Responsabile scientifico: Francesco Viola
Gruppo di ricerca: Andrea Balzano, Simone Ferrari, Giorgio Querzoli,
Nicola Montaldo, Giovanni Maria Sechi, Roberto Deidda, Maria Grazia Badas, Domenico Caracciolo, Matteo Hellies
L’attività di ricerca del prof. Francesco Viola si è incentrata, fin dagli inizi della carriera accademica, sulla modellazione dei deflussi in bacini caratterizzati da deflusso effime-ro, la previsione in bacini non strumentati, l’analisi statistica delle variabili idrologiche e climatiche e l’analisi delle serie tempora-li per l’individuazione dei trend futuri. Nel corso degli ultimi anni, facendo seguito ad una necessità scientifica e sociale sempre più pressante, l’attività del prof. Viola si è con-certata sullo studio dei cambiamenti clima-tici e sugli impatti che questi apportano alle variabili idrologiche, quali precipitazione ed evapotraspirazione, sulla disponibilità delle risorse idriche sia superficiali che profonde e sulla previsione e prevenzione del rischio idrogeologico e idraulico.
Grazie al contributo della Fondazione di Sardegna è stato possibile portare avanti vari temi di ricerca che hanno riguardato la validazione di dati di pioggia ottenuti trami-te satrami-tellitrami-te e la valutazione su come i cam-biamenti climatici influiscono sul ciclo idro-logico. Infine è stato effettuato uno studio a scala globale sulla possibilità di installazione dei tetti verdi. Tali attività hanno portato alla pubblicazione di vari articoli in riviste inter-nazionali indicizzate ISI.
Entrando maggiormente nel dettaglio delle attività, per quanto riguarda la vali-dazione di dati satellitari di precipitazione, la ricerca è stata incentrata sull’analisi dei
dati ottenuti tramite il progetto GPM (Global Precipitation Measurements), andando a ana-lizzare i dati rilevati nelle due grandi isole del Mediterraneo: la Sardegna e la Sicilia (1).
In particolare si è posta l’attenzione su due aspetti che non erano mai stati investigati adeguatamente, ovvero gli effetti sulla rile-vazione delle piogge dovuti alla morfologia e al passaggio tra mare e terra. Sono state quindi eseguite delle analisi volte a valutare le prestazioni globali del sistema GPM nel-le aree di studio. Per far ciò sono stati usati, oltre i classici indici statistici come correla-zione, RMSE e SBM, degli indici statistici ap-positamente costruiti atti a valutare le pre-stazioni globali del sistema
Nella figura sottostante (Fig. 1) viene mostrata la precipitazione media annuale misurata attraverso il progetto GPM (pan-nelli a, b) e la media spaziale della precipi-tazione misurata dai pluviometri (pannelli c, d) nel periodo 2015-2016. Si può osservare come, mentre i range di precipitazione forni-ti dai pluviometri sono più grandi rispetto a quelli forniti dal GPM, le medie spaziali ottenute dal GPM siano leggermente più elevate rispetto a quelle che si ottengono dall’interpolazione dei dati registrati a ter-ra. Un’altra analisi effettuata (Fig. 2) mostra la capacità dei dati GPM di riprodurre l’e-voluzione temporale delle precipitazioni. In questo grafico viene riportata la cumulata della precipitazione areale media nel
perio-Ingegneria civile ed Architettura aumenta se si considerano periodi di cam-pionamento più lunghi.
La valutazione sull’effetto della morfolo-gia nella accuratezza delle rilevazioni GPM ha messo in evidenza un aumento della pre-cisione all’aumentare della quota. Tale com-portamento è stato ulteriormente investiga-to facendo una distinzione tra aree costiere e aree ricadenti nell’entroterra e andando a calcolare per ogni area tutti gli indici statisti-ci precedentemente menzionati, conferman-do l’aumento di precisione nelle aree lontane dal mare.
In conclusione, tale attività di ricerca ha permesso di confermare la bontà delle rile-vazioni di pioggia effettuate nell’ambito del progetto GPM sia per la Sardegna che per la Sicilia. Per entrambi i contesti l’analisi ha messo in evidenza alcune debolezze nelle rilevazioni relativamente alla fascia costiera.
Quindi sebbene già allo stato attuale il siste-ma GPM fornisca delle buone indicazioni sulle precipitazioni, è altrettanto evidente che esistono degli aspetti che meriterebbero un’ulteriore e più approfondita fase di studio.
Parallelamente all’attività sopra descrit-ta è sdescrit-tadescrit-ta sviluppadescrit-ta una tematica di ricerca riguardante la fattibilità della costruzione di tetti verdi in varie regioni del mondo, andan-do a fornire delle indicazioni di massima su quali zone siano più idonee all’installazione dei tetti verdi (2). Anche in questo caso, la ri-cerca è stata finanziata dalla Fondazione di Sardegna.
I tetti verdi sono delle opere strutturali atte a mitigare le problematiche dovute al feno-do 2015-2016 ottenuta attraverso i dati GPM
(linea continua) e attraverso l’interpolazione dei dati osservati a terra (linea tratteggiata).
Anche in questa immagine si evince come il GPM tenda a sovrastimare leggermente la precipitazione.
Le analisi condotte attraverso gli indici statistici hanno evidenziato delle generali buone prestazioni del sistema GPM sia per la Sardegna che per la Sicilia. In particolare sono stati ottenuti ottimi valori di correlazio-ne tra il segnale GPM e il segnale rilevato dai pluviometri, con valori di correlazione medi che si assestano intorno a 0,8.
L’analisi è stata condotta sia a scala oraria che a scala giornaliera, mettendo in eviden-za che la precisione della rilevazione GPM
Fig. 1. Mappa della precipitazione media annuale nel periodo 2015-2016, misurata dal GPM (a, b) e dai pluviometri (c, d).
Fig. 2. Comparazione dell’altezza di precipitazione cumulata rilevata dal GPM (linea continua) e dai pluvio-metri (linea tratteggiata) in Sardegna e Sicilia.
Ingegneria civile ed Architettura
struito il modello, le prestazioni dei tetti sono state calcolate in base a degli indici idrologici appositamente definiti.
Il primo indice è l’indice di ritenzione IOR.
Quando questo indice assume valori pari all’unità il tetto raggiunge la massima effi-cienza. Il secondo indice è chiamato IOR95 il quale fornisce delle indicazioni sulle presta-zioni dei tetti durante gli eventi maggiormen-te inmaggiormen-tensi. Quando questo indice è pari a uno si ha la massima efficienza.
Si è inoltre valutata la possibilità di cresci-ta della vegecresci-tazione attraverso un parametro chiamato indice di stress idrico. Quando il va-lore dell’indice è prossimo all’unità, significa che la vegetazione si trova in una condizione di stress idrico che potrebbe portare alla mor-te della smor-tessa.
Se si considerano unicamente le aree in cui i valori degli indici IOR e IOR95 sono elevati ed il valore del coefficiente di stress idrico è inferiore a 0,5, si riesce ad avere un indicazio-ne di massima su quali aree del mondo hanno condizioni maggiormente favorevoli all’in-stallazione dei tetti verdi. Tali aree vengono mostrate nell’immagine (3) colorate di verde sia per i tetti estensivi (panelli a e c) sia per meno degli allagamenti nelle aree urbane. I
benefici derivanti dall’installazione dei tetti verdi sono sostanzialmente di due tipi: ridu-zione del volume di deflusso superficiale ge-nerato dalle piogge e attenuazione e ritardo del picco di piena. Da un punto di vista pura-mente costruttivo, i tetti verdi possono essere classificati come estensivi o intensivi. I primi sono caratterizzati da uno strato di terreno molto sottile, nell’ordine di circa 150mm, ed ospitano una vegetazione avente radici poco profonde, mentre i secondi sono caratterizzati da strati di terreno più profondi e sono adatti ad ospitare una vegetazione di dimensioni ri-levanti, come alberi.
L’obiettivo di tale studio è stato quello di valutare, per entrambe le tipologie costrutti-ve, le prestazioni dei tetti verdi a scala mon-diale, tenendo in considerazione oltre che il tipo di tetto, anche le possibili condizioni di stress vegetativo dovuto a lunghi periodi sic-citosi. Per perseguire tale obiettivo è stato co-struito un modello idrologico concettuale che andasse a simulare in ogni istante temporale il contenuto d’acqua presente nel terreno, l’e-vapotraspirazione e la quantità d’acqua che dai tetti viene rilasciata a terra. Una volta
co-Fig. 3. Distribuzione spaziale della aree maggiormente adatte all’installazione dei tetti verdi
Ingegneria civile ed Architettura basato sull’equazione di Fu, il quale descrive la curva di Budyko, in modo da poter sepa-rare gli impatti sul deflusso annuo provocati dai cambiamenti climatici da quelli provo-cati dai cambiamenti d’uso del suolo. Gli effetti di queste due componenti sono stati studiati attraverso le ricostruzioni delle di-stribuzioni di probabilità annuali di deflus-so per il periodo in esame e per gli scenari futuri più probabili, basati sulla ricostruzio-ne dei modelli meteorologici di circolazioricostruzio-ne globale e sugli andamenti dell’urbanizzazio-ne. Il risultato di tale ricerca ha evidenziato una decrescita considerevole del deflusso medio annuo, con picchi di decrescita pari al 47,6%. Tale decrescita comporta delle ovvie criticità sul sistema idrico destinato a soddi-sfare il fabbisogno della popolazione. Infatti riducendosi il deflusso annuo si riduce la di-sponibilità d’acqua da destinare alla popola-zione per i vari usi, potabile, agricolo e indu-striale, comportando quindi delle situazioni di crisi del sistema.
quelli intensivi (pannelli b e d). L’immagine mostra come per quanto riguarda i tetti ver-di estensivi la fattibilità dell’installazione sia prevalentemente concentrata nell’ Emisfero Nord, mentre per quanto riguarda la configu-razione intensiva le aree che presentano delle buone condizioni per l’installazione dei tetti verdi aumentano in maniera considerevole.
In conclusione quindi, questo studio ha voluto ricercare le aree maggiormente adatte all’ installazione dei tetti verdi, i quali potreb-bero rappresentare un ottimo strumento per la mitigazione del rischio d’alluvione nelle aree urbane, rischio che negli ultimi anni è aumentato drasticamente sia a causa dei cam-biamenti climatici in atto, sia a causa di una gestione scellerata dell’uso del suolo.
Altro tema di ricerca sviluppato negli ulti-mi anni e finanziato dalla Fondazione è stato la valutazione dell’impatto dei cambiamenti climatici e d’uso del suolo sul deflusso me-dio annuo nei bacini dell’area mediterranea (3). Per far ciò è stato costruito un framework
Bibliografia
1. Caracciolo D, Francipane A, Viola F, Noto LV, Deidda R. Performances of GPM satellite precipitation over the two major Mediterranean islands. Atmos-pheric Research, 2018; 213: 309-22.
2. Hellies M, Deidda R, Viola F. Retention performances of green roofs worldwide
at different time scales. Land Degradation and Development, 2018; 29(6): 1940-52.
3. Viola F, Feng X, Caracciolo D. Impacts of Hydrological Changes on Annual Runoff Distribution in Seasonally Dry Basins. Water Resources Management, 2019; 33(7): 2319-33.
Francesco Viola ha conseguito la Laurea in Inge-gneria Civile Idraulica presso l’Università degli Studi di Palermo, con votazione 110/110 e lode nel novembre del 2001. Ha conseguito nel Febbraio 2005 il Dottorato di Ricerca in “Ingegneria delle reti civili e dei sistemi territoriali”, XVII ciclo, pres-so l’università di Napoli Federico II. Da dicembre 2018 è Professore associato a tempo pieno presso il Dipartimento di Ingegneria Civile, Ambientale e Architettura dell’Università degli Studi di Caglia-ri. Nel 2007 è stato Visiting researcher al Depart-ment of Civil and EnvironDepart-mental Engineering, Duke University, Durham, North Carolina, USA, collaborando col Prof. Amilcare Porporato.
I suoi interessi di ricerca riguardano i modelli idro-logici, i cambiamenti climatici, l’ecoidrologia e la previsione e prevenzione del rischio idrogeologi-co. Autore e/o coautore di 34 lavori pubblicati su riviste ISI. Autore e/o coautore di più di 70 lavori presentati a convegni nazionali e/o internazionali, molti dei quali pubblicati negli atti degli stessi con-vegni; co-editore di due volumi scientifici. Editor della rivista “Advances in Meteorology”.
Secondo il database SCOPUS, l’H-index vale 16; i lavori sono stati citati 695 volte (17/04/2019). Se-condo il database GOOGLE SCHOLAR, l’H-in-dex vale 17; i lavori sono stati citati 969 volte (17/04/2019).