. Für diese Schnitte wurden für die verschiedenen Flüge folgende Werte eingeschätzt:
– Breite des Flussbettes und der aktiven Kanäle
(La, in m);
– Länge gemäß der Talachse (Luv, in m), berechnet
nach der Abflussrichtung innerhalb der Begrenzung
durch Nebenflüsse oder ehemalige Nebenflüsse;
– Länge gemäß der Thalweg-Linie oder des aktiven
Kanals im Augenblick der Beobachtung (Lut, in m);
– Index der Verzweigungen (ir, Höchstzahl der Kanäle,
die durch Landstriche oder Inseln begrenzt werden);
– Kurvenindex (Is = Lut/Luv);
– Gesamtlänge der aktiven Ufererosion (Se, in m)
pro homogenem Abschnitt;
– Entrenchment-Index (It = La/Luv) pro homogenem
Abschnitt.
Die Einteilung der Reliktformen je nach deren
Fähigkeit, wieder mit dem aktuellen Wasserlauf vereinigt zu werden (oder umgekehrt) wurde auf der
Grundlage der Bilder und Rekonstruktionen der letzten Hochwasser (1993 und 2000) vorgenommen. Die
Beschreibung der planimetrischen und höhenmäßigen Änderungen des Flussbettes und der
Reliktformen wurde so weit wie möglich anlässlich
von Arbeiten im Flussbett durchgeführt.
Es wurden die Infrastrukturen innerhalb des
Uferstreifens für den untersuchten Zeitraum herausgearbeitet, dabei wurde besondere Aufmerksamkeit
den Bauwerken gewidmet, die mit den aktiven und
mit den ehemaligen Kanälen in Wechselwirkung treten. Es wurden schließlich Informationen über
Schäden analysiert, die von historischen Überschwemmungen verursacht wurden. Außerdem
wurde eine Auswertung von Fotos (1978, 1994 und
2000) durchgeführt, bei der die Bauwerke erkannt
wurden, die den Abfluss des Wassers beeinflussen.
FLUVIAL PROCESSES
la classificazione del corso d’acqua: per ogni punto è
stata tracciata una sezione perpendicolare all’alveo
attuale sulla quale sono stati valutati per i vari voli
disponibili:
– la larghezza dell’alveo e dei canali attivi (La, m);
– la lunghezza secondo l’asse della valle (Luv, m),
calcolata secondo la direzione dei deflussi entro
l’inviluppo delle forme fluviali associate al corso
d’acqua attuali o abbandonate;
– la lunghezza della linea di thalweg o canale attivo
al momento dell’osservazione (Lut, m);
– l’indice di ramificazione (ir, numero massimo di
canali limitati da barre o isole);
– l’indice di sinuosità (Is = Lut/Luv);
– la lunghezza totale delle erosioni di sponda attive
(Se, m) per tratto omogeneo;
– l’indice di entrenchment (It = La/Luv) per tratto
omogeneo.
La classificazione delle forme relitte in funzione della
capacità di riconnettersi al corso d’acqua attuale o
viceversa della condizione di non riattivabilità, è stata
effettuata sulla base dell’interpretazione delle immagini e delle ricostruzioni relative alle più recenti piene
(1993, 2000). Il quadro relativo alle modificazioni planimetriche e altimetriche dell’alveo e delle forme relitte è stata correlata per quanto possibile ai tempi di
realizzazione delle opere in alveo.
Sono state individuate le infrastrutture collocate
all’interno della fascia pertinente l’alveo per il periodo
considerato, con particolare attenzione per quelle
opere che interferiscono con i canali attivi e abbandonati. Sono state infine analizzate le informazioni
sui danni indotti da eventi alluvionali storici e attraverso l’analisi fotointerpretativa (1978, 1994, 2000)
sono state individuate le opere che hanno condizionato il deflusso delle acque.
Figure 5.1.2.A/1.3
Figure 5.1.2.A/1.4
Figure 5.1.2.A/1.5
Key. Areas: 1) Active channel, 2) bedrock, 3) Active channel with flow, 4) Inactive channel, 5) bar/island with vegetation,
6) bar/island without vegetation. Linear elements (1994, 2000): 1) ancient channel bank, 2) Bank of bank-full channel, 3)
Terrace scarp, 4) Main terrace, 5) scarp of main or exposed terrace, 6) Protection work.
Legende. Gebietselemente: 1) aktiver Kanal, 2) Unterschicht, 3) Aktiver Kanal mit Abflüssen, 4) inaktiver Kanal, 5) dauerhaft bewachsene Landzunge oder Insel, 6) nicht bewachsene Landzunge oder Insel. Lineare Elemente (1994, 2000):
1) Böschung einer früheren Flussform, 2) Ufer des Flussbettes, 3) erodiertes Ufer des Flusses, 4) Terrassenrand, 5) nicht
überflutbarer Terrassenrand, 6) Schutzwerke.
Legenda. elementi areali: 1) canale attivo, 2) substrato, 3) canale attivo con deflussi, 4) canale inattivo, 5) barra/isola stabilmente vegetata, 6) barra/isola non vegetata. Elementi lineari (1994, 2000): Elementi lineari (1994, 2000) 1) scarpata
di antica forma fluviale, 2) sponda delimitante l’alveo, 3) sponda erosa delimitante l’alveo, 4) orlo di terrazzo, 5) orlo di
terrazzo principale o insommergibile, 6) opera idraulica.
Figures 5.1.2.A/1-3 ÷ 5.1.2.A/1.6 Channel active on the dates shown. The limits of the active
channel are identified as the external banks. Where there is no bank the surveyor sets a limit,
according to the type of vegetation, for example.
Figur 5.1.2.A/1.3 ÷ 5.1.2.A/1.6 Aktives Flussbett mit Daten. Die Grenzen des aktiven
Flussbettes werden durch Die äußeren Ufer bestimmt; wenn kein Ufer vorhanden ist,
bestimmt das Vermessungsgerät eine Grenze, zum Beispiel auf der Grundlage der Vegetation.
Figure 5.1.2.A/1.3 ÷ 5.1.2.A/1.6 Alveo attivo alle date riportate.
I limiti dell’alveo attivo sono definiti dalle sponde esterne; qualora non sia presente
una sponda il rilevatore definisce un limite, in base ad esempio al tipo di vegetazione.
FLUVIAL PROCESSES
Figure 5.1.2.A/1.6
265
Table 5.1.2.A/1.1 Examples of the planimetric characteristics analysed
for each homogeneous stretch.
Tabelle 5.1.2.A/1.1 Beispieltabelle für die analysierten planimetrischen
Eigenschaften pro homogenem Abschnitt.
Tabella 5.1.2.A/1.1 Tabella esemplificativa delle caratteristiche
planimetriche analizzate per tratto omogeneo.
Figure 5.1.2.A/1.7 Evolution of the route of the Sesia river (period: 1954 – 2000):
variation in the width of the channel when bank-full. Measurements were taken from
photo-interpretation of aerial photographs taken in the years shown.
Figur 5.1.2.A/1.7 Planimetrische Entwicklung des Flusses Sesia (Zeitraum: 1954-2000):
Variation der Breite des Bankfull-Ufers. Die Messwerte ergaben sich aus einer
Auswertung der Luftbilder der genannten Jahre.
Figura 5.1.2.A/1.7 Evoluzione planimetrica del fiume Sesia (periodo: 1954 – 2000):
variazione della larghezza dell’alveo bankfull. Le misure sono state effettuate
sulla base di fotointerpretazione delle foto aeree degli anni riportati.
266
Evoluzione planimetrica del corso d’acqua dal 1885 al 2000
Situazione pregressa
Situazione attuale
Alveotipo
1954 - pluricursale
Pluricursale irregolare
1978 - pluricursale
localmente ramificato
1994 - pluricursale
Larghezza media (m)
1954 - 49.1
1978 - 46.5
65.3
1994 - 66.1
Indice di braiding
1954 - 2
1978 - 2
2
1994 - 2
Erosione di sponda (m) 1994 – sp. sx – 567.6 sp. sx – 310.64
(15.10%)
(16.50 %)
1994 – sp. dx – 772.8 sp. dx – 1028.1
(20.28 %)
(28.54%)
Evoluzione altimetrica del fondo alveo
Stato attuale
Evidenze approfondimento
Riattivabilità delle forme fluviali relitte
1 sulla sponda sinistra
Forme abbandonate recenti
e 1 sulla sponda destra
Forme abbandonate antiche
assenti
Composizione granulometrica prevalente
Massi e ciottoli
Tipologia di vegetazione lungo asta fluviale
Arborea e arbustiva
Interventi antropici
❑
FLUVIAL PROCESSES
5.1.2.A/1.3 Results
The results of the aforementioned activities were presented as maps or data sheets. We created morphological maps of the channel and abandoned formations for the period in question. To create the maps of
floodable areas, and only for the most recent aerial
photographs, we also made numerical maps of the
banks and terrace scarps. The watercourse was
divided into 12 stretches (in agreement with Rosgen,
1996) and summaries of the morphological characteristics and morphometric indexes for each stretch
were made. By analysing all the elements which
emerged we assigned a level of genetic propensity
for flooding for each area. Each homogeneous area
was assigned a figure for flooding propensity, which
varied from I to IV on a scale indicating the probability of flooding. A figure of 0 was also used for areas
which though of fluvial origin, could be excluded from
current river dynamics in view of their characteristics.
The degrees of propensity to flooding were:
– very high probability of flooding (level 1 area): this
corresponds to the area occupied by the current
channel and the areas covering its historic range
of migration, wherever banks are less than 5 m
high;
– high probability of flooding (level 2 area): corresponds mostly to first and second degree terraces, often intersected by the range of migration,
associated with category 1 or category 2 banks
(see § 5.1.2/1.2), with possible erosion;
– medium-low probability of flooding (level 3 area):
corresponds to areas usually outside the historic
range of migration, for example older terraces
higher than the watercourse or areas with banks
at a height which implies that the risk of flooding is
limited to particularly intense, violent peak flow
events;
– very low probability of flooding (level 4 area): cor-
Die Ergebnisse der beschriebenen Tätigkeiten wurden
in
Karten
und
zusammenfassenden
Datenblättern verarbeitet. Es wurden morphologische Karten des Flussbettes und der ehemaligen
Formen für den analysierten Zeitraum erstellt. Für die
Erstellung der Karten der Überflutungsgebiete und
ausschließlich für die neueren Luftaufnahmen wurden numerische Karten auch von den Ufern und
Terrassenrändern erstellt. Für die 12 homogenen
Abschnitte, in die der Wasserlauf unterteilt wurde
(gemäß Rosgen 1996) wurden synthetische
Datenblätter der morphologischen Eigenschaften
und der morphometrischen Indizes erstellt. Über eine
Analyse aller gewonnenen Elemente wurden die
Grade der Überflutungsgefährlichkeit für die untersuchten Gebiete bestimmt. Den homogenen
Gebieten wurde ein Wert von I bis IV für die Überflutbarkeit zugewiesen, gemäß einer Hierarchie der
relativen Wahrscheinlichkeit. Es wurde außerdem der
Grad 0 verwendet, und zwar für all die Gebiete, die
zwar fluvialen Ursprungs sind, aber aufgrund ihrer
Eigenschaften als von den aktuellen fluvialen
Dynamismen nicht betroffen betrachtet werden können.
Folgende Grade der Überflutbarkeit wurden ermittelt:
– sehr hohe Überflutbarkeit (Grad I): das Gebiet des
aktuellen Flussbettes und die Zonen der relativen
historischen Mobilität, wenn die Ufer niedriger als
5 m sind
– hohe Überflutbarkeit (Grad II): entspricht vor allem
den Terrassen der ersten und zweiten Ordnung,
die oft von den Mobilitätsstreifen geschnitten werden, dazu gehören eventuell erodierte Ufer der
Klassen I oder II (siehe § 5.1.2/1.2)
– mittlere bis niedrige Überflutbarkeit (Grad III): entspricht den Bereichen, die normalerweise außerhalb der historischen Mobilitätsgrenzen liegen,
I risultati delle attività precedentemente descritte si
sono concretizzati in cartografie ed in schede di sintesi. Sono state realizzate le carte morfologiche dell’alveo e delle forme abbandonate per il periodo analizzato. Per la realizzazione delle carte delle aree
inondabili e solo per le riprese aeree più recenti sono
state realizzate cartografie numeriche anche delle
sponde e degli orli di terrazzo. Per i 12 tratti omogenei nel quale è stato suddiviso il corso d’acqua (in
accordo con Rosgen, 1996), sono state realizzate
schede sintetiche delle caratteristiche morfologiche e
degli indici morfometrici. Attraverso l’analisi di tutti gli
elementi emersi sono stati assegnati i gradi di propensione genetica all’inondabilità al territorio analizzato. Alle diverse aree omogenee è stato assegnato
un valore di propensione all’inondabilità variabile da I
a IV secondo una gerarchia che considera la probabilità relativa di allagamento. È stato inoltre introdotto
un grado 0 per quelle aree che, sebbene di origine
fluviale, presentano caratteristiche tali da poter essere considerate escluse dalle dinamiche fluviali attuali.
I gradi di propensione all’inondabilità individuati
sono:
– inondabilità molto elevata (area di grado I): corrisponde all’area che comprende l’alveo attuale e le
aree ricadenti entro la relativa fascia di mobilità
storica qualora le sponde presentino altezze inferiori a 5 m;
– inondabilità elevata (area di grado II): corrisponde
per lo più ai terrazzi di primo e secondo ordine,
spesso intersecati dalla fascia di mobilità, cui si
associano sponde di classe I o II (vedi §
5.1.2/1.2), eventualmente erose;
– inondabilità medio-bassa (area di grado III): corrisponde alle aree solitamente esterne alla fascia di
mobilità di divagazione storica, ad esempio terraz-
FLUVIAL PROCESSES
267
responds to areas of clear fluvial origin, but at a
distance or average elevation with respect to the
watercourse which means they present a very
limited genetic propensity for flooding (in catastrophic peak flow events).
In order to determine homogeneous areas and classify them from the point of view of genetic flooding
probability, particular attention was devoted to
analysing the geomorphologic conditions of the
channel and the characteristics of the bank. In some
cases, areas almost entirely characterised by a low
level of flood probability are assigned a higher level of
probability due to the presence of an area upstream
subject to erosion, where peak flow could overflow.
268
zum Beispiel ältere Terrassen, die oberhalb des
Wasserlaufs liegen oder Bereiche innerhalb von
Ufern mit einer Höhe, die das Überflutungsrisiko
mit Ausnahme von besonders heftigen und starken Hochwassern gering erscheinen lassen
– sehr niedrige Überflutbarkeit (Grad IV): entspricht
Bereichen mit klarem fluvialen Ursprung, die
wegen ihrer Entfernung oder einer mittleren Höhe
oberhalb des Wasserlaufs ein sehr geringes
Risiko der Überflutungen aufweisen (mit
Ausnahme von Katastrophenfluten)
Bei der Definition der homogenen Gebiete und ihrer
Klassifizierung gemäß der ihnen innewohnenden
Überflutbarkeit wurde besondere Aufmerksamkeit
auf die Analyse der geomorphologischen
Bedingungen des Flussbettes und der Eigenschaften
der Ufer gelegt. In einigen Fällen wurden Gebiete mit
einer eigentlich über weite Strecken niedrigen Überflutbarkeit dennoch in einen höheren Grad eingestuft,
weil oberhalb von ihnen eine Erosionszone liegt, über
die Hochwasserfluten auslaufen könnten.
FLUVIAL PROCESSES
zi più vecchi e posti a quote più elevate rispetto al
corso d’acqua o aree aventi sponde di altezza tale
da considerare il rischio di inondazione limitato a
casi di piena particolarmente intensi e violenti;
– inondabilità molto bassa (area di grado IV): corrisponde ad aree di chiara origine fluviale ma che
per distanza o per quota media rispetto al corso
d’acqua presentano una propensione genetica
all’inondabilità molto limitata (per piene catastrofiche).
Per la definizione delle aree omogenee e per la loro
classificazione dal punto di vista dell’inondabilità
genetica si è fatta particolare attenzione all’analisi
delle condizioni geomorfologiche dell’alveo e delle
caratteristiche delle sponde. In alcuni casi aree caratterizzate da basso grado di inondabilità sulla quasi
totalità del tratto possono essere inserite nella classe
a grado di inondabilità più alto a causa della presenza di una zona in erosione posta a monte, attraverso
la quale potrebbero fuoriuscire le acque di piena.
(b)
(a)
Figure 5.1.2.A/1.8 (a) and (b) Examples of flood risk zoning
with classification into 4 levels (key of levels 1 to 4).
Figur 5.1.2.A/1.8 (a) und (b) Beispiele für eine Zoneneinteilung nach
Überflutbarkeit in 4 Grade (Type von 1 bis 4 in der Legende).
Figuraure 5.1.2.A/1.8 (a) e (b) Esempi di zonazione dell’inondabilità,
con classificazione in 4 gradi (in legenda Type da 1 a 4 in legenda).
FLUVIAL PROCESSES
269
The damage caused by flooding in recent years has
led to increased attention being paid to preventive
measures in river areas.
The morphological diagnostic method aims to identify areas potentially subject to flooding and classify
these into relative categories of probability, evaluating the current and past morphological characteristics of the watercourse. Very often this attention takes
a form which all but neglects the genetic instability of
the watercourse, namely the permanent and temporary changes in the river landscape. The changes in
river formations occur relatively slowly (migration of
meanders, deepening of channels, etc.) and may not
be visible to the human eye (except in the case of
specific surveys repeated over time), therefore not
considered as a natural condition of instability, above
all when hydraulic or construction works are to be
carried out. Moreover, rapidly-occurring processes,
which exert immediate effects on people and property, highlight the vulnerability of the site only in view of
the exceptional nature of the event (Maraga et al.,
1996).
The present Guidelines have been created with the
view that these problems require a detailed geomorphologic approach.
Die Schäden, die in den letzten Jahren von Überflutungen ausgelöst wurden, haben die Aufmerksamkeit
auf Maßnahmen zum Schutz der Flussgebiete
gelenkt.
Die Methode der morphologischen Diagnose orientiert sich an der Erkennung von Gebieten, die möglicherweise überflutet werden könnten und teilt diese
in relative Wahrscheinlichkeitsklassen ein. Dabei wird
der aktuelle und historische morphologische Verlauf
des Flusses berücksichtigt. Sehr oft wurde bei der
Erarbeitung der Erkenntnisse dabei wenig Wert auf
die Einschätzung der dem Wasserlauf innewohnenden Instabilität gelegt. Diese drückt sich in der
Flusslandschaft in dauerhaften oder vorübergehenden Veränderungen aus. Die Änderung der fluvialen
Formen mit einer relativ langsamen Entwicklung
(Migration von Mäandern, Vertiefung der Flussbetten
und ähnliches) wird vom Menschen nicht wahrgenommen (es sei denn, es liegen in zeitlichen
Abständen wiederholte Messungen vor), so dass sie
nicht als eine natürliche Instabilität angesehen werden, vor allem wenn Schutzwerke oder Ansiedlungen
errichtet werden. Die schnellen Prozesse dagegen
betreffen Menschen und Bauwerke und zeigen deutlich ihre Verletzbarkeit bei außergewöhnlichen
Ereignissen (Maraga et al., 1996).
Aus der Überzeugung heraus, dass die Steuerung
dieser Probleme einen detailreichen geomorphologischen Ansatz erfordert, wurden die folgenden
Richtlinien erarbeitet.
I danni provocati negli ultimi anni dagli eventi alluvionali hanno richiamato attenzione sulle azioni di salvaguardia in territorio fluviale.
Il metodo della diagnosi morfologica è orientato all’individuazione delle aree potenzialmente soggette a
inondazione e alla loro caratterizzazione in classi di
probabilità relativa, valutando l’assetto morfologico
attuale e passato del corso d’acqua. Molto spesso
tale attenzione si manifesta con un supporto conoscitivo poco mirato alla valutazione dell’instabilità
genetica del corso d’acqua, che si esplica nel paesaggio fluviale in cambiamenti sia permanenti sia
transitori. Il cambiamento delle forme fluviali con sviluppo relativamente lento (migrazione di meandri,
approfondimento degli alvei, ecc.) può non essere
percepito dall’uomo (a meno di rilievi strumentali
ripetuti nel tempo), tanto da non essere considerato
una condizione d’instabilità naturale, specie nel caso
si debbano realizzare opere idrauliche o di urbanizzazione. Per contro, nei processi a sviluppo rapido
l’immediata efficacia del fenomeno è tale da coinvolgere uomini e cose, mettendo in evidenza la vulnerabilità del sito solo per eccezionalità d’evento (Maraga
et al., 1996).
Nella convinzione che la gestione di tali problematiche richieda un approccio geomorfologico di dettaglio, sono state realizzate le presenti Linee Guida.
270
FLUVIAL PROCESSES
5.1.2.B Regionalization model for estimation of
flood and low flow probability of unobserved
catchments in Styria
5.1.2.B Regionalisierungsmodell für die Schätzung
der Hoch- und Niedrigwasserwahrscheinlichkeit
unbeobachteter Einzugsgebiete in der Steiermark
5.1.2.B Modello di regionalizzazione per la stima
della probabilità di piena e di minimo vitale in
bacini non strumentati in Stiria
The knowledge of floods with a certain occurrence
interval represents an important basis for the protection and use of the water resources and the protection of human being against damages.
The estimation of the probability of extreme runoff
events for ungauged catchment areas is containing
high uncertainties and is one of the big challenges of
hydrologists. Usually sufficient runoff data are existing for larger catchment areas but there is a lack of
data for smaller drainage basins in many alpine
regions.
Die Kenntnis von Hochwässern mit einer bestimmten
Eintrittswahrscheinlichkeit stellt eine wichtige Basis
für den Schutz und die Nutzung von
Wasserressourcen und den Schutz der Bevölkerung
vor Hochwasserschäden dar.
Die Schätzung der Wahrscheinlichkeit extremer
Abflussereignisse für unbeobachtete Einzugsgebiete
ist mit großen Unsicherheiten behaftet und stellt eine
der großen Herausforderungen für Hydrologen dar.
Normalerweise
existieren
ausreichende
Abflussdaten nur in größeren Einzugsgebieten, während in vielen alpinen Gebieten ein Datenmangel bei
kleinen Einzugsgebieten herrscht.
La conoscenza della probabilità con la quale si
possono manifestare fenomeni di piena a determinati intervalli temporali costituisce una base importante per la salvaguardia e lo sfruttamento delle
risorse idriche, nonché per la protezione della
popolazione da eventuali danni provocati dalle alluvioni.
La valutazione della probabilità con la quale si
possono verificare fenomeni estremi di deflusso
nei bacini idrografici non tenuti sotto osservazione
è caratterizzata da una notevole incertezza e rappresenta una delle grandi sfide che gli idrologi si
trovano a dover affrontare. Normalmente esistono
dati sufficienti sui deflussi soltanto per quanto
riguarda i bacini idrografici di dimensioni maggiori,
mentre in molte zone alpine si riscontra una scarsità di dati sui bacini idrografici di dimensioni minori.
Definition
Development and calibration of a model to predict the
occurrence interval of extreme runoff events for
ungauged small to medium size catchment areas
(< 10 km2 to 1.500 km2).
Aims
Forecasting of flood and low flow probability for
ungauged small to medium catchment areas
Potentiality
Calibrated regionalization model of flood and low
flow probability based on catchment parameters
(morphometric, meteorological, land use distribution).
Limits
Small to medium size catchment areas (< 10 km2 to
1.500 km2).
The calibration is valid for the province of Styria and
within the limits of the used calibration parameters.
The model can be transferred to other regions, but
has to be recalibrated.
Definition
Entwicklung und Kalibrierung eines Modells zur
Schätzung der Eintrittswahrscheinlichkeit extremer
Abflussereignisse für unbeobachtete kleine bis
mittelgroße Einzugsgebiete (< 10 km2 to 1.500 km2).
Ziel
Vorhersage der Hoch- und Niedrigwasserwahrscheinlichkeit für unbeobachtete kleine bis
mittelgroße Einzugsgebiete.
Potentialität
Kalibriertes Regionalisierungsmodell für Hoch- und
Niedrigwasserwahrscheinlichkeit basierend auf
Einzugsgebietsparametern (morphometrisch, meteorologisch, Landnutzungsverteilung).
Grenzen
Kleine bis mittelgroße Einzugsgebiete (< 10 km2 to
1.500 km2).
Die Kalibrierung ist für die Region Steiermark und
FLUVIAL PROCESSES
Definizione
Sviluppo e calibratura di un modello per la valutazione della probabilità con cui si possono manifestare
fenomeni estremi di deflusso nei bacini idrografici di
dimensioni piccole e medie (da < 10 km2 a 1.500
km2) non tenuti sotto osservazione.
Finalità
Previsione dei fenomeni di piena e di minimi di
deflusso nei bacini idrografici di dimensioni piccole e
medie non tenuti sotto osservazione.
Potenzialità
Modello calibrato di regionalizzazione per la previsione dei fenomeni di piena e di minimi di deflusso in
base ai parametri relativi al bacino idrografico (morfometrici, meteorologici e relativi alla distribuzione
dell’uso del suolo).
271
Activities
1. Compilation of all relevant GIS and hydrological
data of Styria.
2. Delineation of all gauged catchment areas of
Styria.
3. Trend analysis of runoff time series
4. Estimation of the return levels (3, 5, 10, 30, 50 and
100 years) for all gauged catchment areas with
sufficient data with sufficient data using the generalized extreme value (GEV) distribution and the
Gumbel distribution.
5. Calculation of the relevant catchment parameters:
surface, slope, mean altitude, stream length,
drainage density, mean annual precipitation, land
use distribution (portion of forest, grassland, no
vegetation, sealed areas).
6. Definition of subregions with comparable hydrogeological and meteorological conditions.
7. Choice of catchment areas for calibration of the
regionalization model.
8. Calibration of the model.
9. Analysis of sensitivity.
Expected products
Software tool for the estimation of return levels of
extreme runoff events for ungauged catchment
areas.
Hydrologists, Hydrogeologists, Water Resources
Managers, Regional Planners,
Hydrographical Surveys, Constructors.
nur innerhalb der Bandbreite der verwendeten
Kalibrationsparameter.
Das Modell kann auf andere Regionen übertragen
werden, muss aber rekalibriert werden.
Aktivitäten
1. Kompilation
aller
relevanten
GIS
und
Hydrologiedaten der Steiermark
2. Abgrenzung
aller
Einzugsgebiete
mit
Abflussdaten
3. Trendanalyse der Abflusszeitreihen
4. Schätzung der Eintrittswahrscheinlichkeiten (3, 5,
10, 30, 50 and 100 Jahre) für alle Einzugsgebiete
mit ausreichend langen Abflusszeitreihen mittels
der generalisierten Extremwertverteilung und der
Gumbel-Verteilung.
5. Berechnung
der
relevanten
Einzugsgebietsparameter
Fläche,
mittlere
Neigung, mittlere Seehöhe, Gewässernetzlänge,
Gerinnedichte, mittlerer Jahresniederschlag,
Landnutzungsverteilung (Anteile für Wald,
Grasland, keine Vegetation, versiegelte Flächen).
6. Definition von 6 Unterregionen mit vergleichbaren
hydrogeologischen
und
meteorologischen
Verhältnissen.
7. Auswahl der Einzugsgebiete für die Kalibrierung
des Regionalisierungsmodells.
8. Modellkalibrierung.
9. Sensitivitätsanalyse.
Erwartete Produkte
Softwaretool
für
die
Schätzung
von
Eintrittswahrscheinlichkeiten extremer Abflussereignisse
für unbeobachtete Einzugsgebiete.
Hydrologen, Hydrogeologen, Wasser-ressourcenmanager, Regionalplaner, Hydrographische Dienste,
Baugewerbe.
272
FLUVIAL PROCESSES
Limiti
Bacini idrografici di piccole e medie dimensioni (da
< 10 km2 a 1.500 km2).
La calibratura vale per la regione della Stiria e soltanto all’interno del range di parametri utilizzati per la
calibratura.
Il modello può essere applicato ad altre regioni, ma
deve essere calibrato nuovamente.
Attività
1. Compilazione di tutti i dati idrologici e relativi
all’ambiente GIS per la Stiria.
2. Delineazione di tutti i bacini idrografici della Stiria,
con relativi dati sul deflusso.
3. Analisi di tendenza delle serie temporali di dati
relativi al deflusso superficiale.
4. Stima dei tempi di ritorno (3, 5, 10, 30, 50 e 100
anni) per tutti i bacini idrografici aventi serie temporali di deflusso sufficientemente lunghe,
mediante la distribuzione generalizzata dei valori
estremi e la distribuzione di Gumbel.
5. Calcolo dei parametri relativi ai bacini idrografici:
superficie, pendenza media, altitudine media, lunghezza della rete idrografica, tenuta dei canali di scolo,
precipitazioni medie annue, distribuzione dello sfruttamento del suolo (porzioni di bosco, di prati, di aree
prive di vegetazione e di superfici rese stagne).
6. Definizione di sei sottoregioni aventi condizioni
idrogeologiche e meteorologiche paragonabili.
7. Scelta dei bacini idonei per la calibrazione del
modello di regionalizzazione.
8. Calibrazione del modello.
9. Analisi di sensitività.
Prodotti attesi
Software per la valutazione della probabilità di comparsa dei fenomeni estremi di deflusso nei bacini
idrografici non tenuti sotto osservazione.
Idrologi, idrogeologi, gestori delle risorse idriche,
addetti alla pianificazione regionale, servizi idrografici ed imprese di costruzione.
Regionalisation model for estimation of flood and low flow probability of unobserved catchments in Stiria
§ 5.1.2.B/1 LAND STEIERMARK
Austria – Steiermark
Municipality - Gemeinde - Comune
all municipalities of Styria
Basin - Einzugsgebiet - Bacino
Enns, Mur, Drau, Raab
Pilot areas - Pilotgebiete - Aree campione
Weisse Sulm, Unterthaler Bach
all tributary streams of Enns, Mur, Drau and Raab
Figure 5.1.2.B/1.1 Hydrological measuring network of the province of Styria.
Figur 5.1.2.B/1.1 Hydrologisches Messstellennetz des Bundeslandes Steiermark.
Figura 5.1.2.B/1.1 Rete per le misure idrologiche nella provincia della Stiria.
273
5.1.2.B/1.1. Preliminary tasks
5.1.2.B/1.1. Vorarbeiten
The area of the province of Styria was chosen as
consequence of the results of the Water Master Plan
of Styria (R. Benischke et al., 2002) where activities
of regionalization of water balance parameters as
precipitation, potential and actual evapotranspiration,
mean annual runoff and mean annual groundwater
recharge have been carried out.
The investigations were mainly focussed on the
quantification of the groundwater resources, but the
results and the extreme high and low flow events in
the years 2002 and 2003 showed that there is a high
demand of to get information on the risk and probability of extreme floods and low flows mainly what
concerns small ungauged catchment areas.
The data base used for the investigations in the
frame of CatchRisk can be divided into four parts:
1. Data base created in the frame of the Water
Master Plan of Styria: Land use on the base of
LANDSAT images, precipitation, evapotranspiration, runoff regimes and regionalized runoff.
2. Official hydrological data from the Hydrographical
Survey of Styria.
3. GIS data: Official Digital Elevation Model, geological map, stream network.
4. Previous hydrological and hydrogeological investigations in Styria.
Das Bundesland Steiermark wurde als Konsequenz
der Ergebnisse des Wasserversorgungsplans
Steiermark ausgewählt (R. Benischke et al., 2002)
ausgewählt,
im
Rahmen
dessen
die
Wasserbilanzparameter Niederschlag, potentielle
und aktuelle Evapotranspiration, mittlere jährliche
Abflusshöhe
und
mittlere
jährliche
Grundwasserneubildung regionalisiert wurden.
Die Untersuchungen waren in der Hauptsache auf
die Quantifizierung der Grundwasserressourcen ausgerichtet, aber die Ergebnisse und extremen Hochund Niedrigwasserereignisse der Jahre 2002 und
2003 zeigten, dass eine große Nachfrage besteht,
Informationen über Risiko und Wahrscheinlichkeit
extremer Hoch- und Niedrigwasserereignisse
besteht vor allem, was kleine unbeobachtete
Einzugsgebiete betrifft.
Die im Rahmen von CatchRisk verwendete
Datenbasis kann in vier Teile gegliedert werden:
1. Im Rahmen des Wasserversorgungsplans
Steiermark erarbeitete Datenbasis: Landnutzung
auf der Basis von LANDSAT- Bildern,
Niederschlag, Evapotranspiration, Abflussregime
und regionalisierte Abflüsse.
2. Offizielle
hydrologische
Daten
der
Hydrographischen Landesabteilung Steiermark.
3. GIS-Daten: offizielles digitales Geländemodell,
geologische Karte, Gewässernetz.
4. Frühere hydrologische und hydrogeologische
Untersuchungen in der Steiermark.
La Stiria è stata scelta in base ai risultati del Piano di
Approvvigionamento Idrico per la Stiria (R.
Benischke et al., 2002), nell’ambito del quale sono
stati regionalizzati i parametri relativi al bilancio idrico, vale a dire le precipitazioni, l’evapotraspirazione
potenziale ed effettiva, il deflusso medio annuale e la
ricarica media annuale delle falde acquifere.
Le ricerche si sono concentrate principalmente sulla
quantificazione delle risorse idriche sotterranee, ma i
risultati ottenuti e i fenomeni estremi di piena e di
minimi di deflusso verificatisi nel corso del 2002 e del
2003 hanno dimostrato che esiste una grande richiesta di informazioni sul rischio e sulla probabilità di
comparsa dei fenomeni estremi di piena e di minimi
di deflusso, soprattutto per quanto riguarda i bacini
idrografici di piccole dimensioni non tenuti sotto
osservazione.
Il database utilizzato nell’ambito di CatchRisk può
essere suddiviso in quattro parti:
1. Database creato nell’ambito del Piano di
Approvvigionamento Idrico per la Stiria: uso del
suolo in base alle immagini provenienti da LANDSAT, precipitazioni, evapotraspirazione, regime di
deflusso e deflussi regionalizzati.
2. Dati idrologici ufficiali forniti dal Dipartimento
Idrografico della Stiria.
3. Dati relativi all’ambiente GIS: modello digitale ufficiale del terreno, mappa geologica e rete idrografica.
4. Ricerche idrologiche ed idrogeologiche condotte
precedentemente in Stiria.
274
FLUVIAL PROCESSES
Figure 5.1.2.B/1.2 Geological and
morphological background.
Figur 5.1.2.B/1.2 Geologischer
und morphologischer Hintergrund.
Figura 5.1.2.B/1.2 Quadro geologico e morfologico.
Figure 5.1.2.B/1.3 Land use.
Figur 5.1.2.B/1.3 Landnutzung.
Figura 5.1.2.B/1.3 Uso del suolo.
Figure 5.1.2.B/1.5 Mean annual precipitation.
Figur 5.1.2.B/1.5 Mittlerer Jahresniederschlag.
Figura 5.1.2.B/1.5 Precipitazione media annuale.
Figure 5.1.2.B/1.4 Runoff depths and flow regimes.
Figur 5.1.2.B/1.4 Abflusshöhen und Abflussregimes.
Figura 5.1.2.B/1.4 Profondità di deflusso e regimi di flusso.
FLUVIAL PROCESSES
275
• Compilation of all relevant GIS and hydrological
data of Styria;
• definition of hydrological subregions;
• automatic delineation of all gauged catchment
areas of Styria;
• trend analysis of all runoff time series;
• estimation of the return levels (3, 5, 10, 30, 50 and
100 years) for all gauged catchment areas with
sufficient data using the generalized extreme
value (GEV) distribution and the Gumbel distribution;
• calculation of the relevant catchment parameters:
surface, slope, mean altitude, stream length,
drainage density, mean annual precipitation, land
use distribution (portion of forest, grassland, no
vegetation, sealed areas);
• definition of 6 subregions with comparable hydrogeological and meteorological conditions;
• choice of catchment areas for calibration of the
regionalization model;
• calibration of the model;
• analysis of sensitivity.
Die folgenden Aktivitäten wurden durchgeführt:
• Kompilation aller relevanten GIS und hydrologischen Daten der Steiermark.
• Definition hydrologischer Teilregionen.
• Automatische
Abgrenzung
aller
Pegeleinzugsgebiete.
• Trendanalyse aller Abflusszeitreihen.
• Schätzung der Eintrittswahrscheinlichkeiten (3, 5,
10, 30, 50 und 100 Jahre) für alle
Pegeleinzugsgebiete mit ausreichenden Daten
mittels der generalisierten Extremwertverteilung
(GEV) und der Gumbel-Verteilung.
• Berechnung der relevanten Einzugsgebietsparameter
Fläche, Neigung, mittlere Höhe, Gewässernetzlänge,
Gewässernetzdichte, mittlerer Jahresniederschlag,
Landnutzungsverteilung (Anteile von Wald, Grasland,
keine Vegetation, versiegelte Flächen).
• Auswahl der Einzugsgebiete für die Kalibrierung
des Regionaliserungsmodells.
• Kalibrierung des Modells.
• Sensitivitätsanalyse.
• Compilazione di tutti i dati idrologici e relativi
all’ambiente GIS per la Stiria.
• Definizione delle sottoregioni idrologiche.
• Delineazione automatica di tutti i bacini idrografici
misurati.
• Analisi di tendenza delle serie temporali di dati
relativi al deflusso superficiale.
• Previsione della probabilità di comparsa dei fenomeni (3, 5, 10, 30, 50 e 100 anni) per tutti i bacini
idrografici misurati aventi serie temporali di deflusso sufficientemente lunghe, mediante la distribuzione generalizzata dei valori estremi (GEV) e la
distribuzione di Gumbel.
• Calcolo dei parametri relativi ai bacini idrografici:
superficie, pendenza media, altitudine media, lunghezza della rete idrografica, tenuta dei canali di
scolo, precipitazioni medie annue, distribuzione
dello sfruttamento del suolo (porzioni di bosco, di
prati, di aree prive di vegetazione e di superfici
rese stagne).
• Scelta dei bacini idrografici per la calibrazione del
modello di regionalizzazione.
• Calibrazione del modello.
• Analisi di sensitività.
276
FLUVIAL PROCESSES
Figure 5.1.2.B/1.6 Hydrological subregions and catchment areas with sufficient data.
Figur 5.1.2.B/1.6 Hydrologische Teilregionen und Einzugsgebiete mit ausreichender Datenbasis.
Figura 5.1.2.B/1.6 Regioni idrologiche e bacini con numero sufficiente di dati.
Figure 5.1.2.B/1.7 Model definition and calculation of catchment parameters.
Figur 5.1.2.B/1.7 Modelldefinition und Berechnung der Einzugsgebietesparameter.
Figura 5.1.2.B/1.7 Definizione del modello e calcolo dei parametri relativi ai bacini.
FLUVIAL PROCESSES
277
5.1.2.B/1.3 Results
Basic data for the regionalization model are catchment specific parameters and the return levels from
gauging stations. For the calibration only those
gauged catchment areas are used where the following assumptions are valid:
• corresponding orographic catchment area and the
underground drainage area can be assumed due
to the hydrogeological situation;
• satisfactory fit of the Gumbel distribution.
The catchment areas which cannot used are mainly
located in the karstic areas.
An appropriate model for the estimated parameters µI
and σI was determined. Because the hydrogeological
and geological circumstances change in some
regions, the gauging stations were assigned to 5 different regions. Therefore we allowed different models
for different regions, but try to simplify these models
with finding some relationship between the response
variable and the explanatory variable which is the
same for all regions.
Based on these models for the location and scale
parameter of the Gumbel distribution the return level
of all unobserved catchments can be predicted with
an accuracy for most of them of ± 20 %.
Basisdaten für das Regionaliserungsmodell sind einzugsgebietspezifische
Parameter
und
die
Eintrittswahrscheinlichkeiten an Pegelstationen. Für
die Kalibrierung wurden nur jene Einzugsgebiete mit
Abflussdaten herangezogen, bei denen die folgenden Voraussetzungen gelten:
• eine Übereinstimmung zwischen orographischem
und hydrographisch wirksamem Einzugsgebiet
kann aufgrund der hydrogeologischen Situation
angenommen werden;
• zufriedenstellender Fit der Gumbelverteilung.
Nicht verwendbare Einzugsgebiete befinden sich vor
allem in den verkarsteten Gebieten.
Ein geeignetes Modell für die zu schätzenden
Parameter µI und σI wurde entwickelt. Aufgrund der
unterschiedlichen hydrogeologischen und geologischen Verhältnisse in einigen Teilgebieten wurden
die Pegeldaten letztlich 5 verschiedenen Teilregionen
zugewiesen. Es werden daher verschiedene Modelle
für verschiedene Regionen zugelassen, aber diese
Modelle werden vereinfacht durch die Herstellung
einer Beziehung zwischen der Antwortvariablen und
der erklärenden Variablen, welche die selbe für alle
Gebiete ist.
Basierend auf diesen Modellen für die beiden
Parameter der Gumbelverteilung kann die
Eintrittswahrscheinlichkeit für alle unbeobachteten
Einzugsgebiete mit einer Genauigkeit von ± 20 %
geschätzt werden.
I dati di base per il modello di regionalizzazione sono
i parametri specifici dei bacini idrografici e i periodi di
ritorno rilevati dalle stazioni di misura. Per la calibratura sono stati utilizzati i bacini idrografici nei quali i
dati relativi al deflusso rispettavano le seguenti condizioni:
• presunta corrispondenza tra il bacino orografico e
il bacino idrografico in base alla situazione idrogeologica;
• applicazione soddisfacente della distribuzione di
Gumbel.
I bacini non utilizzabili si trovano prevalentemente
nelle zone soggette a fenomeni di carsismo.
Si è sviluppato un apposito modello per i parametri µI
e σI da valutare. In base alle diverse condizioni idrogeologiche e geologiche delle singole zone, i dati rilevati dalle stazioni di misura sono stati infine assegnati a 5 diverse regioni. È stato quindi possibile
avere modelli diversi per regioni diverse, benché tali
modelli siano stati semplificati, trovando un rapporto
tra le variabili di risposta e le variabili esplicative, che
sono le stesse per tutte le zone.
Basandosi su questi modelli per i due parametri della
distribuzione di Gumbel si è potuta stimare, con una
precisione pari a ± 20 %, la probabilità di manifestazione dei fenomeni considerati in tutti i bacini idrografici non tenuti sotto osservazione.
278
FLUVIAL PROCESSES
Figure 5.1.2.B/1.8 Statistical model for the estimation of the return period of runoff extremes for ungauged catchments of Styria (until 8th order).
Figur 5.1.2.B/1.8 Statistisches Modell für die Schätzung der Eintrittswahrscheinlichkeit von Abflussextremereignissen unbeobachteter
Einzugsgebiete der Steiermark (bis zur 8. Ordnung).
Figura 5.1.2.B/1.8 Modello statistico per la stima del tempo di ritorno di deflussi estremi per bacini non strumentati della Stiria (fino all’ottavo ordine).
FLUVIAL PROCESSES
279
A statistical model for the prediction of the return
period of runoff extreme values has been calibrated
on the basis of shape and scale parameters of the
Gumbel distribution function from various catchment
areas in Styria with longer runoff time series.
The model is able to predict flood and low flow values
for return periods of 3, 5, 10, 30, 50 and 100 years on
the basis of catchment relevant parameters with sufficient accuracy. It is calibrated for the region of Styria
within the limits of the parameters of the catchments
used for calibration.
The methodology is transferable to other regions, but
must be in this calibrated using runoff time series
from there.
The advantage in comparison with more sophisticated rainfall runoff models is that it can be used with
few efforts for areas with only regional scale GIS data
bases.
Disadvantage is that in the contrary to rainfall runoff
models the statistical approach gives no information
what concerns the response of runoff to extreme
rainfall events.
Es wurde ein statistisches Modell für die Vorhersage
Eintrittswahrscheinlichkeit
von
Abflussextremereignissen auf Basis auf Basis der
Parameter der Gumbelverteilungsfunktion zahlreicher Einzugsgebiete der Steiermark mit längeren
Zeitreihen der Abflüsse kalibriert.
Das
Modell
ist
imstande,
Hochund
Niedrigwasserwerte für Eintrittswahrscheinlichkeiten
von 3, 5, 10, 30, 50 und 100 Jahren auf der Basis von
Einzugsgebietsparametern mit ausreichender
Genauigkeit vorherzusagen. Es wurde für die Region
Steiermark kalibriert und ist für diese gültig innerhalb
der Bandbreite der verwendeten Parameter.
Die Methodik kann ist auf andere Regionen übertragbar, müsste aber auf Basis dortiger
Abflusszeitreihen neu kalibriert werden.
Vorteil im Vergleich zu anspruchsvolleren
Niederschlag-Abfluss-Modellen ist die einfache
Anwendbarkeit für Gebiete mit geringer Datendichte.
Nachteil ist, dass der statistische Ansatz dass im
Gegensatz zu Niederschlag-Abfluss-Modellen keine
Informationen über die Reaktionszeit der Abflüsse
auf extreme Niederschlagsereignisse liefert.
Si è calibrato un modello statistico volto alla previsione della probabilità di manifestazione dei fenomeni
estremi di deflusso in base ai parametri della funzione di distribuzione di Gumbel relativi a numerosi
bacini della Stiria aventi serie temporali lunghe per i
deflussi.
Il modello è in grado di prevedere, con sufficiente
precisione, i valori relativi alle piene ed ai minimi di
deflusso con periodi di ritorno di 3, 5, 10, 30, 50 e
100 anni in base ai parametri relativi ai bacini. Il
modello è stato calibrato per la Stiria ed è applicabile in questa regione all’interno del range di parametri
utilizzati.
La metodologia può essere applicata ad altre regioni, ma deve essere calibrata nuovamente in base alle
serie temporali dei deflussi riscontrabili in queste
regioni.
Il vantaggio offerto da questo modello rispetto ai più
sofisticati modelli di precipitazione e deflusso è la sua
semplicità di applicazione per le zone aventi dati in
ambiente GIS soltanto a livello regionale.
Lo svantaggio è rappresentato dal fatto che, a differenza dei modelli di precipitazione e deflusso, l’approccio statistico non fornisce informazioni sul tempo
di reazione dei deflussi ai fenomeni estremi di precipitazione.
280
FLUVIAL PROCESSES
5.2. Models for territorial vulnerability
evaluation
5.2. Modelle zur Einschätzung
Verletzlichkeit des Gebietes
der
5.2. Modelli per la valutazione della vulnerabilità territoriale
The interaction between natural and man-made environments in any given area is always a significant
factor. On the one hand we immediately think of the
generally negative effects of the impact of building
work and different human activities on the natural
environment, upsetting its equilibrium by forcibly
introducing new elements and altering or replacing
existing ecosystems. On the other hand, the effect of
particularly intense natural phenomena (peak flows
in torrents and rivers, slope instability, etc. ) on the
man-made environment, in terms of considerable
damage to human life, property and industry, with
short or long term effects, should not be ignored.
Such considerations are particularly apt in the case
of overflows from watercourses in mountain catchments, where the space available for the coexistence
of the river system and the man-made environment is
often limited, and even a small variation in the former
can have considerable repercussions on the latter,
causing loss of life, interrupting road traffic, cutting off
entire areas and hindering the activities of everyday
life.
Die natürliche und die anthropische Umgebung interagieren in einem bestimmten Umfeld stark miteinander. Auf der einen Seite denkt man sofort an allgemeine negative Auswirkungen, die die Siedlungen
und die anthropischen Aktivitäten auf die Natur
haben, deren Gleichgewicht sie durch die zwangsweise Einführung von neuen Elementen stören und
so die bestehenden Ökosysteme ändern oder ersetzen. Auf der anderen Seite darf aber auch die
Auswirkung
von
besonders
intensiven
Naturerscheinungen (Hochwasser von Flüssen und
Gebirgsbächen, Hangbewegungen und ähnliches)
auf die anthropische Seite nicht unterschätzt werden.
Dabei ist vor allem an Gefährdung von
Menschenleben
und
Bauten
sowie
Beeinträchtigungen der Wirtschaft zu denken, die
kurzfristige oder langfristige Folgen haben kann.
Diese Überlegungen sind vor allem in solchen Fällen
angebracht, wenn Wasserläufe in Gebirgsbecken
über die Ufer treten, wo Flusssysteme und menschliche Ansiedlungen auf engem Gebiet nebeneinander
existieren und daher auch geringfügige Änderungen
das jeweils andere Element stark beeinflussen können. Dabei kann es zum Verlust von Menschenleben
und zur Unterbrechung von Straßenverbindungen
kommen, die den Zugang zu weiten Gebieten versperrt und den korrekten Ablauf des normalen
Lebens verhindert.
L’ambiente naturale e quello antropico interagiscono
in un determinato ambito territoriale in misura assai
rilevante. Da un lato è immediato pensare all’insieme
degli impatti generalmente di tipo negativo che gli
insediamenti stessi e le diverse attività antropiche
inducono sull’ambiente naturale, perturbandone gli
equilibri introducendo in maniera forzata nuovi elementi e modificando o sostituendo ecosistemi preesistenti. D’altro canto non deve essere trascurato
l’effetto dei fenomeni naturali particolarmente intensi
(piene fluviali e torrentizie, movimenti di versante,
etc.) sull’ambiente antropico, in termini di rilevanti
danni a persone, manufatti e attività produttive, con
effetti a breve o lungo termine.
Tali considerazioni sono particolarmente appropriate
nel caso relativo alle esondazioni di corsi d’acqua nei
bacini montani, dove gli spazi di convivenza del sistema fiume e del sistema antropico sono spesso
ristretti, e una variazione anche poco rilevante nel
primo può provocare notevoli ripercussioni sul secondo, provocando vittime, interrompendo la circolazione sulla rete stradale, impedendo l’accesso ad intere
aree e il corretto svolgimento delle normali attività.
MODELS FOR TERRITORIAL VULNERABILITY EVALUATION
281
The activities carried out focused on analysing the
effects of intensive natural events on the land, concentrating not so much on the hazards connected to
river processes, but the vulnerability of the area in
question. The definition of vulnerability we have
applied differs from that which is generally used to
evaluate the risk that an element is subject to (risk =
hazard level x vulnerability x value); here the focus is
on functional vulnerability, namely the propensity to
be subjected to a loss of function during an emergency, also due to functional links with other elements in the same system. This type of analysis can
be carried out starting with
a) methods of analysing infrastructure systems (the
single element is viewed as a component of a
more complex system);
b) the theory of diagrams of influence (the knowledge of the state of an element is influenced by the
knowledge of the state of other elements connected to it).
These methods are not entirely appropriate for the
analysis of a territorial and/or environmental system,
and it was therefore necessary to define a specific
method for the CatchRisk Project.
Das Vorgehen legt den Schwerpunkt auf die Analyse
der Auswirkungen von intensiven Naturereignissen
auf das Gelände. Die Aufmerksamkeit konzentriert
sich dabei nicht nur auf die Gefährlichkeit in
Verbindung mit fluvialen Erscheinungen, sondern
auch auf die Verletzlichkeit des betroffenen Gebietes.
Die Definition der hier gemeinten Verletzlichkeit
unterscheidet sich von der gemeinhin verwendeten,
wenn es um die Bewertung des Risikos geht, dem
ein Element ausgesetzt ist (Risiko = Gefährlichkeit x
Verletzlichkeit x Wert). Hier wird das Gewicht auf die
funktionelle Verletzlichkeit eines Elementes gelegt,
die als Neigung zur Abnahme der Funktionalität in
Notfällen verstanden wird, und zwar auch aufgrund
von eventuellen funktionellen Verbindungen mit
anderen Elementen desselben Systems. Diese Art
von Analyse kann ihren Anstoß in folgenden
Elementen finden:
a) Analysemethoden der infrastrukturellen Systeme
(das Einzelelement wird als Komponente eines
komplexeren Systems angesehen);
b) Theorie der Einflussdiagramme (die Kenntnis des
Zustandes eines Elements wird von der Kenntnis
des Zustandes anderer mit diesem verbundener
Elemente beeinflusst).
Diese Methoden passen sich nicht vollständig an die
Analyse eines Gelände- bzw. Umweltsystems an. Es
ist daher nötig, ad hoc eine Methode für das Projekt
CatchRisk zu bestimmen.
Le attività sviluppate sono state concentrate sull’analisi degli effetti sul territorio di eventi naturali intensi,
focalizzando l’attenzione non tanto sulla pericolosità
legata ai fenomeni fluviali, quanto piuttosto sulla vulnerabilità del territorio interessato. La definizione di
vulnerabilità cui si fa riferimento, però, è differente da
quella comunemente utilizzata quando si voglia valutare il rischio cui è soggetto un elemento (rischio =
pericolosità x vulnerabilità x valore); viene qui posto
l’accento sulla vulnerabilità funzionale di un elemento, intesa come propensione a subire decrementi di
funzionalità in fase di emergenza, anche a causa di
eventuali legami funzionali con altri elementi dello
stesso sistema. Tale tipo di analisi può essere effettuata traendo spunto:
a) dalle metodologie di analisi dei sistemi infrastrutturali (il singolo elemento viene visto come componente di un sistema più complesso);
b) dalla teoria dei diagrammi di influenza (la conoscenza dello stato di un elemento è influenzata
dalla conoscenza dello stato di altri elementi ad
esso collegati).
Tali metodologie non si adattano completamente
all’analisi di un sistema territoriale e/o ambientale; è
stato quindi necessario definire una metodologia ad
hoc per il Progetto CatchRisk.
282
5.2.2.A Acceptable risk model
5.2.2.A Modell zur Einschätzung des hinnehmbaren Risikos
5.2.2.A Modello per la valutazione del rischio
accettabile
Mit dem Ausdruck systematische Verletzbarkeit wird
die Tendenz eines Elements beschrieben,
Schädigungen, vor allem solchen funktioneller Natur,
ausgesetzt zu werden. Ursache sind seine
Verbindungen zu anderen Elementen des Systems.
Con il termine vulnerabilità sistemica si intende la
propensione di un elemento a subire danni, in genere di tipo funzionale, a causa dei propri legami con gli
altri elementi del sistema stesso.
The term systemic vulnerability signifies the propensity of an element to be subjected to damage, generally of a functional nature, due to its links with other
elements in the same system.
Definition
The proposed method allows us to evaluate the systemic vulnerability of the elements of an area in relation to set scenarios.
Aims
The main aim of the method is to characterise the
area in question in terms of critical points, or efficiency in relation to certain scenarios. Criticality is evaluated for elements directly involved in an event which
require intervention in emergency conditions, while
efficiency is evaluated for elements which must offer
a service to restore normal conditions.
Potentialities
This approach enables us to identify the major critical
points of an area in the event of a natural disaster,
highlighting the elements of the emergency management system that are most likely to fail.
Limits
It is necessary to integrate information on the major
elements of the area, as well as on the type and location of emergency management resources.
Notes
The greater the number of heterogeneous elements
involved in function-based relations of influence, the
greater the utility of the proposed method.
Activities
Definition
Die vorgeschlagene Methode erlaubt eine
Einschätzung der systematischen Verletzbarkeit der
Elemente eines Geländesystems im Hinblick auf vorher bestimmte Szenarien.
Ziel
Das wichtigste Ziel der Methode ist die
Charakterisierung des Untersuchungsgebietes im
Hinblick auf Anfälligkeit oder Effizienz bei bestimmten Szenarien. Die Anfälligkeit der Geländeelemente
wird bewertet, wenn diese direkt von einem Ereignis
betroffen werden, das Notfallmaßnahmen erfordert.
Die Effizienz wird für die Elemente bewertet, die
Unterstützung
zur
Wiederherstellung
des
Normalzustandes leisten.
Potentialität
Der Ansatz erlaubt eine Identifikation der wichtigsten
Anfälligkeiten vor Ort bei Unglücksfällen, dabei werden
die
Elemente
des
Systems
der
Notfallmaßnahmen hervorgehoben, die am leichtesten in ihrer Funktion beeinträchtigt werden können.
Grenzen
Es müssen die Informationen über die wichtigsten
Geländeereignisse aufgenommen werden, außerdem
solche über Arten von Ressourcenverschiebungen im
Definizione
Il metodo proposto permette la valutazione della vulnerabilità sistemica degli elementi di un sistema territoriale in relazione a scenari prestabiliti.
Finalità
La finalità principale del metodo è quella di caratterizzare l’area in esame in termini di criticità oppure di
efficienza in relazione a determinati scenari. La criticità degli elementi territoriali viene valutata nel caso
in cui si analizzino quegli elementi direttamente coinvolti in un evento e caratterizzati da una richiesta di
azioni di intervento in fase di emergenza. L’efficienza
viene invece valutata per gli elementi che devono fornire servizio allo scopo di ripristinare le condizioni di
normalità.
Potenzialità
L’approccio permette di identificare sul territorio le
maggiori criticità in caso di evento calamitoso, evidenziando gli elementi del sistema di gestione delle
emergenze che potrebbero più facilmente entrare in
crisi.
Limiti
È necessario aggregare le informazioni sugli elementi territoriali di maggior rilievo, nonché su tipologie e dislocazione delle risorse per la gestione delle
emergenze.
283
The activities required to evaluate the vulnerability of
an area can be divided into three groups:
• analysis and organisation of information regarding
the area;
• definition of a specific method;
• application of the method to scenario analysis.
The determination of coefficients of criticality and efficiency for the elements in an area is carried out by
applying algorithms to solve a set of non-linear equations; these equations are defined by analysing the
graph of reciprocal influence between the elements
of an area and quantifying the intensity of these influences.
Environmental and land engineers with suitable IT
skills (use of Territorial Information Systems, databases, etc.).
Zusammenhang mit Notfallmaßnahmen.
Bemerkungen
Die vorgeschlagene Methode ist um so nützlicher, als
das Gelände durch eine Vielzahl von heterogenen
Elementen gekennzeichnet ist, die funktionell beeinflusst werden.
Aktivitäten
Das nötige Vorgehen zur Einschätzung der
Verletzbarkeit eines Geländesystems kann in drei
Phasen eingeteilt werden:
• Analyse und Organisation der Informationen über
das Geländesystem;
• Definition der Methode ad hoc;
• Anwendung auf die Analyse der Szenarien.
Die Bestimmung der Koeffizienten für die Anfälligkeit
und Effizienz der Geländeelemente erfolgt über die
Anwendung eines algorhythmischen Prozesses zur
Lösung einer Reihe von nicht linearen Gleichungen.
Die Aufstellung dieser Gleichungen ergibt sich aus
der Analyse des Graphen zur Darstellung der gegenseitigen Einflüsse zwischen den Geländeelementen
und der Quantifizierung der Intensität dieser
Einflüsse.
Umweltingenieure und Geländeingenieure mit ausreichenden Computerkenntnissen (Verwendung von
Gelände-Informationssystemen, Datenbanken und
ähnliches).
284
Note
La metodologia proposta risulta tanto più utile quanto più il territorio è caratterizzato da una molteplicità
di elementi eterogenei interessati da relazioni di
influenza di tipo funzionale.
Attività
Le attività necessarie per la valutazione della vulnerabilità di un sistema territoriale possono essere suddivise in tre fasi:
• analisi e organizzazione delle informazioni relative
al sistema territoriale;
• definizione di metodologia ad hoc;
• applicazione all’analisi di scenari.
La determinazione dei coefficienti di criticità e di efficienza per gli elementi territoriali avviene attraverso
l’applicazione di una procedura algoritmica per la
risoluzione di un set di equazioni non lineari; la definizione di tali equazioni proviene dall’analisi del grafo
realizzato per la rappresentazione delle influenze
reciproche tra gli elementi territoriali e dalla quantificazione delle intensità di tali influenze.
Ingegneri ambientali e del territorio dotati di adeguate capacità informatiche (uso di Sistemi Informativi
Territoriali, di basi dati, etc.).
Acceptable risk model
§ 5.2.2.A/1 AMMINISTRAZIONE PROVINCIALE DELLA SPEZIA
§ 5.2.2.A/1 AMMINISTRAZIONE PROVINCIALE DE LA SPEZIA
Italy - Liguria
Village – Ort -Comune
La Spezia
Magra
Vara
Figure 5.2.2.A/1.1 Location of Val di Vara in the east
of the region of Liguria (Imperia).
Figur 5.2.2.A/1.1 Lage des Val di Vara im Osten von Ligurien (I).
Figura 5.2.2.A/1.1 Localizzazione della Val di Vara
nella parte orientale del territorio ligure (I).
Figure 5.2.2.A/1.2 Val di Vara and its main hydrographic network.
Figur 5.2.2.A/1.2 Das Val di Vara und sein hydrografisches Netz.
Figura 5.2.2.A/1.2 La Val di Vara e il suo principale reticolo idrografico.
285
The Magra torrent catchment includes Val di Vara,
Lunigiana and the lower Val di Magra in Liguria and
covers land in 2 regions, 4 provinces, 6 mountain
communities and 51 communes; around 152.000
people live there, mainly in the lower area of Val di
Magra in Liguria. The surface of the Magra-Vara
hydrographic basin is 1.698.5 km2, 983.9 km2 of
which lies in Tuscany and 714.6 km2 in Liguria. The
sample area chosen for the systemic vulnerability
analysis was Val di Vara, which is characterised by
prevalently mountainous/hilly terrain. The area was
deemed to be of interest for the purposes of the
analysis in question in view of the vicinity of a number of towns to the hydrographic network, including a
number within the flood risk area, with a return period as low as 30 years. Moreover, the terrain has been
subject to a considerable number of landslides located both in the urban area and its immediate vicinity,
and lastly, the urban areas are scattered throughout
the area and marked by a dense network of road
infrastructures. Furthermore, in view of the fact that
the Vara river lies within the inter-regional catchment
of the Magra torrent, the Hydrogeological Plan for the
former represents a good source of information,
above all with regards to aspects of civil protection,
which this study is principally concerned with. Other
types of information, above all those linked to the
man-made elements in the area, were supplied by
the various departments of the Provincial
Administration in La Spezia.
Das Becken des Flusses Magra umfasst das Val di
Vara, das Gebiet von Luni und das untere Val di
Magra von Ligurien. Es schneidet zwei Regionen,
vier Provinzen, sechs Berggemeinden und 51
Gemeinden und zählt etwa 152.000 Einwohner, die
sich vor allem im Gebiet von Ligurien im unteren
Magra-Tal konzentrieren. Die Fläche des hydrografischen Magra-Vara-Beckens beträgt 1.698.5
Quadratkilometer, von denen 983.9 in der Toskana
und
714.6
in
Ligurien
liegen.
Das
Untersuchungsgebiet, in dem die Analysemethode
zur Einschätzung der systematischen Verletzbarkeit
im Hinblick auf das hydrologische Risiko angewendet
wurde, ist das Val di Vara, das in geografischer
Hinsicht vor allem von Bergen und Hügeln gekennzeichnet ist. Das Gebiet wurde für die Zwecke der
vorliegenden Analyse als interessant eingestuft, weil
die Ortschaften in der Nähe des hydrografischen
Netzes liegen, einige sogar innerhalb des Überflutungsgebietes mit einer Überschwemmungsfrequenz
von 30 Jahren. Außerdem zeichnet sich das Gebiet
durch zahlreiche Erdrutsche sowohl in den bewohnten Gebieten, als auch in deren direkter
Nachbarschaft aus. Und schließlich haben die
Ortschaften eine weit im Gelände verstreute
Entwicklung durchgemacht, was zu einer besonders
stark kapillar entwickelten Infrastruktur geführt hat.
Der Fluss Vara verläuft im interregional bedeutenden
Becken des Magra, und der Hydrologische
Verlaufsplan für diesen erlaubt die Erfassung einer
großen Menge von Informationen, vor allem im
Hinblick auf Aspekte des Zivilschutzes, auf den sich
diese Untersuchung konzentriert. Die anderen
Informationen, vor allem solche, die den anthropischen Aspekt betreffen, wurden durch verschiedene
Stellen der Provinzverwaltung von La Spezia zur
Verfügung gestellt.
Il bacino del T. Magra comprende la Val di Vara, la
Lunigiana e la bassa Val di Magra ligure e vi ricadono 2 Regioni, 4 Province, 6 Comunità Montane, 51
Comuni e vi risiedono circa 152.000 persone, concentrate principalmente nel territorio ligure della
bassa valle del Magra. La superficie del bacino idrografico Magra-Vara è di 1.698.5 km2, di cui 983.9 km2
ricadenti in Toscana e 714.6 km2 in Liguria. L’area
campione alla quale è stata applicata la metodologia
di analisi per la valutazione della vulnerabilità sistemica per il rischio idrologico è la Val di Vara, caratterizzata da una conformazione geografica prevalentemente montagnoso-collinare. L’area è stata ritenuta
interessante ai fini dell’analisi in oggetto innanzi tutto
a causa della vicinanza dei diversi centri abitati al
reticolo idrografico, nonché della localizzazione di
alcuni di essi all’interno della fascia di inondabilità
anche per periodo di ritorno 30 anni; inoltre il territorio è caratterizzato da una considerevole presenza di
frane localizzate sia nell’area di urbanizzazione, sia
nelle immediate vicinanze; infine gli aggregati urbani
dell’area sono caratterizzati da uno sviluppo sparso
sul territorio e contraddistinto da una forte capillarità
dei collegamenti infrastrutturali. Inoltre, poiché il F.
Vara ricade all’interno del bacino di rilevanza interregionale del T. Magra, l’esistenza del Piano di Assetto
Idrogeologico ad esso relativo permette di ottenere
una notevole quantità di informazioni, soprattutto per
quanto riguarda gli aspetti di protezione civile, cui
questo studio principalmente si rivolge. Le altre informazioni, soprattutto legate all’assetto antropico del
territorio, sono state rese disponibili dai diversi uffici
dell’Amministrazione Provinciale di La Spezia.
286
The study of environmental and man-made elements
in the test area enabled us to characterise the area in
detail. The entire area was divided into a variety of
different functional systems, and a database was created with information on population and housing, as
well as industry, education, tourism and transport.
Once the centres which offer services to the community in emergency situations had been identified
(hereinafter service centres) we mapped these using
GIS. A database was also created for these centres,
identifying the number of staff and vehicles (divided
into different types) belonging to each centre, as well
as identifying temporary facilities for use during and
after an emergency (hospitals, accident and emergency departments, clinics, meeting points, etc. ).
We then drew up a general methodology to evaluate
the efficiency and critical points of the elements in the
local system, with the aim of evaluating the status of
the system itself should it be subject to an event representative of a given scenario. The basic assumption was that an element subject to an event is characterised by a level of criticality in proportion to the
intensity of physical/functional damage that this
undergoes, as well as to the shortcomings of service
centres and infrastructures that should intervene during an emergency to restore conditions of normality.
It was also assumed that service centres and infrastructures are efficient only if undamaged and correctly supported by any other elements connected to
them. In the methodology developed for the
CatchRisk Project, the local system is represented by
a graph, with points representing the elements (residential areas, stretches of road infrastructures,
health centres, etc. ) of that system, while the lines
represent the functional relations which exist
between those elements and which are able to influence criticality and/or efficiency. The structure of this
Die Untersuchung von umweltbezogenen und anthropischen Aspekten des Testgebietes hat es ermöglicht,
das Gelände punktgenau zu beschreiben. Im Anschluss
an die Unterteilung des gesamten Geländesystems in
die einzelnen funktionellen Systeme wurde eine
Datenbank mit Informationen aufgebaut, die vor allem
Bevölkerung und Wohnbauten betrifft und außerdem
Produktion, Schulwesen, Tourismus und Verkehr berükksichtigt. Nachdem die Zentren gekennzeichnet wurden, die der Bevölkerung im Notfall Hilfestellung leisten
(in der Folge Notfallzentren genannt), wurden sie in
einer GIS-Umgebung erfasst. Auch für diese Zentren
wurde eine Datenbank erstellt; es wurde ihnen eine
Anzahl von Personen und Mitteln (eingeteilt nach
Typen) zur Verfügung gestellt, außerdem wurden die
Zentren für die Aufnahme von Personen während und
nach einem Notfall lokalisiert (Krankenhäuser,
Notaufnahmen,
medizinische
Strukturen,
Sammelstellen und ähnliches).
Anschließend wurde eine allgemeine Methode
bestimmt, mit der die Effizienz und die Anfälligkeit der
Elemente des Geländesystems eingeschätzt werden
soll. Damit soll der Zustand des Systems bewertet
werden, wenn dieses einem außergewöhnlichen
Ereignis und dem damit verbundenen Szenario ausgesetzt wird. Die Grundannahme ist die, dass ein
Element, das einem Ereignis ausgesetzt wird, sich in
seiner Anfälligkeit proportional zum physischen und
funktionellen Schaden verhält, den es erleidet, sowie
zum Ausfall der Notfallzentren und der Infrastrukturen,
die in der Notfallphase zur Wiederherstellung des
Normalzustandes beitragen sollten. Außerdem wird
angenommen, dass die Notfallzentren und die
Infrastrukturen nur dann wirksam sind, wenn sie sich
physisch in einem unversehrten Zustand befinden und
von anderen mit ihnen verbundenen Elementen angemessen unterstützt werden. Die für das Projekt
CatchRisk entwickelte Methode schematisiert das
Geländesystem über einen Graphen, dessen
Lo studio degli aspetti ambientali e antropici dell’area
test ha consentito di caratterizzare puntualmente il
territorio. A seguito della suddivisione dell’intero
sistema territoriale nei diversi sistemi funzionali, è
stata predisposta una base dati contenente informazioni su popolazione e abitazioni, nonché sui diversi
assetti produttivo, scolastico, turistico e dei trasporti.
Una volta individuati i centri che forniscono servizio
alla popolazione in caso di evento eccezionale (di
seguito denominati centri erogatori di servizio), si è
proceduto alla loro mappatura in ambiente GIS.
Anche nel caso di tali centri si è proceduto alla creazione di una base dati, consistente nell’individuazione del numero di personale e di mezzi (suddivisi per
tipologia) di ciascun ente, nonché nella localizzazione dei centri preposti all’accoglienza nelle fasi di
emergenza e post-emergenza (ospedali, pronto soccorso, ambulatori, luoghi di aggregazione, etc. ).
È stata quindi definita una metodologia di carattere
generale per la valutazione dell’efficienza e della criticità degli elementi facenti parte di un sistema territoriale, allo scopo di valutare lo stato del sistema
stesso nel caso in cui questo sia sottoposto ad un
evento caratterizzante un certo scenario.
L’assunzione di base è che un elemento soggetto ad
un evento è caratterizzato da una criticità proporzionale all’intensità del danno fisico/funzionale che subisce, nonché al mancato funzionamento degli erogatori di servizio e delle infrastrutture che dovrebbero
intervenire nella fase di emergenza per ripristinare le
condizioni di normalità; inoltre si assume che gli erogatori di servizio e le infrastrutture siano efficienti
solo se sono fisicamente integri e se sono correttamente supportati da altri elementi ad essi eventualmente collegati. Nella metodologia sviluppata per il
Progetto CatchRisk, il sistema territoriale viene schematizzato tramite un grafo orientato, i cui nodi rap-
287
graph is used as the basis for determining a number
of mathematical relationships, which can be used to
evaluate the criticality of elements that would require
service in an event scenario, and the efficiency of
those elements which are designed to provide that
service. We also defined the structure of mathematical functions that can be used to measure the intensity of relations of functional dependency between
the various categories of local elements, according to
information which is as objective as possible and can
be inferred from an analysis of the elements themselves. These functions vary according to the category of elements considered, but are all characterised
by a structure in which the importance of the relation
depends on the rapport between demand (damaged
elements) and supply (service centres) of service
during an emergency, as well as the distance
between the two elements.
The methodology for analysing systemic vulnerability
was then applied to Val di Vara in relation to riverrelated events. Four different scenarios were defined:
the first two refer to an event with a return period of
200 years, while the other two refer to an event with
a return period of 500 years. The scenarios also differed according to the season (summer/winter) when
the hypothetical event takes place. The analysis of
the systemic vulnerability of Val di Vara was then carried out for each of the four scenarios, obtaining the
results which are summarised in the following paragraph.
288
Knotenpunkte die Elemente des Systems darstellen
(Siedlungen, Straßenabschnitte, Krankenhäuser und
ähnliches), während die Kreisbögen die funktionellen
Beziehungen zwischen den Elementen repräsentieren, die die Anfälligkeit oder Effizienz beeinflussen. Die
Struktur des Graphen wird als Grundlage für die
Definition eines Ensembles von mathematischen
Beziehungen verwendet, die eine Einschätzung der
Anfälligkeit derjenigen Elemente möglich macht, die
bei dem angewandten Szenario Hilfe benötigen, sowie
die Effizienz der Elemente, die diese Hilfe zur
Verfügung stellen. Es wurde außerdem eine Struktur
von mathematischen Funktionen erstellt, die für eine
Quantifizierung der Intensität der funktionellen
Abhängigkeitsbeziehungen herangezogen werden
können, die zwischen den einzelnen Elementen des
Geländes herrschen. Grundlage sind Informationen,
die so objektiv wie möglich gehalten werden und aus
der Analyse der Elemente selbst ableitbar sein sollten.
Diese Funktionen unterscheiden sich je nach den
Kategorien der einbezogenen Elemente, sind aber alle
durch eine Struktur gekennzeichnet, in der die
Bedeutung der Beziehungen von dem Verhältnis zwischen Nachfrage (beschädigte Elemente) und
Angebot (Notfallzentren) im Notfall gekennzeichnet
sind, außerdem von der Entfernung zwischen den
Elementen.
Die Methode zur Analyse der systematischen
Verletzbarkeit wurde also auf das Val di Vara im
Hinblick auf fluviale Prozesse angewandt. Es wurden
vier verschiedene Szenarien erarbeitet: die ersten
beiden beziehen sich auf ein Ereignis mit einer
Wiederholungsrate von 200 Jahren, die anderen beiden auf ein Ereignis mit einer Wiederholungsrate von
500 Jahren. Die weitere Differenzierung zwischen
den Szenarien erfolgte über die Jahreszeit (Sommer
– Winter), in der das angenommene Ereignis eintritt.
Die Analyse der Verletzbarkeit des Geländesystems
des Val di Vara wurde dann für jedes der vier
Ereignisse durchgeführt. Die Ergebnisse werden im
folgenden Abschnitt zusammengefasst.
presentano gli elementi (aree insediative, tratti di
infrastrutture stradali, centri sanitari, etc. ) di tale
sistema, mentre gli archi rappresentano le relazioni
funzionali che esistono tra tali elementi e che sono in
grado di influenzarne la criticità e/o l’efficienza. La
struttura del grafo è utilizzata come base per definire
un insieme di relazioni matematiche, utili a valutare la
criticità degli elementi che nell’evento di scenario
richiedono servizio, e l’efficienza degli elementi che
sono adibiti a fornire tale servizio. È stata inoltre definita la struttura di funzioni matematiche che possono
essere utilizzate per la quantificazione dell’intensità
delle relazioni di dipendenza funzionale che intercorrono tra le diverse categorie di elementi territoriali,
sulla base di informazioni il più possibili oggettive e
desumibili dall’analisi degli elementi stessi. Tali funzioni sono diverse a seconda delle categorie di elementi considerati, ma sono tutte caratterizzate da
una struttura in cui l’importanza della relazione
dipende dal rapporto tra domanda (per gli elementi
danneggiati) e offerta (per gli erogatori di servizio) di
servizio in fase di emergenza, nonché dalla distanza
tra i due elementi.
La metodologia di analisi della vulnerabilità sistemica
è stata quindi applicata alla Val di Vara in relazione a
processi di tipo fluviale. Sono stati definiti 4 differenti
scenari: i primi due scenari si riferiscono ad un evento caratterizzato da periodo di ritorno di 200 anni,
mentre gli altri due ad un evento caratterizzato da
tempo di ritorno 500 anni. L’ulteriore differenziazione
tra gli scenari è relativa alla stagione (estiva/invernale) in cui si ipotizza che l’evento avvenga. L’analisi di
vulnerabilità del sistema territoriale della Val di Vara è
stata quindi effettuata per ciascuno dei quattro scenari considerati, ottenendo i risultati che verranno
sintetizzati nel corso del successivo paragrafo.
5.2.2.A/1.3 Results
5.2.2.A /1.3 Ergebnisse
For each scenario considered we evaluated the levels of criticality and/or efficiency of all the elements in
the local system. The results obtained for the first two
scenarios do not differ significantly, neither do the
results obtained for scenarios 3 and 4.
In general it can be seen that the most critical elements are not those subjected to the most damage in
the event scenarios. This is the case, for example, of
Varese Ligure, which in Scenario 1 proves to be the
most critical element, while in the same scenario the
town which is most damaged is Riccò del Golfo.
Moreover, in view of the difference between criticality
and level of direct damage (that is, resulting from the
event, without including the influence of shortcomings in other local elements), the town where this is
highest is Brugnato.
For the sake of brevity, we present only the results for
scenario 1, which are summarised in Figures
5.2.2.A/1.3, 5.2.2.A/1.4, and 5.2.2.A/1.5, and Table
5.2.2.A/1.6. The first figure regards the criticality of
urban centres; the second, which shows the difference between criticality and direct damage, highlights how even low levels of damage can be associated with high levels of criticality, where key services
are affected; the third represents the residual efficiency of the stretches of road in consideration, and
the table shows the efficiency of the elements
designed to provide services during an emergency.
Für jedes berücksichtigte Szenario wurden die Werte
für Anfälligkeit und Effizienz für jedes Element des
Geländesystems ermittelt. Die Ergebnisse für die
ersten beiden Szenarien unterscheiden sich nicht
signifikant, das gilt auch für die Ergebnisse der
Szenarien 3 und 4.
Allgemein kann festgestellt werden, dass die
Elemente mit einer höheren Anfälligkeit nicht mit
denen identisch sind, die von den Ereignissen des
Szenarios am schwersten geschädigt werden. Das
ist zum Beispiel der Fall in Varese Ligure, das beim
Szenario 1 als der Ort mit der höchsten Anfälligkeit
auffiel, während im selben Szenario der am stärksten
geschädigte Ort Riccò del Golfo war. Der größte
Unterschied zwischen Anfälligkeit und direktem
Schaden (oder Schaden, der sich aus dem im
Szenario dargestellten Ereignis ergab, ohne dabei
die Wirkung einzuschließen, die durch den eventuellen Einfluss von anderen und wenig funktionellen
Geländeelementen zurückgeht) zeigte sich in der
Ortschaft Brugnato.
Aus Platzgründen werden in diesem Kontext nur die
Ergebnisse aus dem Szenario 1 vorgestellt, die in
den Figuren 5.2.2.A/1.3, 5.2.2.A/1.4, 5.2.2.A/1.5 und
in der Tabelle 5.2.2.A/1.6 dargestellt sind. Das erste
Bild bezieht sich auf die Anfälligkeit der Ortschaften,
das zweite zeigt den Unterschied zwischen
Anfälligkeit und direktem Schaden und belegt, dass
unter Umständen auch eine hohe Anfälligkeit nicht zu
großen Schäden führt. Das dritte Bild zeigt die
Resteffizienz der betrachteten Straßen, und die
Tabelle zeigt die Effizienzwerte zu den Elementen,
die im Notfall helfen sollen.
Per ciascuno scenario considerato, sono stati valutati i valori di criticità e/o di efficienza per tutti gli elementi del sistema territoriale. I risultati ottenuti per i
primi due scenari non differiscono significativamente
tra loro, così come avviene per i risultati ottenuti per
gli scenari 3 e 4.
In generale, si nota che gli elementi con criticità maggiore non coincidono con quelli maggiormente danneggiati dagli eventi di scenario. È il caso, ad esempio, di Varese Ligure, che nello Scenario 1 risulta
essere l’elemento caratterizzato da maggiore criticità, mentre l’aggregato insediativo che risulta maggiormente colpito, sempre nello stesso scenario, è
Riccò del Golfo. Inoltre, considerando la differenza
tra criticità e livello di danno diretto (ovvero conseguente all’evento di scenario, senza includere l’effetto dovuto all’eventuale influenza di altri elementi territoriali poco funzionali), l’aggregato urbano per cui
tale valore è maggiore appartiene al comune di
Brugnato.
Per necessità di sintesi in questo contesto vengono
presentati solo i risultati relativi allo scenario 1, che
sono sintetizzati nelle Figure 5.2.2.A/1.3, 5.2.2.A/1.4,
5.2.2.A/1.5, e in Tabella 5.2.2.A/1.6. La prima figura è
relativa alla criticità degli aggregati urbani; la seconda figura, che riporta la differenza tra criticità e danno
diretto mette in luce come a danni anche poco rilevanti possono essere associate elevate criticità nel
caso in cui sono colpiti servizi significativi; la terza
rappresenta l’efficienza residua degli archi stradali
considerati; infine la tabella riporta i valori di efficienza relativi agli elementi preposti a fornire servizio in
fase di emergenza.
289
Figure 5.2.2.A/1.3 Representation of the criticality of the towns of Val di Vara.
Figur 5.2.2.A/1.3 Darstellung der Anfälligkeit der Orte im Val di Vara.
Figura 5.2.2.A/1.3 Rappresentazione della criticità degli aggregati urbani
della Val di Vara.
290
Figure 5.2.2.A/1.4 Representation of the difference between criticality
and direct damage in the towns of Val di Vara.
Figur 5.2.2.A/1.4 Darstellung der Unterschiede zwischen Anfälligkeit
und direktem Schaden für die Ortschaften des Val di Vara.
Figura 5.2.2.A/1.4 Rappresentazione della differenza tra criticità
e danno diretto per gli aggregati urbani della Val di Vara.
Figure 5.2.2.A/1.5 Representation of the residual efficiency of stretches
of the road network in Val di Vara.
Figur 5.2.2.A/1.5 Darstellung der Resteffizienz des Straßennetzes im Val di Vara.
Figura 5.2.2.A/1.5 Rappresentazione dell’efficienza residua degli archi
della rete stradale della Val di Vara.
Figure 5.2.2.A/1.6 Efficiency of the elements designed to provide
services during an emergency in Val di Vara.
Figur 5.2.2.A/1.6 Werte für die Effizienz der Elemente im Val di Vara,
die im Notfall Hilfe leisten sollen.
Figura 5.2.2.A/1.6 Valori di efficienza degli elementi preposti a fornire
servizio in fase di emergenza in Val di Vara.
291
The application of the procedure to evaluate the systemic vulnerability of Val di Vara underlines a number
of important aspects, some directly linked to the area
in question, and some more general considerations.
First and foremost, even in an area characterised by
a low level of urbanisation, the existence of functional links between the various elements involved in
emergency management can have considerable
repercussions on the area as a whole, even to the
point of shifting criticality (and therefore demand for
services) from the areas more affected by an event to
other areas, which in a preliminary analysis may
appear less affected. This type of information can be
used in planning the emergency management structure, whether locally or for the entire system, with
regards to both intervention procedures and
resources to allocate.
The proposed procedure can be easily applied to
other local areas, once the necessary information for
the analysis has been arranged in a similar way to
the strategy applied to Val di Vara. This also applies
to evaluating the level of influence between the various elements in the system. The methodology is in
fact based on information which can be inferred from
an objective analysis of the area, and can therefore
be used to evaluate the reciprocal influence of elements belonging to any local system.
Die Anwendung des Bewertungsprozesses für die
systematische Verletzbarkeit auf das Val di Vara
unterstreicht einige wichtige allgemeine Aspekte und
einige andere, die mit der Situation vor Ort direkt in
Verbindung stehen.
Vor allem kann die Existenz von funktionellen
Bindungen zwischen den einzelnen Elementen, die
an den Notfalleinsätzen beteiligt sind, auch in wenig
urbanisierten Gebieten spürbare Auswirkungen auf
das Gesamtgebiet haben, wobei sich unter
Umständen auch die Anfälligkeit (und damit die
Nachfrage nach solchen Einsätzen) von den am
stärksten betroffenen Gebieten in andere veschiebt,
die nach einer vorläufigen Analyse weniger betroffen
zu sein schienen. Solche Informationen können in
der Planungsphase von der Notfallzentrale für die
Einsatzplanung
und
die
Planung
der
Ressourcenverteilung verwendet werden, und zwar
auf lokaler Ebene oder auch auf der Ebene des
gesamten Geländesystems.
Der vorgeschlagene Ablauf kann leicht auch auf
andere Geländesituationen übertragen werden,
wenn die zur Analyse nötigen Informationen nach
dem Beispiel des Val di Vara sortiert sind. Das gilt
auch für die Einschätzung der Beziehungen zwischen den einzelnen Elementen im Gelände. Die vorgeschlagene Methode basiert auf Informationen, die
von einer objektiven Analyse des Geländes ableitbar
sind. Sie kann daher für die Einschätzung der wechselseitigen Einflüsse von Elementen in einem beliebigen Geländesystem herangezogen werden.
L’applicazione della procedura di valutazione della
vulnerabilità sistemica alla Val di Vara sottolinea alcuni importanti aspetti, direttamente legati alla realtà
territoriale in esame, oppure di carattere più generale.
Innanzittutto, anche in una realtà territoriale caratterizzata da un’urbanizzazione poco accentuata, l’esistenza di legami funzionali tra i vari elementi coinvolti nella gestione delle emergenze può provocare
notevoli ripercussioni sul territorio nel suo complesso, eventualmente anche spostando la criticità (e
quindi la domanda di servizio) dalle zone più colpite
da un evento ad altre che, da un’analisi preliminare,
potrebbero sembrare meno coinvolte. Tali informazioni possono essere usate in fase di pianificazione, a
livello locale o a livello dell’intero sistema territoriale,
della struttura di gestione delle emergenze, per
quanto riguarda sia le procedure di intervento, sia le
risorse da allocare.
La procedura proposta può essere agevolmente
applicata anche ad altre realtà territoriali, una volta
organizzate le informazioni necessarie all’analisi in
maniera analoga a quanto fatto per la Val di Vara.
Tale discorso è valido anche per quanto riguarda la
valutazione dell’entità delle influenze tra i diversi elementi territoriali. Infatti, la metodologia proposta si
basa su informazioni desumibili da un’analisi oggettiva del territorio, e può quindi essere utilizzata per la
valutazione delle reciproche influenze di elementi
appartenenti a un qualsivoglia sistema territoriale.
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Finito di stampare nel mese di giugno 2005
AGES ARTI GRAFICHE
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MITIGATION OF HYDRO-GEOLOGICAL RISK IN ALPINE

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