Caratterizzazione idrologica e morfologica dei bacini montani mediante scansione laser da aeromobile

La tesi analizza la capacità dei modelli digitali del terreno (DTM) ad alta risoluzione derivati da dati da scansione laser (LiDAR) da aeromobile nella caratterizzazione e nel riconoscimento della topografia e della morfologia in diversi ambiti dei bacini montani, quali gli alvei dei corsi d’acqua, i versanti ed i conoidi alluvionali. L’elevata accuratezza e l’alta risoluzione di tali modelli digitali consentono lo sviluppo di nuove analisi, sia di tipo qualitativo che quantitativo, per la descrizione morfologica di questi ambiti, passaggio fondamentale per lo studio e la comprensione dei processi relativi all’idrologia ed alla dinamica del sedimento. Le analisi sono state condotte in tre differenti aree di studio, due ubicate nelle Alpi orientali italiane (il conoide del torrente Moscardo ed il bacino del Rio Cordon) ed una nelle Alpi d’Alta Provenza in Francia (bacino del Moulin nell’area sperimentale di Draix). I tre dataset LiDAR sono stati acquisiti con sensori di diversa generazione e con differenti specifiche di volo. Nel bacino del Moulin, area caratterizzata da una morfologia a calanchi con solchi d’erosione profondamente incisi, l’indagine è stata focalizzata sullo sviluppo di una metodologia atta alla valutazione della qualità e dell’accuratezza verticale ed orizzontale dei dati da LiDAR aereo acquisiti nella primavera del 2007. La capacità di derivare modelli digitali del terreno ad alta risoluzione, a partire dai punti relativi al solo terreno, è certamente uno dei vantaggi di questa tecnologia rispetto alle tradizionali tecniche fotogrammetriche. Il processo di filtraggio, tramite il quale sono distinte le misure effettivamente rappresentative del terreno da quelle appartenenti alla vegetazione ed alle strutture antropiche, riveste, pertanto, notevole importanza. L’esigenza di analizzare la qualità dei modelli digitali del terreno derivati da dati LiDAR antecedentemente al loro utilizzo applicativo nasce dalla necessità di valutare l’effetto delle operazioni di filtraggio sull’effettiva rappresentazione della morfologia. La metodologia sviluppata per l’analisi di qualità dei dati LiDAR è consistita in un’indagine esplorativa del dato finalizzata alla quantificazione di due parametri principali: densità dei punti LiDAR e vuoti di informazione nei dati (data voids). L’analisi di qualità è stata condotta sui dati vettoriali della nuvola di punti grezzi (raw data) e di due differenti dataset filtrati derivati da una diversa scelta dei parametri di input di un algoritmo implementato in TerrascanTM. Per determinare l’accuratezza verticale ed orizzontale nell’area oggetto di studio, si è operato un confronto tra i valori di quota dei modelli digitali derivati dai dati LiDAR con i valori di quota corrispondenti di 746 punti di controllo, acquisiti mediante campagne di rilievo topografico ad alta precisione con GPS differenziale e stazione topografica. Al fine di valutare l’effetto della morfologia del terreno sull’accuratezza dei modelli digitali analizzati (TIN, DSM, DTM), sono stati utilizzati punti di controllo acquisiti in tre differenti condizioni morfologiche: cresta, versante e zone piane. Il principale obiettivo dell’analisi è stato quello di valutare la qualità e l’accuratezza dei modelli digitali del terreno derivati a partire da due nuvole di punti originate da due diversi filtraggi e caratterizzati, quindi, da differente densità spaziale del dato di partenza. Nelle analisi effettuate sul conoide del Torrente Moscardo l’attenzione si è concentrata sullo sviluppo e sull’applicazione di indicatori di tipo morfometrico a partire dal DTM LiDAR (2 m di risoluzione) per discriminare le aree con presenza di depositi di colate detritiche da quelle in cui questi non sono presenti considerando e distinguendo, inoltre, l’influenza delle strutture antropiche (strade, edifici, etc) sulla morfologia superficiale. La derivazione di un indicatore di tipo distribuito in grado di misurare la variabilità locale delle quote ad una scala d’indagine metrica, denominato indice di scabrezza, unitamente alla derivazione di una carta della curvatura planare a larga scala in grado di evidenziare le direzioni di deflusso ed, in generale, tutte le forme lineari, come vecchi argini e canali di colata, ha fornito un importante contributo alla comprensione della morfologia dell’area di studio. La variabilità locale, rappresentata dall’indice di scabrezza, è stata confrontata con una classificazione della superficie del conoide, effettuata precedentemente tramite osservazioni di terreno. Le analisi sui dati LiDAR nel bacino del Rio Cordon hanno avuto due diversi obiettivi: la caratterizzazione della morfologia d’alveo del corso d’acqua principale e la compilazione di un inventario delle aree sorgenti di sedimento nell’intero bacino idrografico. L’analisi lungo il corso d’acqua principale si è basata sul calcolo di due indici di scabrezza topografica, utilizzati per misurare, rispettivamente, la variabilità di quote e pendenze a piccola scala lungo il DTM del canale. Sono state, quindi, analizzate le relazioni tra i valori degli indici di scabrezza e la morfologia del canale principale del Rio Cordon. Il canale principale del Rio Cordon è stato analizzato sia a scala monodimensionale, prendendo in esame la morfologia lungo il thalweg, sia a scala bidimensionale, considerando anche lo sviluppo trasversale del corso d’acqua. L’analisi delle aree sorgenti di sedimento nel bacino del Rio Cordon è stata condotta mediante un approccio combinato di rilievi di campo ed di interpretazione di indici morfometrici derivati dai dati LiDAR. L’inventario delle aree sorgenti così ottenuto è stato poi confrontato con un inventario risalente al 1994 effettuato con la strumentazione tradizionale disponibile all’epoca. Nel complesso, le analisi condotte in questa tesi hanno dimostrato l’elevata potenzialità dei DTM ad alta risoluzione derivati da rilievi LiDAR nella caratterizzazione morfologica ed idrologica in diversi ambiti dei bacini montani.