Quantifying the risk to life posed by hyperconcetrated flows

2012-2013In recent years, the disasters caused by landslides tragically increased due to the demographic growth and the indiscriminate use of land. Among the different types of landslides, flow-like phenomena - often simultaneously affecting large areas - are associated with the most catastrophic consequences in terms of loss of human life and economic damage. Understanding, forecasting and controlling the risk posed by flow-like phenomena are now recognised to be a priority for the safety of human life. As a result, a growing interest of both technical and scientific Communities, in performing risk analyses aimed at estimating the risk in a quantitative way has been recorded (Corominas et al., 2013). This PhD Thesis focus on the use of the quantitative risk analysis (QRA) procedures, specifically aimed at estimating the risk to life posed by flow-like phenomena. The use of QRA can allow the overcoming of some limits inherent to qualitative risk analyses in addressing practical problems (i.e. the prioritisation of management and mitigation actions as well as the allocation of associated resources). However, mainly theoretical contributions are provided on the topic at the international level. This can be due to the complexity of the procedures to be adopted for QRA purposes as well as to the significant amount of required input data (of both technical and socio-economic nature). The main goal of this research is to fill this gap by applying, improving and optimising the use of the QRA as a formal and structured tool for professionals involved in the management of the risk posed by flow-like phenomena. In this regard, the research activities focus on the quantitative estimation of the risk for loss of life, at medium and site-specific scale, posed by the occurrence of hyperconcentrated flows. The Thesis preliminarily provides a description of the main features of the flow-like phenomena, with an emphasis to those dealing with debris flows and hyperconcentrated flows. Then, the basic concepts and methodological approaches (with their limits and potentialities) of both qualitative and quantitative risk analysis and zoning are discussed. An overview of the current risk zoning in Italy, performed via qualitative risk analyses, is thus presented. On the basis of the above premises, the relevant benefits that, at regional and at site-specific scales, can be achieved passing from a qualitative to a quantitative risk analysis are highlighted. At medium scale, the analysis of historical records of landslide events in the Campania region (southern Italy) allows the identification and the characterisation of the different flow-like phenomena that may occur. In particular, these latter are individuated within a homogeneous geological context where carbonate slopes are covered by pyroclastic soils systematically affected by rainfall-induced slope instabilities later propagating as – often catastrophic in terms of life and properties losses – debris flows or hyperconcentrated flows. The thorough studies and researches carried out as well as the original results achieved allow to make relevant considerations – from both technical and scientific points of view – concerning both their spatial and temporal distribution (in terms of frequency) and the initial and boundary conditions which influence their occurrence. At detailed scale, the research activity focus on the quantitative estimate of the risk to life loss with reference to residents at the toe of Monte Albino (located in the Municipality of Nocera Inferiore (SA), Campania region), posed by the occurrence hyperconcentrated flows. The novelty of the proposed procedure consists in conjugating the fundaments of the risk theory with the geotechnical approach, providing a deeper understanding of the mechanisms that leads to the different and complex stages of movement. To this aim, a thorough in-situ investigations (with the purpose of framing the geological and geomorphological characteristics and to identify the 'hillslope' proneness to different slope instabilities, to characterise the spatial distribution of soil pyroclastic covers and their litho-stratigraphic structure) and laboratory tests (in order to have a complete physical and mechanical characterisation of the involved soils) are carried out. This study represents the indispensable prerequisite for the correct engineering modelling of phenomena at detailed scale - from the triggering stage to the propagation stage - obtaining in this way the definition of different hazard scenarios. The obtained results are used to estimate the expected consequences in terms of loss of human life with reference both to the most exposed persons within each of the impacted houses (to which corresponds the highest temporal-spatial probability) and to the average exposed person in open space (representing the average behaviour of a group of people). Finally, the procedure of quantitative risk estimate has allow to rank the portions of the urbanised territory at risk and, consequently, to provide a prioritisation of the areas needing structural mitigation measures. [edited by author]XII n.s

The Occurrence and Behavior of Rainfall-Triggered Landslides in Coastal British Columbia

This thesis seeks to analyze the occurrence and behavior of rainfall-triggered landslides in coastal British Columbia. In particular, it focuses on the analysis of landslide temporal and spatial distributions occurrence and their magnitudes, and considers the major factors that influence regional landslide behavior. Implicit in the research is the understanding that the landscape of coastal BC is managed, and that landslides, in addition to occurring naturally may be caused by, and certainly impact, resources that are important to humankind. Underlying each chapter is the rationale that by better understanding the causes of, and controls on landslide occurrence and magnitude, we can reduce the impacts and lower the associated risk. Statistical magnitude-frequency relationships are examined in coastal BC. Observations suggest that landslides in coastal British Columbia tend to a larger size until about 10,000 m2 in total area. At this point larger landslides are limited by landscape controls according to a power law. Probabilistic regional hazard analysis is one logical outcome of magnitude-frequency analysis and a regional mass movement hazard map for Vancouver Island is presented. Physiographic controls on statistical magnitude-frequency distributions are examined using a cellular automata based model and results compare favorably to actual landslide behavior: modeled landslides bifurcate at local elevation highs, deposit mass preferentially where the local slopes decrease, find routes in confined valley or channel networks, and, when sufficiently large, overwhelm the local topography. The magnitude-frequency distribution of both the actual landslides and the cellular automata model follow a power law for magnitudes higher than 10,000 m2 - 20,000 m2 and show a flattening of the slope for smaller magnitudes. The results provide strong corroborative evidence for physiographic limitations related to slope, slope distance and the distribution of mass within landslides. The physiographic controls on landslide magnitude, debris flow mobility and runout behavior is examined using detailed field and air photograph analysis. The role of slope on deposition and scour is investigated and a practical method for estimating both entrainment and runout in the field, as well as in the GIS environment, is presented. Further controls on landslide mobility, including the role of gullies and stream channels, roads and benches and intact forests, are considered. The role of landslides in controlling landscape physiography is also examined. In particular, it is determined that moderate-sized landslides do the most work transporting material on hillslopes, defined by a work peak, and that magnitude varies based on local physiography and climate. Landslides that form the work peak are distinct from catastrophic landslides that are themselves formative and system resetting. The persistence time for debris slides/debris flows and rock slides/rock avalanches is calculated over six orders of magnitude and an event is considered catastrophic when it persists in the landscape ten times longer than the population of landslides that form the work peak. A detailed case study examines meteorological controls on landslide occurrence and the role of extreme weather is considered. A critical onset of landslide triggering rainfall intensity is determined to be between 80 mm and 100 mm in 24 hours and wind is determined to result in increased local precipitation. The role of rain-on-snow is also evaluated and determined to be crucial to landslide occurrence. Finally, a conceptual model of landslide-induced denudation for coastal mountain watersheds spanning 10,000 years of environmental change is presented. Recent human impacts are calculated for landslide frequencies over the 20th century. The impact of logging during the last 100 years is unambiguous; logging induced landslides almost doubles the effect frequency of the wettest millennia in the last 10,000 years. This suggests that the impact of logging outpaces that of climatic change. Debris slides and debris flows are estimated to have resulted in a landscape lowering of 0.7 m across the Vancouver Island during the last 10,000 years

Atti del XXXV Convegno Nazionale di Idraulica e Costruzioni Idrauliche

La XXXV edizione del Convegno Nazionale di Idraulica e Costruzioni Idrauliche (IDRA16), co-organizzata dal Gruppo Italiano di Idraulica (GII) e dal Dipartimento di Ingegneria Civile, Chimica, Ambientale, e dei Materiali (DICAM) dell’Alma Mater Studiorum - Università di Bologna, si è svolta a Bologna dal 14 al 16 settembre 2016. Il Convegno Nazionale è tornato pertanto ad affacciarsi all’ombra del “Nettuno”, dopo l’edizione del 1982 (XVIII edizione). Il titolo della XXXV edizione, “Ambiente, Risorse, Energia: le sfide dell’Ingegneria delle acque in un mondo che cambia”, sottolinea l’importanza e la complessità delle tematiche che rivestono la sfera dello studio e del governo delle risorse idriche. Le sempre più profonde interconnessioni tra risorse idriche, sviluppo economico e benessere sociale, infatti, spronano sia l’Accademia che l’intera comunità tecnico-scientifica nazionale ed internazionale all’identificazione ed alla messa in atto di strategie di gestione innovative ed ottimali: sfide percepite quanto mai necessarie in un contesto ambientale in continua evoluzione, come quello in cui viviamo. La XXXV edizione del Convegno di Idraulica e Costruzioni Idrauliche, pertanto, si è posta come punto d’incontro della comunità tecnico-scientifica italiana per la discussione a tutto tondo di tali problematiche, offrendo un programma scientifico particolarmente ricco e articolato, che ha coperto tutti gli ambiti riconducibili all’Ingegneria delle Acque. L’apertura dei lavori del Convegno si è svolta nella storica cornice della Chiesa di Santa Cristina, uno dei luoghi più caratteristici e belli della città ed oggi luogo privilegiato per l’ascolto della musica classica, mentre le attività di presentazione e discussione scientifica si sono svolte principalmente presso la sede della Scuola di Ingegneria e Architettura dell’Università di Bologna sita in Via Terracini. Il presente volume digitale ad accesso libero (licenza Creative Commons 4.0) raccoglie le memorie brevi pervenute al Comitato Scientifico di IDRA16 ed accettate per la presentazione al convegno a valle di un processo di revisione tra pari. Il volume articola dette memorie in sette macro-tematiche, che costituiscono i capitoli del volume stesso: I. meccanica dei fluidi; II. ambiente marittimo e costiero; III. criteri, metodi e modelli per l’analisi dei processi idrologici e la gestione delle acque; IV. gestione e tutela dei corpi idrici e degli ecosistemi; V. valutazione e mitigazione del rischio idrologico e idraulico; VI. dinamiche acqua-società: sviluppo sostenibile e gestione del territorio; VII. monitoraggio, open-data e software libero. Ciascuna macro-tematica raggruppa più sessioni specialistiche autonome sviluppatesi in parallelo durante le giornate del Convegno, i cui titoli vengono richiamati all’interno del presente volume. La vastità e la diversità delle tematiche affrontate, che ben rappresentano la complessità delle numerose sfide dell’Ingegneria delle Acque, appaiono evidenti dalla consultazione dell’insieme di memorie brevi presentate. La convinta partecipazione della Comunità Scientifica Italiana è dimostrata dalle oltre 350 memorie brevi, distribuite in maniera pressoché uniforme tra le sette macro-tematiche di riferimento. Dette memorie sono sommari estesi di lunghezza variabile redatti in lingua italiana, o inglese. In particolare, la possibilità di stesura in inglese è stata concessa con l’auspicio di portare la visibilità del lavoro presentato ad un livello sovranazionale, grazie alla pubblicazione open access del volume degli Atti del Convegno. Il volume si divide in tre parti: la parte iniziale è dedicata alla presentazione del volume ed all’indice generale dei contributi divisi per macro-tematiche; la parte centrale raccoglie le memorie brevi; la terza parte riporta l’indice analitico degli Autori, che chiude il volume

Atti del XXXV Convegno Nazionale di Idraulica e Costruzioni Idrauliche

La XXXV edizione del Convegno Nazionale di Idraulica e Costruzioni Idrauliche (IDRA16), co-organizzata dal Gruppo Italiano di Idraulica (GII) e dal Dipartimento di Ingegneria Civile, Chimica, Ambientale, e dei Materiali (DICAM) dell’Alma Mater Studiorum - Università di Bologna, si è svolta a Bologna dal 14 al 16 settembre 2016. Il Convegno Nazionale è tornato pertanto ad affacciarsi all’ombra del “Nettuno”, dopo l’edizione del 1982 (XVIII edizione). Il titolo della XXXV edizione, “Ambiente, Risorse, Energia: le sfide dell’Ingegneria delle acque in un mondo che cambia”, sottolinea l’importanza e la complessità delle tematiche che rivestono la sfera dello studio e del governo delle risorse idriche. Le sempre più profonde interconnessioni tra risorse idriche, sviluppo economico e benessere sociale, infatti, spronano sia l’Accademia che l’intera comunità tecnico-scientifica nazionale ed internazionale all’identificazione ed alla messa in atto di strategie di gestione innovative ed ottimali: sfide percepite quanto mai necessarie in un contesto ambientale in continua evoluzione, come quello in cui viviamo. La XXXV edizione del Convegno di Idraulica e Costruzioni Idrauliche, pertanto, si è posta come punto d’incontro della comunità tecnico-scientifica italiana per la discussione a tutto tondo di tali problematiche, offrendo un programma scientifico particolarmente ricco e articolato, che ha coperto tutti gli ambiti riconducibili all’Ingegneria delle Acque. L’apertura dei lavori del Convegno si è svolta nella storica cornice della Chiesa di Santa Cristina, uno dei luoghi più caratteristici e belli della città ed oggi luogo privilegiato per l’ascolto della musica classica, mentre le attività di presentazione e discussione scientifica si sono svolte principalmente presso la sede della Scuola di Ingegneria e Architettura dell’Università di Bologna sita in Via Terracini. Il presente volume digitale ad accesso libero (licenza Creative Commons 4.0) raccoglie le memorie brevi pervenute al Comitato Scientifico di IDRA16 ed accettate per la presentazione al convegno a valle di un processo di revisione tra pari. Il volume articola dette memorie in sette macro-tematiche, che costituiscono i capitoli del volume stesso: I. meccanica dei fluidi; II. ambiente marittimo e costiero; III. criteri, metodi e modelli per l’analisi dei processi idrologici e la gestione delle acque; IV. gestione e tutela dei corpi idrici e degli ecosistemi; V. valutazione e mitigazione del rischio idrologico e idraulico; VI. dinamiche acqua-società: sviluppo sostenibile e gestione del territorio; VII. monitoraggio, open-data e software libero. Ciascuna macro-tematica raggruppa più sessioni specialistiche autonome sviluppatesi in parallelo durante le giornate del Convegno, i cui titoli vengono richiamati all’interno del presente volume. La vastità e la diversità delle tematiche affrontate, che ben rappresentano la complessità delle numerose sfide dell’Ingegneria delle Acque, appaiono evidenti dalla consultazione dell’insieme di memorie brevi presentate. La convinta partecipazione della Comunità Scientifica Italiana è dimostrata dalle oltre 350 memorie brevi, distribuite in maniera pressoché uniforme tra le sette macro-tematiche di riferimento. Dette memorie sono sommari estesi di lunghezza variabile redatti in lingua italiana, o inglese. In particolare, la possibilità di stesura in inglese è stata concessa con l’auspicio di portare la visibilità del lavoro presentato ad un livello sovranazionale, grazie alla pubblicazione open access del volume degli Atti del Convegno. Il volume si divide in tre parti: la parte iniziale è dedicata alla presentazione del volume ed all’indice generale dei contributi divisi per macro-tematiche; la parte centrale raccoglie le memorie brevi; la terza parte riporta l’indice analitico degli Autori, che chiude il volume