An estimation of crop damage for 100, 200 and 500 year return period floods : a case study of the Marta basin

Intense and frequent floods affect not only urban and urbanized areas, but also crop fields, causing damage and losses in the agricultural production. The impact of floods on crops has attracted less attention from the scientific community than cities, due to less human, material and financial damage. Moreover, strategies to protect cities and urbanized lands are often implemented at the expense of agricultural areas. In this context, this master’s thesis addresses the issue of flood damage estimation in the agricultural sector through the case study of the Marta River Basin. From the development of a high-resolution 1D-2D flood model (1-m DEM) with HEC-RAS software and an in-depth study of crop resistance functions, a method was established to calculate the probability of loss, pixel by pixel, for different crops (common wheat, durum wheat, barley, oats, maize, sunflower, dry pulses, rape, potatoes and other root crops, grassland and fodder crops) affected by floods with return periods of 100, 200 and 500 years. The analysis is spatially distributed combining for each pixel the maximal water levels reached during the flood, the ponding time of water on the field, and the maximal stream velocities with the growth stages of different crops. The results show that April is the most vulnerable month with the greatest losses (4.47E+9 kcal for the 200-year return period), due to the high concentration of winter cereals (>50%) and their high fragility at the flowering stage. A series of simulations and analyses were then conducted to identify the least vulnerable crops. Knowing the risk areas and the most vulnerable crops makes it possible to adopt strategies to defend the agricultural production and, if necessary, to ensure the crop in an appropriate way.

Alluvioni sempre più intense e frequenti interessano non solo le aree urbane e urbanizzate, ma anche i campi coltivati, causando danni e perdite nella produzione agricola. L’impatto delle alluvioni sulle colture ha attirato meno attenzione da parte della comunità scientifica rispetto a quello sulle città, a causa dei minori danni umani, materiali e finanziari, e le strategie di protezione delle città e dei territori urbanizzati sono spesso realizzati a scapito delle aree agricole. In questo contesto, la presente tesi di laurea magistrale affronta il tema della stima dei danni da alluvione nel settore agricolo, attraverso il caso di studio del bacino del fiume Marta. Dallo sviluppo di un modello di alluvione 1D-2D ad alta risoluzione (DEM 1m) con il software HEC-RAS e da uno studio approfondito delle funzioni di resistenza delle colture, è stato stabilito un metodo per calcolare la probabilità di perdita per diverse colture (frumento tenero, frumento duro, orzo, avena, mais, girasole, legumi secchi, colza, patate e altre colture a radice, prati e colture foraggere) colpite da alluvioni con tempi di ritorno pari a 100, 200 e 500 anni. L’analisi è condotta in maniera spazialmente distribuita combinando i livelli di acqua raggiunti in seguito all’alluvione, il tempo di permanenza dell’acqua sui campi coltivati e le velocità della corrente con gli stadi di crescita delle diverse colture. I risultati mostrano che Aprile è il mese più vulnerabile in cui si registrano le perdite maggiori (4.47E+9 kcal per il periodo di ritorno di 200 anni), a causa dell’alta concentrazione di cereali invernali (>50%) e della loro elevata fragilità nella fase di fioritura. Si sono poi condotte una serie di simulazioni e analisi per l’identificazione delle colture meno vulnerabili. La conoscenza delle aree più a rischio e delle colture più vulnerabili permette di adottare delle strategie di difesa della produzione agricola e, nel caso, di assicurare in maniera opportuna il raccolto.