Generalità

Le soglie numeriche di guardia idraulica o di preallarme definiscono la quantità di

precipitazione lorda che per assegnata durata genera una porta di guardia in una

prefissata sezione fluviale. In tal modo è possibile definire se una precipitazione prevista

possa essere causa di portate superiori a quella di guardia e come tale destare stati di

preallerta negli organismi preposti alle funzioni di protezione civile. Queste soglie si

basano sulla ricerca della soluzione inversa della classica trasformazione afflussi meteorici

in deflussi di piena. Infatti, assegnata una portata di guardia nelle sezioni caratteristiche di

un tronco fluviale si determina tramite modellistica numerica la quantità di precipitazione

lorda, che per diverse durate determina la portata di piena assegnata. Il valore di portata è

a sua volta definito come quella che determina un livello idrico, che transita con un franco

medio di 1m per ciascun tronco principale del reticolo idrografico di cui è nota la

geometria.

Mediante le soglie pluviometriche è possibile definire se una precipitazione prevista possa

essere pericolosa e come tale destare stati di preallerta negli organismi preposti alle

funzioni di protezione civile.

Le soglie numeriche di guardia idraulica si basano sulla ricerca della soluzione inversa

della classica trasformazione da afflussi meteorici in deflussi di piena. Infatti, assegnata

una portata di guardia nelle sezioni caratteristiche di un tronco fluviale si determina tramite

modellistica numerica la quantità di precipitazione lorda, che per diverse durate determina

la portata di piena data. Il valore di portata è a sua volta definito come quella che

determina un livello idrico, che transita con un franco medio di 1m per ciascun tronco

principale del reticolo idrografico di cui è nota la geometria.

Le soglie sono quindi relative ad alcuni tronchi fluviali ritenuti a rischio di esondazione e

quindi critici, sia per esperienza di episodi siffatti, sia in base a considerazioni di geometria

idraulica. Lungo questi tratti del reticolo fluviale si identificano le sezioni critiche, laddove il

rischio idraulico di esondazione è maggiore a parità di pericolosità idrologica di un evento

di piena lungo la rete idrografica stessa. L’identificazione della criticità potrà venire

condotta considerando o meno, nel computo idraulico, un certo franco sui livelli idrici

raggiungibili dalle acque, nel quale conglobare tutte le incertezze di stima dovute alle

valutazioni idrauliche sui fenomeni di propagazione alveata dell’onda di piena (v. (Aree

Vulnerate Italiane da frane ed inondazioni) in quanto è risultato essere l'unico archivio di

dissesti idraulici e geologici organico disponibile. ). La portata idrica corrispondente alla

configurazione idraulica critica viene indicata nel seguito come portata critica.

Questo può essere raggiunta e superata per diverse configurazioni del campo di pioggia a

sua volta rappresentabile da una funzione p=p(x,t) , che esprime il tasso di precipitazione

al tempo t in un punto x dello spazio.

In generale la soluzione di questo problema è assai complessa, visto l’elevato contenuto di

fluttuazioni che il processo stocastico p(x,t) manifesta nello spazio x e nel tempo t. Il

problema, in prima approssimazione, può tuttavia essere affrontato sviluppando una

soluzione semplificata e perciò soggetta a notevoli indeterminazioni, ma tuttavia

applicabile, con le dovute cautele, ai problemi pratici. Essa comporta una valutazione

globale delle precipitazioni in termini di pioggia accumulata dopo un tempo d dall’inizio del

nubifragio e ragguagliata sull’area del bacino sotteso dalla sezione critica, che indichiamo

con P. In pratica, per la sezione critica in esame si deve ricercare il luogo dei punti sul

piano (P,d) che possono produrre la situazione limite di criticità, ossia possono provocare

il raggiungimento di un valore di portata al colmo pari alla portata critica di riferimento.

Questo luogo di punti o insieme limite può dare origine a una curva di pioggia cumulata

che esprime il volume di precipitazione massimo senza che vi sia rischio di esondazione

(evento Ec), e il volume di precipitazione minimo registrabile affinchè vi sia rischio di

esondazione (evento E), per ogni durata d.

Quando l’insieme limite sopra definito collassa in una curva Plim(d) riconoscibile sul piano

(P, d) definiremo questa curva linea segnalatrice di precipitazione cumulata critica o, più

brevemente, soglia di precipitazione cumulata o, più semplicente, soglia pluviometrica (v.

Figura 15, Figura 16).

Sezione di Controllo

Sezione

Critica

Pluviometro

h

_lim

franco

y

_lim

Figura 15 Schema per la definizione delle soglie sperimentali di preallarme, dove si

considera l’eventuale franco necessario a rappresentare le incertezze di tipo idraulico.

d

AMC I

AMC II

AMC III

P_lim^Plim (d AMC)

d₁

0

Figura 16 Soglia pluviometrica in funzione (sopra) dello stato iniziale di imbibimento del

bacino sotteso dalla sezione critica, rappresentato dall’indice AMC, e (sotto) del tipo di

ietogramma

Il primo e fondamentale fattore di controllo dell’insieme limite e del suo collassamento in

una curva sul piano (P,d) è costituito dalle condizioni iniziali di imbibimento dei terreni

all’inizio del nubifragio. La dinamica dell’umidità del terreno è un fenomeno assai

complesso e dà luogo, a rigore, a un processo stocastico spazio-temporale u(x, t), con

fluttuazioni peraltro assai più contenute di quelle di p(x,t). In via approssimata, tale

condizione può essere espressa in modo sintetico con un indice di imbibimento, quale, per

esempio, l’indice AMC del Soil Conservation Service (USDA, 1986). Ci si deve quindi

attendere che differenti stati AMC diano origine a differenti soglie pluviometriche.

Un secondo e importante fattore di controllo è legato alla evoluzione temporale della

precipitazione. Poichè p(x,t) varia congiuntamente nello spazio e nel tempo, anche tale

influenza non è facilmente rappresentabile. In via di prima approssimazione, si può

ritenere che lo ietogramma globale di pioggia cumulata (ossia della pioggia ragguagliata

sull’area del bacino) sia rappresentabile da ietotipi standard, che rappresentano i casi

limite di piogge con tasso pressochè uniforme, crescente e decrescente nel tempo. Ci si

deve quindi attendere che differenti ietotipi possano originare differenti soglie

pluviometriche.

In definitiva, quindi, la soglia pluviometrica avrà una forma condizionata del tipo

Plim(d AMC,ieto) in dipendenza dei due principali fattori di controllo, l’imbibimento iniziale

e la forma dello ietogramma. Inoltre, la soglia pluviometrica sarà definibile soltanto per

valori di durata della pioggia superiori a un valore temporale minimo di sensitività, d

1

, a

partire dall’inizio del nubifragio.

L’impiego della simulazione idrologica per la valutazione delle linee segnalatrici di

precipitazione cumulata critica o soglie pluviometriche comporta l’esecuzione di

esperimenti di simulazione in grado di enucleare, in base ai diversi scenari di

precipitazione che si possono potenzialmente verificare su un bacino idrografico, la

configurazione critica del campo di precipitazione che corrisponde al superamento della

prefissata portata critica di riferimento nella sezione di chiusura del bacino stesso, posta in

corrispondenza di una sezione critica del corso d’acqua preso in esame in relazione alla

sua capacità di smaltimento dei deflussi di piena.

Per la posizione del problema inverso sopra delineata, bisogna schematizzare innanzi

tutto il sistema esaminato in forma assai semplificata. In pratica, bisogna considerare un

sistema a singolo ingresso (rappresentato dalla precipitazione meteorica che viene

progressivamente a cumularsi sul bacino chiuso dalla sezione di interesse) e singola

uscita (rappresentata dalla portata al colmo nella sezione di chiusura). Infatti, qualora

l’ingresso del sistema non sia definito in modo univoco, il grado di indeterminazione della

soluzione del problema inverso condurrebbe a una molteplicità di soluzioni di complessa

interpretazione scientifica e, soprattutto, di modesta utilità pratica e scarsa ricaduta

applicativa (v. Figura 17).

Input (pioggia)

Output (portata alla sez.

di chiusura)

BACINO input Output BACINO input Output

?

Fisso un valore per l’output e ricavo l’input corrispon-dente Il calcolo “a ritroso” non è applicabile

Figura 17 La concettualizzazione del sistema-bacino per la soluzione del problema

inverso.

Di conseguenza, l’ingresso di pioggia va necessariamente rappresentato in modo globale,

introducendo un valore caratteristico (mediato o, meglio, ragguagliato all’area del bacino

idrografico sotteso tramite la valutazione di opportuni pesi) della precipitazione che via via

si accumula sull’area del bacino chiuso dalla sezione di interesse.

Un ulteriore fattore di variabilità riguarda infine lo “stato” del sistema, rappresentato dalle

condizioni iniziali di imbibimento dei terreni del bacino idrografico. L’umidità del terreno

presenta una dinamica spazio-temporale assai complessa e la sua valutazione richiede

modelli matematici sofisticati e identificabili soltanto in base a un fitto controllo di campo

tramite misure specifiche. Lo scopo applicativo del lavoro in oggetto richiede, d’altro canto,

criteri di valutazione di uso semplice e immediato. A tale scopo, l’unico indicatore efficace

è rappresentato dalla stessa precipitazione antecedente l’episodio idrometeorologico

preso in esame. Di qui la necessità di implementare un indice sintetico di semplice e

immediata valutazione, seppure grossolano, quale l’indice AMC del Soil Conservation

Service (USDA, 1986). Tale indice rappresenta lo stato di imbibimento in tre classi: stato o

tipo I, per bacino complessivamente asciutto; tipi II e III rispettivamente per bacino

mediamente e fortemente imbibito.

Nel documento SOGLIE PLUVIOMETRICHE VERSIONE LUGLIO 2004 (pagine 53-58)