Innovative Approaches for the Evaluation of Coastal Risk on Sandy Mediterranean Beaches

Le coste del mondo sono minacciate dall'incremento, in frequenza ed intensità, delle mareggiate e dello sviluppo costiero. Pertanto, le comunità costiere sono esposte a livelli di rischio sempre più elevati. Le Nazioni Unite e l'Unione Europea richiedono ai manager costieri di valutare il rischio delle coste per proporre piani di riduzione adeguati, sia per lo scenario attuale, sia per quello futuro, considerando i possibili effetti del cambiamento climatico, sebbene le proiezioni future siano caratterizzate da incertezze non trascurabili. Le valutazioni di rischio devono essere basate considerando pericolosità, vulnerabilità ed esposizione. Dovrebbero essere svolte adottando approcci multi-disciplinari e coinvolgendo i portatori di interesse. Il lavoro oggetto di questa tesi è stato svolto applicando approcci innovativi per la valutazione del rischio su spiagge sabbiose del Mediterraneo, a diverse scale spaziali. Le applicazioni riguardano diversi campi: rilievi di spiaggia, modellazione numerica e valutazione integrata del rischio. Parte del lavoro è stato svolto nell'ambito del progetto EU FP7 RISC-KIT, il cui obiettivo era fornire ai manager costieri strumenti utili alla riduzione del rischio ed all'incremento della resilienza delle comunità costiere. Gli approcci sono stati applicati in località costiere in Emilia-Romagna (Italia) e Catalogna (Spagna). La prima parte di questa tesi riguarda aspetti di misure sul campo. Sono stati utilizzati droni a basso costo e tecniche di fotogrammetria per rilievi post-evento e stagionali. Sono stati raccolti a scala locale dati ad alta risoluzione utili sia ad integrare rilievi post-evento a scala regionale, includendo informazioni qualitative ottenute coinvolgendo la comunità locale, sia all'analisi delle variazioni della spiaggia dovute alle mareggiate e ai venti. Sono stati utilizzati modelli numerici per analizzare, tramite approccio Bayesiano, la propagazione degli errori dovuti all'utilizzo di mareggiate sintetiche in input ad una catena di modelli per la simulazione dell'erosione ed inondazione costiera. L'uso di input sintetici produce errori significativi nella valutazione dei pericoli, se confrontato con l'uso di serie temporali reali, e può avere effetti importanti sulle successive analisi del rischio. Inoltre, si presentano due valutazioni di rischio, a scala regionale e locale. Sono stati applicati gli strumenti forniti da RISC-KIT, il Coastal Risk Assessment Framework (CRAF) Phase 1 per l'identificazione delle aree critiche (hotspot) a livello regionale e l'Hotspot tool, un approccio Bayesiano per l'analisi dell'efficacia di misure di riduzione del rischio, per gli scenari attuali e futuri. Il CRAF Phase 1 è stato validato per la costa dell'Emilia-Romagna dimostrandosi efficace nell'identificare aree critiche note. L'Hotspot tool ha fornito informazioni utili alla caratterizzazione delle misure in entrambi i casi studio, in Italia e Spagna. Le analisi hanno dimostrato che l'approccio di RISC-KIT è utile ai manager costieri per la preparazione di piani adeguati di riduzione del rischio. Un aspetto interessante di questo lavoro riguarda il coinvolgimento dei portatori di interesse e dei manager costieri nella maggior parte delle analisi svolte. La collaborazione tra studiosi delle scienze naturali e sociali è stata di estrema importanza per l'appropriata valutazione del rischio costiero a diverse scale spaziali. Questo conferma che l'approccio multi-disciplinare è un aspetto chiave per comprendere e ridurre il rischio costiero. I manager costieri dovrebbero tenere in considerazione tutti gli aspetti che influenzano le valutazioni di rischio presentati in questa tesi, dalle misure sul campo al lavoro alla scrivania. Dovrebbero interagire maggiormente con i ricercatori che studiano le coste, sia dal punto di vista fisico sia sociale, e con i portatori di interesse, per fornire strategie per la riduzione del rischio che siano efficaci e condivisibili.

The increase in frequency and intensity of extreme coastal storms and the continuous exponential development of the coasts of the world are threatening coastal communities, exposing them to higher levels of risk. Notwithstanding the future projections are affected by large uncertainty, coastal managers, as recommended by the United Nations and the European Union, need to properly evaluate coastal risk in order to propose adequate risk reduction plans for the current and future climate change scenarios. This should be done while considering all the components that influence risk: hazard, vulnerability and exposure. The involvement of local stakeholders and the adoption of multi-disciplinary approaches, including social sciences, are becoming very common in coastal risk studies, supporting the idea that the same should be done at the management level, to properly address coastal risk issues. The work of this PhD thesis aimed at applying innovative approaches for the evaluation of coastal risk, at different scales, on Mediterranean sandy beaches. The innovations are related to fieldwork methodologies, numerical applications and coastal risk assessment. Part of the work was done in the framework of the EU FP7 RISC-KIT project, that aimed at providing tools in support of coastal managers, in order to increase the resilience of coastal communities. The approaches were implemented at locations along the Emilia-Romagna (Italy) and Catalunya (Spain) coasts. The first part of this thesis focuses on fieldwork activities. Post-storm and seasonal surveys were implemented based on up-to-date low-cost drones and photogrammetric techniques for post-processing. The approach allowed to collect local-scale high-resolution data used to integrate regional post-storm assessments, including qualitative information collected involving the local community, and to detect significant changes of the beach due to the influence of coastal storms and winds. Numerical models were used to analyze the propagation of errors due to the use of synthetic time-series of waves in a process-based chain of models used to simulate erosion and flooding hazards. Results were analyzed with a Bayesian-based approach. The use of synthetic time-series can produce significant errors in the hazard assessment, if compared with the use of real ones, and can influence the risk assessment. Then, two coastal risk assessments are presented, respectively at the local and regional levels. The studies were implemented using the RISC-KIT tools: the Coastal Risk Assessment Framework (CRAF) Phase 1 for the identification of critical areas (hotspots) at the regional level and the Bayesian-based Hotspot tool for testing local measures for disaster reduction, in the current and future scenarios. The CRAF Phase 1 was validated on the Emilia-Romagna coast, confirming that it is able to detect well-known hotspots. The Hotspot tool provided useful insights on the tested measures at the two analyzed case study sites, in Italy and Spain. The applications confirmed that the RISC-KIT approach for regional and local scale assessments is valuable for coastal managers, in order to propose adequate solutions for risk reduction. An interesting aspect of this PhD work is that the majority of the applications were implemented including local people and managers in the process. Large parts of the integrated risk assessments were supported by a strong collaboration between physical and social scientists, confirming that a multi-disciplinary approach is a key aspect in order to properly understand and reduce coastal risk. Coastal managers should take into account all the aspects analyzed in this PhD thesis that can affect risk assessments, from the fieldwork to the deskwork. They should be able to properly address risk by interacting with physical and social scientists, as well as with local communities, if they want to provide effective and acceptable risk reduction strategies.