Valutazione dell’accuratezza di un catalogo europeo di eventi alluvionali modellati applicata al territorio italiano

As flood risk assessments increasingly rely on continental-scale models to support policy and infrastructure planning, validating the regional accuracy of these datasets is a critical scientific priority. This thesis evaluates the accuracy and reliability of the Combined European Flood Event Catalogue (Paprotny B. R., 2024) by analyzing five major flood events that occurred in Italy between 2010 and 2020. The developed methodology integrates hydrological-hydraulic modeling with remote sensing and high-resolution socio-economic data in a GIS environment. Estimates of flood extent, population exposed, and economic impacts retrieved from the Catalogue were compared against different continental-scale data sources, which include exposure layers such as GHS-POP (Human Settlement Population Grid), HANZE (database of historically recorded flood impacts in Europe), and satellite-derived flood maps produced by Copernicus EMS (Copernicus Emergency Management Service (CMS), n.d.). The analysis reveals that the Catalogue systematically overestimates flood extent and exposure compared to observed historical data. This discrepancy is identified as a direct consequence of the Catalogue’s "no-protection" modelling design, which simulates a theoretical maximum flood extent without considering any defense infrastructure. For this reason, the modelled exposure represents an upper-bound potential hazard rather than a realistic estimate of actual losses. However, when flood extent was restricted to areas historically hit by floods, the modelled impact estimates were more aligned with recorded flood impacts. Despite the tendency to overestimate, the spatial analysis has shown that the Catalogue identifies the correct location of hazard zones quite well. For events verified with satellite-derived maps by Copernicus EMS, the model successfully captured approximately 60% of the observed flood extent. While satellite footprints proved effective in reducing overestimation for some events, the analysis also revealed that satellite maps frequently underestimate the true flood extent compared to historical records, likely due to technical limitations such as cloud cover and acquisition timing. Furthermore, reported impacts included in HANZE have shown discrepancies for some of the case studies, hinting at possible underestimation of real impacts. These findings illustrate that both model-based and observational datasets carry inherent uncertainties that must be considered when interpreting flood impacts. The results are of interest for upcoming and ongoing research projects that leverage the Catalogue to study the impacts of floods on economic activities and infrastructure at the national at continental scale. One key message emerging from the analysis is that, when realistic impact estimates are needed, the modelled flood extents should be combined with local information on flood defenses or validated using satellite observations. This thesis therefore contributes to improving the understanding and practical use of large-scale flood databases in support of flood-risk assessment and climate-adaptation planning.

Con il crescente impiego di modelli su scala continentale nelle valutazioni del rischio di alluvione a supporto delle politiche pubbliche e della pianificazione delle infrastrutture, la validazione dell’accuratezza regionale di tali dataset rappresenta una priorità scientifica fondamentale. Questa tesi valuta l’accuratezza e l’affidabilità del Combined European Flood Event Catalogue (Paprotny et al., 2024) attraverso l’analisi di cinque eventi alluvionali di rilievo verificatisi in Italia tra il 2010 e il 2020. La metodologia sviluppata integra modellazione idrologico-idraulica, telerilevamento e dati socio-economici ad alta risoluzione all’interno di un ambiente GIS. Le stime relative all’estensione dell’alluvione, alla popolazione esposta e agli impatti economici fornite dal Catalogo sono state confrontate con diverse fonti di dati a scala continentale, tra cui layer di esposizione quali GHS-POP (Human Settlement Population Grid), HANZE (database degli impatti storici da alluvione in Europa) e le mappe di inondazione derivate da satellite prodotte dal Copernicus Emergency Management Service (EMS). L’analisi mostra che il Catalogo tende a sovrastimare sistematicamente l’estensione delle alluvioni e i livelli di esposizione rispetto ai dati storici osservati. Tale discrepanza è riconducibile alla struttura di modellazione “no-protection” del Catalogo, che simula un’estensione massima teorica della piena senza considerare le infrastrutture di difesa idraulica. Di conseguenza, le stime modellate rappresentano un limite superiore di pericolosità potenziale, piuttosto che una valutazione realistica delle perdite effettive. Tuttavia, restringendo l’estensione alluvionale alle aree storicamente colpite, le stime modellate risultano maggiormente coerenti con gli impatti documentati. Nonostante la tendenza alla sovrastima, l’analisi spaziale evidenzia che il Catalogo individua con buona precisione la collocazione delle zone di pericolo. Per gli eventi verificati mediante mappe satellitari del Copernicus EMS, il modello ha intercettato circa il 60% dell’estensione alluvionale osservata. Sebbene le impronte satellitari si siano rivelate utili nel ridurre la sovrastima in alcuni casi, l’analisi ha mostrato anche che esse tendono frequentemente a sottostimare l’effettiva estensione delle alluvioni rispetto ai dati storici, probabilmente a causa di limitazioni tecniche quali copertura nuvolosa e tempi di acquisizione. Inoltre, gli impatti riportati nel database HANZE mostrano discrepanze per alcuni casi di studio, suggerendo una possibile sottostima degli impatti reali. Nel complesso, i risultati evidenziano come sia i dataset modellistici sia quelli osservativi presentino incertezze intrinseche che devono essere considerate nell’interpretazione degli impatti alluvionali. I risultati sono di interesse per i progetti di ricerca attuali e futuri che utilizzano il Catalogo per analizzare gli impatti delle alluvioni sulle attività economiche e sulle infrastrutture a scala nazionale e continentale. Un messaggio chiave che emerge dall’analisi è che, quando sono necessarie stime realistiche degli impatti, le estensioni modellate dovrebbero essere integrate con informazioni locali sulle opere di difesa o validate attraverso osservazioni satellitari. Questa tesi contribuisce pertanto a migliorare la comprensione e l’utilizzo operativo dei database alluvionali su larga scala a supporto della valutazione del rischio idraulico e della pianificazione dell’adattamento ai cambiamenti climatici.