STATISTICAL MODELS FOR LANDSLIDE SUSCEPTIBILITY ASSESSMENT: METHODOLOGICAL ISSUES AND GUIDELINES FOR MEDITERRANEAN CONTEXT

La población mundial, que cuenta dos mil millones de habitantes alrededor del año 1950, ha crecido a un ritmo casi exponencial en las décadas siguientes hasta 4 mil millones y 5,3 en 1990 (Naciones Unidas - Departamento de Asuntos Económicos y Sociales, 2010). Sin duda un gran aumento tanto en términos absolutos cuanto relativos. Según las estimaciones de las Naciones Unidas, la población mundial se estima que alcanzará los ocho millones y medio de 2025. Estas tasas de crecimiento se producen, obviamente, tanto en Europa, donde la población ha crecido de 550 millones en 1950 a 750 millones en 2010, y en Italia, donde en el período 1861 a 2008 hubo un aumento de la población de 22 millones de habitantes a casi 60 millones (fuente: ISTAT, 2010). La población ha crecido, sin embargo, a tasas más altas en los países en desarrollo, con una tendencia a la constante en los países industrializados en las últimas décadas. Dicha población mundial intenso tiene consecuencias directas sobre el territorio urbano, mientras que lleva a una extensión de las actuales áreas urbanas menores y pequeñas ciudades. Todo esto, cada vez más, dar lugar a problemas de gestión y uso del suelo, produciendo un crecimiento del componente de la vulnerabilidad en la ecuación de riesgo. Crecimiento de la población no justifica un aumento de las condiciones hidrogeológicas de la inestabilidad. Si es así, ya que la población se ha convertido en firme en los últimos años, al menos en la mayoría de los países industrializados, no hay que hacer frente a riesgos cada vez mayor. En cambio, el modelo de desarrollo económico, basado principalmente en redes e infraestructuras, así como los asentamientos, por supuesto, produce un doble efecto: un aumento de los activos expuestos a la amenaza, una presión sobre el territorio, capaz de hacer la activación de los fenómenos peligrosos más frecuentes. Los fenómenos naturales también tienen un impacto en el marco socio-económico, ya que son responsables de la pérdida de bienes y servicios y, en ocasiones, una pérdida en términos de vidas humanas. En tal situación, la vulnerabilidad de la zona está relacionado con el desarrollo de su sistema de infraestructura social, civil y urbano. Este concepto se expresa claramente en la declaración "Los desastres ocurren cuando los riesgos se encontra con la vulnerabilidad" (Wisner et al., 2004). Esto nos lleva a considerar los desastres naturales como los fenómenos sociales reales. Cuando se habla de riesgo geomorfologicos y de políticas ambientales, uno de los pioneros es, sin duda, Earl E. Brabb, que ya en 1991 en un artículo titulado "El problema de movimientos de ladera del mundo", sostuvo que los deslizamientos son un problema mundial que cientos causa de muertes y miles de millones de dólares de daño cada año en todo el mundo. Los poblemas geomorfológicos son y serán un tema importante y un requisito fundamental del conocimiento para la política de toma de decisiones. A pesar de 20 años han pasado desde que el trabajo Brabb, la situación no parece haber cambiado. No son aún insuficientes los procedimientos de todo el mundo aunque sólo sea compartida que permite evaluar la calidad y precisión de un inventario de deslizamientos o la forma de clasificar en términos de susceptibilidad a los deslizamientos de un área y para evaluar cuantitativa y cualitativamente el rendimiento predictivo. Las imágenes y escenas de devastación, destrucción y muerte que ocurren cada año, hacen que el problema de los riesgos geomorfológicos en un problema social. ¿Quien es el responsable? Seguimos construyendo, incluso en lugares que no son adecuados para la construcción. Tenemos que admitir por lo menos una doble responsabilidad. Si bien es cierto que los acontecimientos que causar un derrumbe apenas son "previsibles", por el contrario sí podemos identificar y predecir donde estos fenómenos se producen con mayor capacidad destructiva, produciendo más daños y reducir al mínimo la vulnerabilidad. Por lo tanto, si no es posible evitar, ya que no es posible predecir, la palabra clave debe ser "la prevención". Cada vez deslizamientos de tierra u otros eventos con características destructivas y letales, que a menudo se supone y se define como "impredecible", nos ofrece con el escenario de las víctimas, los heridos y desaparecidos, el público se estremece y recuerda la vulnerabilidad de los bienes de la comunidad y direciona la discusión sobre el tema de prevención de los desastres naturales o por lo menos tratar de minimizar las consecuencias trágicas que lo acompañan. La ola emocional que sigue a la fase de emergencia se produce entre las llamadas a "enrollar las mangas" a una "cultura de prevención" que "nunca vuelva a suceder", e induce a los legisladores y los técnicos para intervenir con una variedad de medidas urgentes de mitigación y obras y de intervención inmediata, tal vez proponiendo también las regulaciones y leyes dirigidas a "evitar otro desastre similar". Hoy Saponara, ayer Génova, el día antes Giampilieri y San Fratello y así sucesivamente durante décadas: Salerno (1954) con 318 víctimas, 250 heridos y sin hogar cerca de 5.500, y el Longarone y el desastre de Vajont (1963) con cerca de 2.000 muertes de Agrigento, (1966), Valtellina (1987) 53 muertes y 4.000 millones de liras de los daños, el deslizamiento de tierra en el Val di Stava de julio de 1985 (269 muertos), las corrientes rápidas del 5 de mayo de 1998 y Sarno y Quindici y otras áreas de la región Campania, con 153 muertes, Maierato (2010), son algunos de los eventos más importantes que lleva a más de 4.000 las muertes causadas por movimientos gravitativos en medio siglo, un promedio de 4 muertes por mes, además de un daño económico incalculable. Pero cada día hay una lista de los deslizamientos de tierra, carreteras y puentes bajando, a pesar de que pasa desapercibido. A falta de una cultura de prevención y un aumento de la cultura de emergencia en su lugar. Y la protección civil se ve ahora como la única ancla de salvación y la asistencia de los municipios y la población involucrada. Italia es un País que se desmorona debido a la negligencia del hombre y a la falta de prevención. Hay 5,596 sobre 8,101 municipios en riesgo hidrogeológico, el 84% de los centros de población se define en riesgo. Esto sin duda demuestra que las construcciones se construyeron cuando no se podia. De estos municipios, 1.700 (alrededor del 21%) están en riesgo de deslizamientos, 1.285 (casi el 16%) en riesgo de inundación y 2.596 (32%) se encuentran en una combinación de deslizamientos de tierra y riesgo de inundación. El área total clasificada como de alto riesgo asciende a 36.551 km2 (7,1% del total nacional) dividido en km2 de áreas de deslizamientos de tierra y 7.791 km2 de áreas inundadas 13.760. Estas cifras ponen de relieve la inestabilidad hidrogeológica con el que cada región debe enfrentar, tarde o temprano, contra la cual el flujo de millones de euros, a menudo sólo le prometió, no servirá de mucho para la estabilización y obras de medida de seguridad. El informe de Legambiente revela que los municipios son la punta de lanza de una evidente debilidad de nuestro territorio. No hay una única manera de preparar los mapas de susceptibilidad, como lo demuestra la enorme cantidad de artículos científicos producidos incluso durante la última década, y lo mismo es cierto en cuanto a la zonificación de los peligros y los riesgos involucrados, todavía sigue siendo un problema sin resolver en gran medida (Carrara et al., 2009). La contribución de este trabajo las siguientes fases de un estudio con el fin de definir la estructura de la sensibilidad, los riesgos y peligros de un área: 1. Construcción de la base de datos: en este trabajo las diferentes técnicas y métodos de detección de deslizamiento de tierra y delimitación se comparan directamente (trabajo de campo) e indirectamente (fotografías aéreas, software de visualización remota del territorio) y su posterior despliegue en un sistema GIS. 2 Elección y definición de la escala de análisis: De hecho, uno de los problemas más actuales de la proposición se relaciona con los métodos de evaluación de susceptibilidad a escala múltiple. 3 Unidades cartográficas: las diferentes unidades se utilizan para la cartografía y zonificación del territorio, cuya previsión de resultados se comparan con el fin de ser capaces de identificar las unidades de la asignación básica más adecuada para la planificación y para fines de defensa civil, teniendo en cuenta la exactitud científica de que la modelo debe soportar. 4 Elección de los factores control: en el trabajo, es la posibilidad de identificar el conjunto más probable de los factores que se consideran relacionados directamente o indirectamente a la inestabilidad de la ladera. Se proponen procedimientos de prueba y seleccionar el conjunto de posibles factores de control, así como la construcción de modelos específicos para cada tipo de deslizamientos. 5 Construcción de modelos: como para la construcción de un modelo geo-estadístico, las soluciones se comparan diferentes y el modelo de presentación de los mismos resultados y la objetividad que se elija, teniendo en cuenta que las necesidades de una implementación más bajo en términos de costo y tiempo. 6 Validación: los modelos están sujetos a diferentes técnicas de validación, que luego se comparan entre ellos. 7 Exportación espacial de un modelo de susceptibilidad: este es un ensayo para definir y validar los términos de susceptibilidad a los deslizamientos de una amplia zona en los gustos de cientos o miles de kilómetros cuadrados, en base a los estudios de detalle de algunos sectores que lo representan. Al igual que muchos otros autores, con el propósito de este trabajo es hacer una contribución a la comunidad científica, tratando de ofrecer una modesta contribución en la solución de algunos problemas en este campo a través de experimentos y modelos realizados en una variedad de contextos y comparar los resultados entre ellos. En este sentido, unas pruebas se llevaron a cabo en algunas áreas, previamente seleccionadas, será probado y verificado el resultado de algunos de los procedimientos en los años de investigación doctoral. A continuación, un resumen de los resultados vendrán de estas pruebas experimentales TEST 1a: TUMMARRANO river basin: Model Exportation En el marco de un estudio de la susceptibilidad de deslizamientos regional en el sur de Sicilia, una prueba se ha realizado en la cuenca del río Tumarrano (unos 80 km2) tiene como objetivo caracterizar las condiciones de su susceptibilidad movimientos de ladera mediante la exportación de un modelo, definido y entrenado en el interior un número limitado (unos 20 km2) representativas del sector (“el área de origen''). Además, la posibilidad de explotar software de Google Earth y el banco de datos de fotos para producir imágenes de los archivos deslizamiento de tierra ha sido comprobado. El modelo de susceptibilidad se define, de acuerdo con un enfoque multifactorial basadas en el análisis condicional, con unidades únicas condiciones (UCUs), los cuales fueron obtenidos mediante la combinación de cuatro factores seleccionados control: litología afloramiento, la pendiente, la curvatura del plan y el índice de humedad topográfica. La capacidad de predicción del modelo de exportación, formado con 206 deslizamientos de tierra, se compara con la estimada para toda el área estudiada, mediante el uso de un archivo completo de deslizamiento de tierra (703 deslizamientos de tierra), para ver hasta qué punto el mayor tiempo/dinero necesario se tienen en cuenta los costos para. TEST 1b. Tummarrano river basin: modelo de susceptibilidad basado en la Forward logistic regression La regresión logística con pasòs hacia adelante, nos ha permitido obtener un modelo de susceptibilidad por los flujos de tierra en la cuenca del río Tumarrano, que se definió mediante el modelado de las relaciones estadísticas entre un archivo de eventos 760 y un conjunto de 20 variables predictoras. Para cada movimiento del inventario, un punto de identificación de deslizamientos (LIP) se produce de forma automática, como corresponde al punto más alto a lo largo de la frontera de los polígonos de deslizamientos de tierra. Los modelos equilibrados (760 stable/760 inestable) se presentaron a adelante el procedimiento de regresión logística. Una estrategia de construcción del modelo se aplicó para ampliar la zona considerada en la preparación del modelo y para comprobar la sensibilidad de los modelos de regresión con respecto a los lugares específicos de las células se considera estable. Un conjunto de dieciséis modelos se preparó de forma aleatoria extraer los subconjuntos diferentes céldas estables. Los modelos fueron sometidos a regresión logística y validado. Los resultados mostraron que las tasas de error satisfactoria y estable (0,236 en promedio, con una desviación estándar de 0,007) y AUC (0.839, para la formación, y 0.817, para conjuntos de datos de prueba). Como en relación a los predictores, la pendiente en el barrio de las células y la curvatura topográfica de gran perfil y plan local-fueron seleccionados de forma sistemática. Litología arcillosa afloramiento, drenajes midslope, crestas locales y midslope y los accidentes geográficos cañones eran también muy frecuentes (de 8 a 15 veces) en los modelos de la selección hacia adelante. La estrategia de construcción del modelo nos ha permitido producir un modelo de flujo de tierra realizando la susceptibilidad, cuyo modelo de ajuste, la predicción de la habilidad y solidez se estimaron sobre la base de los procedimientos de validación. Test 2. Imera river basin: modelo de susceptibilidad por flujo de tierra basado en las unidades de ladera. Un mapa de susceptibilidad de un área, que es representativa en términos de marco geológico y los fenómenos de inestabilidad de ladera de grandes sectores de los Apeninos de Sicilia, fue producida usando unidades de ladera y un modelo multiparamétrico univariado. La zona de estudio, que se extiende por aproximadamente 90 km2, fue dividida en 774 unidades de la pendiente, cuya ocurrencia esperada avalancha se estimó un promedio de siete valores de vulnerabilidad, determinado para el control de los factores seleccionados: litología, pendiente media del gradiente, SPI en el pie, el índice de humedad topográfica y la curvatura del perfil, y el rango de altitud. Cada uno de los reconocidos 490 deslizamientos de tierra estuvo representada por su punto de centro de gravedad. Sobre la base de análisis condicional, la función de la susceptibilidad aquí adoptada es la densidad, calculado para cada clase. Modelos univariante fueron preparados para cada uno de los factores que controlan, y su rendimiento predictivo se estimó por curvas de tipos de predicción y la relación de efectividad aplicada a la categorías de vulnerabilidad. Este procedimiento nos permitió discriminar entre factores efectivos y no efectivos, de modo que sólo la primera se combinó posteriormente en un modelo multiparamétrico, que fue utilizada para producir el mapa de susceptibilidad final. la validación de este último mapa nos permite comprobar el rendimiento y la fiabilidad de la predicción modelo. Los principales factores reguladores resultaron: la litología y, subordinadamente, el SPI a el pies de la unidad, y tambien el gradiente medio de la pendiente, la curvatura del perfil, y el índice de humedad topográfica dieron resultados satisfactorios.The World population, which counted two billion inhabitants around 1950, has grown at an almost exponential rate in the following decades up to four billion in 1980 and 5,3 in 1990 (United Nations – Department of Economic and Social Affairs, 2010). Definitely a high increase both in absolute and relative terms. According to estimates by the United Nations, the World population is estimated to reach eight billion and a half around 2025 (Chart 1.1), and then it will become steady around ten billion in 2050 because of the expected decline in fertility. These growing rates occur, obviously, both in Europe, where population has grown from 550 million in 1950 to 750 million in 2010, and in Italy, where in the period from 1861 to 2008 there was a surge in population from 22 million inhabitants to almost 60 million, (source: ISTAT, 2010). The population has grown, however, at higher rates in developing Countries (Fig. 1.1), with a tendency to become steady in industrialized Countries in the last decades. Such an intense world population has direct consequences on urban territory while leading to a spread of current minor urban areas and small towns. All this will, increasingly, result in management and land use problems, producing a growth of the vulnerability component in the risk equation. Population growth alone does not justify an increase of hydro-geological conditions of instability. If so, since the population has become steady in recent years, at least in most industrialized countries, we should not face increasing risks. Instead, the economic development model, largely based on networks and infrastructures, as well as settlements of course, produces a double effect: an increase of assets exposed to threat; a stress on the territory, able to make the activation of hazardous phenomena more frequently. It is however true that recent disasters with great loss of lives (i.e., Sarno Giampilieri, Aulla, Genova and Saponara) are actually the results of the response (letting nature take its course) to the changes in territorial asset occurred after the war. Another cause may be found in environmental changes: when the stress regime in a region changes (such as extraordinary rainfall intensity), the response is obviously new for both sides/slopes and the population. The WWF notes that from 1956 to 2001, urbanized areas in Italy have increased by 500 times and it is estimated that from 1990 to 2005 we have transformed 3.5 million hectares of land. The problem of interaction between humans and the natural environment is a very complex and diversified issue, not often approached in a systematic way, also because of the severe limitations of sources to be invested on research on a medium and long-term, for a better and effective knowledge of the environment, primarily on measures aimed at reducing risk (Plattner, 2005). Natural phenomena also have an impact within the social-economic framework as they are responsible for the loss of goods and services, and sometimes, a loss in terms of lives. In such a situation, the vulnerability of the area is related to the development of its social, civil, and urban infrastructural system. This concept is well expressed in the statement "disasters occur when hazards meet vulnerability" (Wisner et al., 2004). This leads us to consider natural disasters as real social phenomena. This condition is strongly valid especially with regard to landslides (Brabb and Harrod, 1989; Brabb, 1991). Since economic problems common to all countries do not allow either to invest in research projects on a medium and long-term or the stabilization of structures or areas on a large-scale, a new philosophy of environmental policy opens up for all active political and administrative subjects that should govern the use and exploitation of the territory. For this reason, the scientific community is engaged in a continuous search for methods and techniques to estimate the degree of real and potential instability, using the minimum amount of equipment and possible economic resources. Usually there is a substantial difficulty in identifying the most reliable procedures, that allow to approach this matter in a non-traditional manner based on modeling and investigative techniques built on the exchange of experiences between experts and conducting studies and experiments on all continents, and showing different strategies and possible technical combinations depending on the type and/or the number and complexity of the investigation, producing susceptibility, hazard and risk maps, used as the basis for decision-making processes in land management. In this framework, further efforts are needed in trying to make the different methods more objective and shared by all in order to be simple and reproducible, and most of all in transferring the knowledge gained in laws that underpin territorial planning, building regulations, and in civil defense plans (Guzzetti, 2006). When discussing about landslides and environmental policies, one of the pioneers is undoubtedly Earl E. Brabb, who already in 1991 in a paper entitled "The World Landslide Problem", sustained that landslides are a worldwide problem that cause hundreds of deaths and billions of dollars of damage every year all over the world. The same added that these losses can be reduced if the problem is identified and acknowledged in time, but many countries are simply equipped with maps showing where landslides produced problems in the past and they have even less susceptibility maps that could allow policy makers control land use. Landslides, adds Brabb, are generally more predictable and controllable than other natural events of catastrophic nature such as earthquakes, volcanic eruptions and storms, but despite this, few countries have taken advantage of this knowledge to reduce landslide hazard. Geomorphological problems are and will be an important issue and a fundamental requirement of knowledge for the politics of decision-making. Although 20 years have gone by since Brabb’s work, the situation does not seem to have changed. There are still insufficient globally shared procedures even just allowing to assess the quality and accuracy of a landslide inventory or how to classify in terms of lands