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L’aumento in frequenza ed intensità degli eventi metereologici estremi è una caratteristica dei nostri giorni (IPCC, 2014). Nel caso del dissesto idrogeologico, non può essere trascurato l’effetto combinato del cambiamento climatico e di quello, dominante, dovuto alla presenza e all’azione dell’uomo, dove l’uomo è, nello stesso tempo, causa ed elemento a rischio (MATTM, 2018). Proprio a causa della fragilità del sistema uomo-territorio i costi connessi alle perdite complessive sono aumentati con un trend estremamente significativo.
I modelli idraulici hanno rivestito negli ultimi anni un ruolo sempre più importante nella pianificazione territoriale e nella definizione delle aree di pericolosità grazie al reperimento di dati e al progresso tecnologico. Infatti la direttiva INSPIRE ha reso disponibile una grande quantità di dati territoriali di forma e provenienza molteplice e il progresso tecnologico ha permesso una maggiore capacità computazionale consentendo l’ideazione e la realizzazione di simulazioni con estensione e risoluzione che sino a pochi anni fa erano impensabili.
I modelli idraulici bidimensionali descrivono efficacemente la propagazione di onde di piena in alvei complessi caratterizzati da notevoli variazioni topografiche. Sono più complessi di quelli monodimensionali, richiedono maggiori informazioni di tipo topografico, idraulico e geomorfologico del territorio e un maggior investimento in risorse hardaware e software, ma, se correttamente utilizzati, rispondono in modo più coerente con la realtà fisica. Questi modelli sono utili per la predisposizione dei piani di assetto idrogeologico del territorio (PAI) consentendo di delimitare le aree esposte al pericolo di alluvione per eventi di piena eccezionali.
Questo lavoro si propone di indagare il ruolo delle variabili necessarie alla costruzione di un modello idraulico di un bacino idrografico storicamente soggetto a rischio alluvionale con lo scopo di individuare quali siano gli strumenti necessari ad una corretta gestione del territorio.
L’area sulla quale è stato svolto questo studio riguarda un settore del bacino idrografico del F. Versilia (Toscana NW, provincia di Lucca). Esistono numerosi studi del bacino idrografico del F. Versilia, in modo particolare dal punto di vista idraulico e idrogeologico, poiché da sempre è interessato da fenomeni di piena e di esondazione, talvolta disastrosi come l’ultimo grande evento avvenuto il 19 giugno 1996, quando si registrarono 14 vittime e ingenti danni alle infrastrutture. La particolarità della porzione di bacino idrografico studiato è quella di avere pendii molto ripidi e tempi di corrivazione molto brevi che, in aggiunta a precipitazioni annue tra le più elevate di tutta la penisola, fanno sì che si possano verificare fenomeni di piena e di esondazione. Non potendo modellizzare l’intero bacino idrografico con una buona risoluzione a causa della sua grande estensione, l’area di indagine è circoscritta alla parte montana del bacino con la sezione di chiusura posizionata a circa 1 km a valle dalla cittadina di Seravezza lungo l’asta fluviale del F. Versilia. La sezione di chiusura è posizionata in modo da comprendere la stazione idrometrica TOS02004029-Seravezza 2 del Settore Idrologico Regionale e permettere così il confronto dell’evento reale con quello simulato.
Il modello idraulico bidimensionale scelto è il software FLO-2D Basic (liberamente scaricabile nella versione base), ed i file di input sono stati creati da esterno al software tramite strumenti GIS e codici in linguaggio di programmazione C++. Nel lavoro si simula l’evento di piena accaduto tra il 25 e il 26 ottobre 2011. Si è scelto un evento di piena poiché il fine di questo lavoro è testare la congruenza del modello con la realtà in funzione del variare dei parametri di input, ed un evento di esondazione introdurrebbe una ulteriore complessità che andrebbe a mascherare gli effetti della variazione di tali parametri. Tanto più per simulare un'esondazione sarebbe necessario un livello di dettaglio nel modello digitale del terreno, ad esempio lungo gli argini, che non è attualmente disponibile.
Nella modellizzazione, la risoluzione del modello digitale del terreno (DTM) utilizzato come base topografica è di fondamentale importanza. Per questo si è resa necessaria la verifica della congruità del LiDAR utilizzato con le finalità di questo studio, attraverso la comparazione con un modello digitale della superficie (DSM) di estremo dettaglio realizzato usando come test site il tratto dell'alveo del Fiume Versilia compreso tra le località La Rotta e San Bartolomeo (Comune di Pietrasanta). La costruzione del modello è stata realizzata con la tecnica fotogrammetrica “Structure From Motion (SfM)” e con l’uso del GPS differenziale.
In seguito, sono stati variati, nelle simulazioni, i parametri di infiltrazione del modello Green-Ampt (1911)(conducibilità idraulica (K), deficit di umidità nel suolo (Δθ) e capillarità (ψ)). Grandi variazioni dei parametri, corrispondenti a tipi di suolo molto diversi, non hanno comportato significativi cambiamenti nella curva dell’altezza dell’onda di piena. Si è inoltre verificato che la conducibilità idraulica è il parametro più influente nei processi di infiltrazione, in quanto le sue variazioni percentuali determinano i massimi discostamenti dalla curva della simulazione di base.
Il coefficiente n di Manning compare nel modello sia per il flusso sul floodplain sia per il flusso nel canale. In entrambi i casi una variazione del parametro comporta una variazione percentuale dell’altezza d’onda e del suo tempo di arrivo. Nelle simulazioni, però, è importante considerare che i valori di n impostati sono soggetti a variazioni determinate dal numero massimo di Froude (FROUDC). Quest’ultimo è un parametro molto importante che fornisce stabilità alla simulazione limitando la velocità del flusso nelle celle in cui questa risulterebbe eccessiva aumentando n. Un valore basso di FROUDC permette una maggiore stabilità della simulazione ma sfalsa il risultato limitando eccessivamente il flusso e aumentando notevolmente la colonna d’acqua all’interno del canale. Quindi è necessario individuare un valore più basso di FROUDC al di sopra del quale la simulazione non è più soggetta a variazioni significative dell’altezza d’onda.
Il parametro più importante è la precipitazione, che deve essere gestita nelle fasi preliminari della costruzione di un modello idraulico, non solo perché varia l’altezza d’onda con un’azione diretta, ma anche perché altera altri parametri che influenzano molto i calcoli compiuti dal software. Ad una variazione della precipitazione corrisponde un diretto e proporzionale cambiamento delle grandezze idrauliche calcolate dal software (es. altezza d’onda, portata). Oltre a questo, si è verificato come la quantità d’acqua, che nel caso simulato deriva tutta dalla precipitazione, influenzi il parametro n di Manning, che è funzione della colonna d’acqua e quindi delle precipitazioni.
Da questo lavoro emerge che il numero delle stazioni pluviometriche è insufficiente per l’area di studio, mancano informazioni sul grado di fratturazione delle rocce e quindi della reale infiltrazione, il DTM utilizzato ha una risoluzione sufficiente per lo studio di un evento di piena, ma non per lo studio di un evento di esondazione. Inoltre, è stato necessario effettuare un rilievo di campagna al fine di determinare l’esatta posizione e il livello dello zero idrometrico della stazione idrometrica utilizzata come controllo nelle simulazioni.
I modelli idraulici, che sono previsti dalla normativa nazionale per la gestione e la pianificazione territoriale, rispondono molto meglio nel caso di eventi molto intensi, piuttosto che nel caso di eventi canalizzati. Infatti, per eventi eccezionali, come quello del 19/06/1996, la quantità d’acqua in gioco è talmente grande che l’errore introdotto nei parametri di input e la risoluzione del DTM hanno minor influenza rispetto a quando l’apporto di acqua è minore come nel caso dell’evento di piena oggetto di questo lavoro. Le criticità avanzate nella costruzione di questo modello idraulico, riferito a un evento non eccezionale, sono analoghe a quelle degli altri modelli previsionali, tra cui quelli utilizzati dalle Autorità di Bacino. Come sottolineato precedentemente, gli eventi di piena con intensità e tempi di ritorno grandi sono meno influenzati dall’incertezza dei parametri di input, al contrario degli eventi di più modesta intensità e tempi di ritorno più piccoli. Per questo motivo è importante verificare l’estensione delle aree riconosciute nei PAI come zone allagabili con tempi di ritorno brevi (tra i 20 e i 50 anni) e l’errore associato. Su queste aree deve concentrarsi l’attenzione della comunità scientifica e delle autorità preposte, in quanto sono quelle che nel lungo periodo arrecano il maggior danno economico.