polito.it
Politecnico di Torino (logo)

Valutazione della qualità ecologica di un sistema ambientale tramite modelli matematici : costruzione dei parametrici caratteristici tramite strumenti GIS e determinazione del Grafo Ecologico, utilizzo del modello matematico PANDORA

Tronconi, Davide Fabio

Valutazione della qualità ecologica di un sistema ambientale tramite modelli matematici : costruzione dei parametrici caratteristici tramite strumenti GIS e determinazione del Grafo Ecologico, utilizzo del modello matematico PANDORA.

Rel. Roberto Monaco, Francesca Finotto. Politecnico di Torino, Corso di laurea magistrale in Pianificazione Territoriale, Urbanistica E Paesaggistico-Ambientale, 2013

Abstract:

Il lavoro a seguire, dopo una rassegna delle principali teorie e definizioni dell’ecologia del paesaggio all'interno dei primi capitoli, necessario per definire alcuni concetti chiave successivamente ripresi all’interno dello sviluppo dei modelli, cercherà di fornire un possibile approccio di analisi e di valutazione di un sistema ambientale attraverso l’impiego di una modellistica ecologico - matematica.

Nella prima parte si è deciso di approfondire, come primo concetto, la disciplina dell’ecologia del paesaggio, proprio perché l’argomento analizzato all’interno della presente tesi riguarda in primis la componente paesaggistico - ambientale del territorio.

In seconda istanza è stato affrontato il tema della biodiversità, della sua utilità globale e delle sue caratteristiche, intese anche quali fondamentale parametro per la valutazione della stabilità ecosistemica.

Fortemente connesso al tema della biodiversità è il tema della frammentazione ambientale che rappresenta inoltre una delle cause preponderanti della perdita di biodiversità oltre della qualità ambientale e paesaggistica nel suo complesso. Il tema della frammentazione verrà poi concatenato al tema delle barriere ambientali, delle Unità di Paesaggio e a quello delle reti ecologiche, intese come tentativi di rigenerazione ambientale e di riduzione del fenomeno della frammentazione.

Concluso l’inquadramento teorico, si procederà con l’elaborazione del grafo ecologico e della successiva applicazione del modello matematico PANDORA.

Lo studio riguarderà una porzione territoriale situato nell’Anfiteatro Morenico d’Ivrea (Anfiteatro Morenico d’Ivrea) interessante i comuni di Borgo franco d’Ivrea, Chiaverano e Montalto Dora.

Va ricordato come non tutte le nozioni teoriche di seguito riportate saranno direttamente e immediatamente propedeutiche all’elaborazione e applicazione dei modelli matematici; alcuni di questi concetti risultano però molto utili per la comprensione delle dinamiche ambientali, delle motivazioni che possono spingere all’elaborazione di uno strumento quale il PANDORA e quindi di tutti i valori ambientali che sarebbe auspicabile proteggere e salvaguardare.

Attraverso i modelli matematici, come detto in precedenza, sarà possibile fornire un supporto scientifico alle discipline che si occupano di territorio nelle molteplici accezioni del termine: gestione, trasformazioni e della sua tutela; la pianificazione territoriale, quindi, è certamente chiamata in causa. Attraverso una prima fase di analisi del paesaggio, mediante un inquadramento delle caratteristiche ecologico - territoriali principali e l’elaborazione dell’ecomosaico, sarà dunque possibile individuare le prime caratteristiche ecologiche, dal punto di vista qualitativo e quantitativo dell’area oggetto di analisi.

Il primo modello applicato, quello del grafo ecologico, valuterà l’entità dell’energia biologica (biopotenzialità) del sistema ambientale analizzato, definendo l’entità degli scambi di materia e di energia tra i diversi frammenti ecologici all’interno del sistema stesso.

Il grafo ecologico, elaborato in ambiente GIS, così come la costruzione dell’ecomosaico, consentirà di restituire una fotografia dello stato ecologico attuale del sistema analizzato e a valutarne il grado di stabilità ecologica. La costruzione del modello si basa sul presupposto che il sistema ambientale analizzato possa essere suddiviso in diversi settori o frammenti ecologici, definiti come Unità di Pesaggio, e separati tra loro da barriere, più o meno permeabili, di matrice antropica o naturale (per l’approfondimento delle barriere si rimanda al relativo paragrafo all’interno della presente tesi).

L’ultima fase del presente lavoro ha poi previsto l’applicazione del modello matematico PANDORA (“Procedure for mAthematical aNalysis of lanDscape evOlution and equilibRium scenarios Assessment”), uno strumento matematico, innovativo e flessibile, capace di restituire un’elaborazione dei possibili scenari di sviluppo ecologici del territorio analizzato.

Nel suo complesso dunque, questa tesi cercherà di fornire una metodologia, replicabile per oggettività scientifica, per la valutazione del livello di frammentazione delle diverse porzioni ecosistemiche e del futuro andamento dello stato ecologico di un sistema ambientale.

Bisogna quindi sottolineare ed evidenziare come questa tesi non analizzerà tutte le molteplici componenti del concetto di paesaggio (storica, fruitiva, sociale etc.) ma si focalizzerà esclusivamente sulla componente ecologica del paesaggio stesso.

I cambiamenti e le trasformazioni territoriali prodotti dalle attività antropiche e in atto da tempo in tutto il mondo, hanno dunque reso sempre più necessaria l’introduzione di un filosofia dello “sviluppo sostenibile" all’interno delle pratiche e degli strumenti di governo del territorio. Tali pratiche dovrebbero proporre un uso più efficiente delle risorse, nel tentativo di contenere gli impatti delle molteplici attività umane sul clima terrestre. Le politiche, locali e soprattutto Nazionali, dovrebbero dunque assumere una posizione sempre più centrale e strategica per il raggiungimento degli obiettivi di sviluppo sostenibile, cosa che per il momento non sta avvenendo, né con il giusto impegno, né con la giusta celerità.

La presente tesi cerca proprio di andare in questa direzione, fornendo uno strumento utile per la scelta e l'adozione di politiche di sostenibilità ambientale.

Relators: Roberto Monaco, Francesca Finotto
Publication type: Printed
Subjects: A Architettura > AD Green architecture
S Scienze e Scienze Applicate > SK Matematica
Corso di laurea: Corso di laurea magistrale in Pianificazione Territoriale, Urbanistica E Paesaggistico-Ambientale
Classe di laurea: UNSPECIFIED
Aziende collaboratrici: UNSPECIFIED
URI: http://webthesis.biblio.polito.it/id/eprint/3481
Chapters:

1. INTRODUZIONE

1. Le motivazioni alla base dell’elaborato

2. Introduzione al presente lavoro, gli obiettivi

2. QUADRO TEORICO DI RIFERIMENTO

1. L’ecologia del paesaggio e il principio delle proprietà emergenti

2. L’importanza della Biodiversità

3. L’eterogeneità ambientale

4. La frammentazione, una minaccia per la stabilità ecosistemica

a) Le cause della frammentazione, il consumo di suolo e l’effetto sprawl

b) V edgeeffect della frammentazione e le aree ecotone

c) La frammentazione, il grafo ecologico qualemetodologia per fotografare il paesaggio

d) Le barriere e la biopermeabilità

e) Le barriere, costituzione dell’unità di paesaggio e sue funzioni

f) Interventi per la mitigazione degli effetti da frammentazione ad opera delle infrastrutture lineari

5. Reti ecologiche, strumenti per la rigenerazione ambientale e la riduzione della frammentazione

3. LO SVILUPPO SOSTENIBILE E IL CONTRIBUTO DELLA PIANIFICAZIONE

1. La sostenibilità dello sviluppo

2. La pianificazione territoriale e la tutela/valorizzazione ambientale

4. APPROFONDIMENTO DEI MODELLI UTILIZZATI

1. I modelli matematici a sostegno della Pianificazione T erritoriale

2. L’indice di BTC e le condizioni di stabilità/metastabilità

3. L'ecomosaico

4. Procedimento per la costruzione dei modelli matematici

5. Introduzione al modello matematico PANDORA

6. Costruzione del modello PANDORA

5. INQUADRAMENTO TERRITORIALE E APPLICAZIONE DEI MODELLI

1. Descrizione del pattern paesaggistico

2. Elaborazione dell'ecomosaico

3. Applicazione del grafo ecologico e stimadella biopotenzialità

4. Applicazione del PANDORA

5. Considerazioni sul sistema ecologico analizzato

6. CONCLUSIONI

1. Considerazioni conclusive sul modello

2. Bibliografia

Bibliography:

Ambiente Italia. (2011). "Ambiente Italia 2011 dedicato al consumo di suolo". Tratto da legambiente.it: http://www.legambiente.it/contenuti/comunicati/ambiente-italia-2011- dedicato-al-consumo-di-suolo

Annilla, A., & Salthe, S. (2010). "Physical foundations of evolutionary theory".. Journal of Non-Equilibrium Thermodynamics (35), 301-321.

APAT; INU . (2003). "Gestione delle aree di collegamento ecologico funzionale". APAT manuali.

ARPA Piemonte, (s.d.). "Tipologie di passaggi per la fauna”. Tratto il giorno 2012 da arpa.piemonte.it: http://www.arpa.piemonte.it/pubblicazioni-2/pubblicazioni-anno- 2005/fauna-selvatica/capitolo-5.pdf

Battisti, C., & Romano, B. (2007). "Frammentazione e connettività. Dall'analisi ecologica alla pianificazione ambientale". CittàStudi.

Bennet. (1999). "Linkages in the landscape. The role of Corridors and Connectivity in Wildlife Conservation. Gland: IUCN.

Bennet, A. F. (1999). "Linkages in landscape, The role of corridors and connectivity in wild life conservation". UK: IUCN Gland.

Bissonette, J., & Adair, W. (2008). "Restoring habitat permeability to roaded landscapes with isometrically-scaled wildlife crossings". Biological Conservation, 482-488.

Bouwma, I., Jongman, R., & Butowsky, R. (2002). "The Indicative map of the Pan-European Ecological Network for Central and Eastern Europe". ECNC.

Brunsell, N., Schymanski, S., & Kleidon, A. (2011). "Quantifying the thermodynamic entropy budget of the land surface: is this useful?". Earth System Dynamics, 71-103.

Canini, A. (2010). "Biodiversità". Carocci.

Cantwell, M. D., & Formann, R. T. (1993). "Landscape graphs: ecological modeling with graph theory to detect configuarations common to diverse landscapes". Landscape Ecology, 239-255.

Chakrabarti, C. G., & Ghosh, K. (2010). "Maximum-entropy principle: ecological organization and evolution".. Journal of Biological Physics (36), 175-183.

Debinski, D., & Holt, D. (2000). "A Survey and Overview of Habitat Fragmentation". Tratto da

http://geminis.dma.ulpgc.es/profesores/personal/jmpc/Master08%28PrimeraEdici%F3n%

29/Fragmentacion/Frag09.pdf

DITer, P. d. (2009). "Fare paesaggio, Dalla pianificazione di area vasta all'operatività locale".Torino: Alinea.

Dunning, J. B., Borgella, J. R., Clements, K., & Meffe, G. K. (1995). "Patch isolation, corridor effects, and colonization by a resident sparrow in a managed pine woodland". Conservation Biology (9), 542-550.

Fabbri, P. (1997). "Natura e cultura del paesaggio agrario. Indirizzi per la tutela e la progettazione".. milano: CittàStudi.

Fabbri, P. (2003). "Paesaggio, Pianificazione, Sostenibilità". Firenze: Alinea.

Fabbri, P., & Finotto, F. (2007). "Nuovi strumenti per la pianificazione del paesaggio: grafo ecologico e perequazione".Gangemi. 244-261.

Fahrig, L. (2003). "Effects of Habitat Fragmentation on Biodiversity". Annual Review Ecology and Systematic 34, 487-515.

Farina, A. (2001). "Ecologia del paesaggio. Principi, metodi e applicazioni". Torino: Utet.

Finotto, F., Monaco, R., & Servente, G. (2010). "Un modello per la valutazione di energia biologica in un sistema ambientale". Scienze Regionali 9 (3), 61-84.

Forman, R., & Clevenger, A. (2002). "Road Ecology: Science and Solutions".

Forman, R., & Godron, M. (1986). "Landscape Ecology". New York, NY, USA: John Wiley and Sons, Ine.

Gambino, R. (2001). "Reti ecologiche per il territorio europeo, azioni locali di gestione territoriale perla conservazione dell'ambiente''. Milano: Quaderni di Gargnano, pp. 139- 144.

Gardner, R. (1997). "Landscape connectivity and population". Oikos 78,151-169.

Gobattoni, F., Lauro, G., Monaco, R., & Pelorosso, R. (2013). Mathematical Models in Landscape Ecology: Stability Analysis and Numerical Tests. Acta Applicandae Mathematicae: International Research Journal on Applying Mathematics and Mathematical Applications.

Gobattoni, F., Pelorosso, R., Lauro, G., Leone, A., & Monaco, R. (2011). "A procedure for mathematical analysis of landscape evolution and equilibrium scenarios assessment". Landscape and Urban Planning, 289-302.

Hobbs, R., & Huenneke, L. (1992). "Disturbance, Diversity, and Invasion: Implications for Conservation". Conservation Biology.

Ingegnoli, V. (1993). "Fondamenti di ecologia del Paesaggio". Milano Città studi.

Ingegnoli, V. (2002). "landscape ecology: a widening foundation". Springler-Verlag.

Ingegnoli, V. (2008). "Source and sink". Tratto da Treccani.it: http://www.treccani.it/enciclopedia/source-and- sink_(Enciclopedia_della_Scienza_e_della_Tecnica)/

Ingegnoli, V., & Giglio, E. (2005). "Ecologia del paesaggio. Manuale per conservare, gestire e pianificare l'ambiente".Esselibri Simone.

Kelidon, A. (2004). "Optimized stomatal conductance of vegetated land surfaces and its effects on simulated productivity and climate". Geophysical Reaserch letters (34), 1-4.

Kleidon, A., Malhi, Y., & Cox, P. (2010). "Maximum entropy production in environmental and ecological systems". Philosophical Transaction of the Royal Society of London Series B

Lammertsm, E., Jan de Boerb, H., Dekkerb, S., Dicherc, D., Lotterà, A., & Wagner-Cremera,

F. (2011). "Global C02 rise leads to reduced maximum stornata! conductance in Florida vegetation". Journal of Ecology.

Li, B. L. (2000). "Why is the holistic approach becoming so important in landscape ecology?" . landscape and urban planning, 50, 27-41.

Malanson, P., & Cramer, E. (1999). "Landscape heterogeneity, connectivity, and critical landscapes for conservation". Diversity and Distributions, 27-39.

Malcevschi, S., Bisogni, L. G., & A., G. (1996). "Reti ecologiche ed interventi di miglioramento ambientale". I Iverde editoriale: Milano.

Massa, R., Baietto, M., Bottoni, L., & Padoa-Schioppa, E. (2004). "Conservazione della biodiversità dei paesaggi culturali". Siena: Università degli studi di Milano Bicocca, Dipartimento di Scienze dell'Ambiente e del Territorio.

Ministero DeN'Ambiente. (s.d.). Dichiarazione di Stoccolma 1972. Tratto da minambiente.it: http://www.minambiente.it/export/sites/default/archivio/allegati/educazione_ambiental e/stoccolma.pdf

Ministero per i Beni e le Attività Culturali, (s.d.). Convenzione Europea del Paesaggio. Tratto da http://www. convenzioneeuropea paesaggio, beniculturali. it/index.php?id=l&lang=it

Monaco, R., & Servente, G. (2011). "Introduzione ai modelli matematici nelle scienze territoriali". Celid.

Murray, J. D. (2002). "Mathematical Biology". Berlin: SpringerVerlag.

Odum, P. (1988). "Basi di ecologia". Piccin.

ONU, UN-habitat. (s.d.). "Planning and Design for Sustainable Urban Mobility — Global Report on Human Settlements 2013". Tratto da unhabitat.org: http://www.unhabitat.org/categories.asp?catid=9

Opdam, P. (1991). "Metapopulation theory and habitat fragmentation". Landscape Ecology vol. 5 no. 2 pp 9, 93-106.

Paltineanu, C., Tananescu, N., Chitu, E., & Mihailescu, I. F. (2007). "Realtionships between the De Martonne aridity index and water requirements of some representative crops: a case study from Romania". International Agrophisycs, 81-93.

Pasupuleti, V., & Galinat, W. (s.d.). oxfordjournals.org. Tratto da "Zea diploperennis, Its chromosomes and comparative cytology": http://jhered.0xf0rdj0urnals.0rg/c0ntent/73/3/l68.abstract

Pelorosso, R., Gobattoni, F., Monaco, R., Lauro, G., Leone, A., & Ripa, N. (2011). "Connettività, equilibrio energetico e scenari evolutivi: un modello matematico a supporto della pianificazione territoriale".. Convegno di Medio Termine dell'Associazione italiana di Ingegneria Agraria.

Provincia di Torino; Bovo, G.;. (2011). "Valorizzazione ed incrimento della biodiversità all'interno della rete ecologica Provinciale".PSR 2007-2013.

Schneider, E. D., & Kay, J. J. (1994). "Life as a manifestation of the second law of thermodynamics".. Mathematical and Computer Modelling (19), 25-48.

Scoccianti, C. (2001). "Amphibians : Threats and Conservation Measures". Biodiversity conservation and Habitat Management.

Socco, C., & Guarini, S. (2008). "Osservatorio Città Sostenibili, le reti ecologiche". Torino: Politecnico e Università di Torino.

Tarsitano, E., & Ciccone, F. (s.d.). "Principi di ecologia e sviluppo sostenibile del territorio, Definizione d'inquinamento, Cicli biogeochimici degli elementi". ABAP (Associazione Biologi Ambientalisti Pugliesi).

Treccani, Enciclopedia, (s.d.). "Sviluppo sostenibile". Tratto da /www.treccani.it: http://www.treccani.it/enciclopedia/sviluppo-sostenibile/

Turner, M. G. (1990). "Spatial and Temporal Analysis of Landscape Patterns. Landscape Ecology (4), 21-30.

UNESCO, (s.d.). "Ecological Sciences for Sustainable Development". Tratto da http://www.unesco.org/: http://www.unesco.org/new/en/natural- sciences/environment/ecological-sciences/man-and-biosphere-programme/

UNI ROMA, D. (s.d.). "il trasporto dell'acqua attraverso la pianta”. Tratto da http://biotecnologie.frm.uniromal.it/didattica/att/b3f4.file.pdf

Unione Europea, (s.d.). Convenzione di Rio de Janeiro sulla diversità biologica. Tratto da europa.eu:

http://europa.eu/legislation_summaries/development/sectoral_development_policies/l2

8102_it.htm

University, E. (2006). CancerQuest. Tratto da Alcaloidi Della Vinca: http://www.cancerquest.org/index.cfm?page=521&lang=italian

Vulleinmier, S., & Prelaz-Drouz, R. (2002). "Map of ecological networks for landscape planning". Landscape and Urban Planning 58,157-170.

Wang, J., Bras, R., Leardau, M., & Salvucci, G. D. (2007). "A maximum hypothesis of transpirations". Journal of Geophysical Research (112), 1-11.

Zanichelli Enciclopedia, (s.d.). online.scuola.zanichelli.it. Tratto da zanichelli.it: http://online.scuola.zanichelli.it/50lezioni/files/2010/01/RapportoBrundtland.pdf

Modify record (reserved for operators) Modify record (reserved for operators)