Strumenti di valutazione del rischio

La valutazione del rischio di impatto si basa sull’impiego di strumenti per la previsione della probabilità che determinati bersagli presentino un superamento di soglie critiche degli indicatori associati all’impatto e, quindi, dell’accadimento di conseguenze indesiderate sulla circolazione idrica sotterranea. Nell’applicare tali strumenti si può anche parlare di valutazione del rischio di isterilimento dei punti d’acqua o di drawdown

hazard index (Dematteis et al. 2001), essendo l’isterilimento

associato ad una caduta (drawdown) del carico idraulico. La valutazione del rischio verrà effettuata a valle della definizione del modello concettuale geologico ed idrogeologico del territorio ritenuto potenzialmente interferibile dallo scavo, quindi del territorio corrispondente ad un intorno idrogeologicamente significativo rispetto all’opera sotterranea in progetto, a sua volta conseguente alla raccolta, analisi ed interpretazione dei dati di monitoraggio ante-operam, con una forte attenzione alla variabilità stagionale e pluriannuale degli indicatori.

La valutazione del rischio si svilupperà secondo i seguenti step:

1. definizione del territorio idrogeologicamente significativo di riferimento e dei bersagli;

2. definizione degli indicatori e delle soglie;

3. scelta ed applicazione del metodo di valutazione, come riassunto nello schema di Figura 16.

Vediamo di seguito gli aspetti importanti da considerare per ciascuno di questi passaggi.

4.7.1 Definizione del territorio idrogeologicamente significativo di riferimento e dei bersagli

L’estensione dell’area interessata dalla valutazione, che poi è anche l’estensione dell’area soggetta a monitoraggio ambientale, è variabile caso per caso e, nell’ambito dello stesso progetto, tratta per tratta, in relazione alle caratteristiche idrogeologiche, alla trasmissività idraulica degli ammassi rocciosi interessati dall’opera ed alla persistenza delle strutture tettoniche e delle soglie di permeabilità.

La definizione di tale areale sarà uno degli obiettivi fondamentali del modello concettuale geologico ed

idrogeologico. Dovrà anche essere basata sulla conoscenza di case

history pregressi in condizioni geologiche analoghe; riteniamo

assai importante, in questa fase, la consultazione dei dati di letteratura (si veda il Capitolo 2 “Ritorno di esperienza”).

È essenziale che, nella definizione della fascia di interesse, non ci si basi su estensioni preordinate e geometriche ma sulla geologia ed idrogeologia. Ad esempio, nel caso dei tunnel TAV Firenze-Bologna, scavati in prevalenza in ammassi rocciosi torbiditici a permeabilità medio-bassa in grande (bulk

permeability), la estensione della fascia di reale propagazione

degli impatti rispetto all’asse del tunnel è risultata variare da meno di 0,2 km a 5 km, in relazione alla persistenza e diffusività idraulica delle strutture attraversate. In sistemi carsici la estensione attesa degli effetti potrebbe essere, ovviamente, ben maggiore.

I bersagli, oggetto anche del monitoraggio ambientale

ante-operam, in corso d’opera e post-ante-operam, dovranno essere compresi

in una lista che includerà: sorgenti, tratti di corsi d’acqua, laghi, pozzi, piezometri, GDE. Tale lista sarà contenuta nel modello concettuale preliminare, verrà affinata ed integrata durante il monitoraggio ante-operam e verrà definitivamente codificata all’inizio del monitoraggio in corso d’opera.

Il prodotto finale di tale fase sarà la mappatura dell’areale di potenziale impatto assieme alla ubicazione e caratterizzazione dei bersagli. Ogni bersaglio dovrà essere predisposto per operazioni di monitoraggio degli indicatori.

4.7.2 Definizione degli indicatori e delle soglie

Gli indicatori di tipo idrologico ed idrochimico sono stati descritti al Paragrafo 4.4. Ove ritenuto opportuno, in certi contesti, possono essere associati indicatori di tipo geotecnico o strutturale per verificare gli eventuali effetti sulla stabilità di strutture antropiche (cedimenti differenziali, lesioni ecc.) conseguenti alle variazioni del carico idraulico e del regime delle pressioni neutre indotti dall’opera in sotterraneo.

La definizione delle soglie deve essere basata su una serie

storica adeguata di dati di monitoraggio ante-operam che, in relazione alla importanza ambientale e/o socioeconomica di ogni bersaglio, dovrebbero rappresentarne, per quanto possibile, la variabilità idrologica sia stagionale sia pluriannuale. Scopo del monitoraggio ante-operam è anche quello di definire gli effetti di prelievi preesistenti all’opera.

L’approccio alla definizione delle soglie deve comunque tenere conto dell’incertezza e della imprevedibilità degli eventi idrologici. Può essere conveniente definire delle soglie a diversa intensità, ad esempio: soglia di attenzione, soglia di allarme, soglia di emergenza. Il superamento della prima può essere dovuto alla semplice variabilità idrologica naturale; il superamento della seconda (con minore probabilità) e della terza (con ragionevole certezza) indicano invece il verificarsi di una situazione di impatto in corso. Appare evidente che un isterilimento stagionale di una sorgente o un brusco abbassamento piezometrico in un pozzo non debbono essere necessariamente sempre associati ad un impatto in corso.

Si rimanda al Capitolo 8 sul monitoraggio per maggiori approfondimenti in merito e per l’adozione di una terminologia e metodica per quanto possibile codificate.

4.7.3 Scelta ed applicazione del metodo di valutazione del rischio

Indubbiamente uno degli sforzi tecnici maggiori, e quindi una delle sfide maggiori, nei progetti di grandi opere in sotterraneo è la previsione delle interferenze sulla circolazione idrica sotterranea e degli impatti sui bersagli in termini di abbassamento, o innalzamento, piezometrico e di isterilimento delle sorgenti e del deflusso di base dei corpi d’acqua superficiale. La possibilità di prevedere effetti indesiderati, in termini ambientali e socioeconomici, rappresenta infatti il requisito essenziale per approntare per tempo le necessarie misure di mitigazione, o anche deviare o abbandonare il progetto, sempre nell’ambito di un’analisi corretta del rapporto costi/benefici.

Fig. 16 - Procedura di Valutazione del Rischio.

La previsione, ovviamente, avviene su 2 delle componenti del rischio: l’Interferenza e la Connessione. Che probabilità vi è di avere ingressioni di acqua di una certa portata in un determinato tratto di galleria (Interferenza) oppure che probabilità vi è che quelle ingressioni determinino effetti sugli indicatori al bersaglio di impatto oltre una certa soglia (Connessione) sono due tipiche domande associate alla previsione.

Le presenti linee guida non si propongono di entrare nel dettaglio dei differenti metodi di previsione. Le famiglie di metodi che possono essere ritenuti più significativi sono: i metodi parametrici non fisicamente basati ed i metodi matematici fisicamente basati.

Metodi parametrici: sono noti anche come metodi a matrice o metodi a punteggio e pesi. Identificano grandezze fisiche o proprietà considerate significative per la determinazione della Interferenza (ad esempio: conducibilità idraulica dell’ammasso roccioso, indice RQD, spessore della copertura, intersezione dello scavo con fratture ecc.) e della Connessione (es. distanza fra fronte di scavo e bersaglio, vicinanza del bersaglio a strutture tettoniche o soglie di permeabilità intersecate anche dallo scavo, classificazione idrogeologica del bersaglio, ecc.), le parametrizzano e le combinano tra loro tramite incrocio su matrice o tramite assegnazione di pesi moltiplicatori fino ad ottenere un indice probabilistico di rischio di impatto relativo assegnato al bersaglio. Viene utilizzata una cosiddetta matrice di contingenza, che incrocia assieme grandezze o proprietà diverse (simile come significato alla matrice di Leopold per la valutazione di impatto ambientale). Si cita, ad esempio, il metodo per la determinazione dell’indice DHI (Drawdown

Hazard Index) associato al rischio di isterilimento delle sorgenti

(Dematteis et al. 2001). Si veda anche Cesano et al. 2003. I metodi parametrici non sono fisicamente basati e quindi hanno insito un determinato grado di soggettività. Peraltro, hanno il vantaggio di richiedere una mole ridotta di dati di ingresso, di tenere in conto comunque di numerosi parametri e di essere sufficientemente speditivi ed anche quantitativi, per cui permettono comparazioni relative fra contesti o bersagli diversi.

Metodi matematici: sono sostanzialmente rappresentati da modelli matematici di flusso di acqua sotterranea che, in modo fisicamente basato (unidimensionale, bidimensionale o tridimensionale) simulano realmente, ovviamente con semplificazioni ed assunzioni di generalizzazione, il reale processo di interferenza idrogeologica fra opera in sotterraneo e sistemi di circolazione idrica nel mezzo poroso. I codici adottati, di tipo comunque deterministico, possono essere analitici o numerici.

I metodi analitici sono basati su algoritmi relativamente semplici, condizioni al contorno semplici e stazionarie ed una distribuzione di conducibilità idraulica omogenea o comunque semplificata (Zhang and Franklin 1993; Goodman et al. 1965; Barton 1974; Federico 1984; Lei 1999, 2000; El Tani 1999).

I metodi numerici sono basati su codici complessi, implicano una maggiore flessibilità e adattabilità al mondo fisico reale ma sono, ovviamente, più esigenti in termini di

competenza e sensibilità scientifica dell’utilizzatore, risorse finanziarie e disponibilità di dati di input. L’applicazione della modellazione numerica e le sue potenzialità nell’ambito degli studi idrogeologici per le opere in sotterraneo è trattata in queste linee guida al Capitolo 3. Si veda anche: Font-Capò et al. 2011, Vincenzi et al. 2010. Ancora non è frequente l’impiego di questi strumenti per la valutazione del rischio di impatto dell’opera su bersagli anche se la possibilità di assegnare una distribuzione quantificata di probabilità alle previsioni (ad esempio con simulazione della variabilità attesa dei parametri di input tramite metodi come quello Montecarlo) può grandemente contribuire ad una conoscenza accurata dell’affidabilità delle previsioni.

Una valutazione del rischio di impatto, parametrica o fisicamente basata, deve essere considerata parte essenziale del processo di progettazione. La valutazione basata su modellazione numerica è fortemente raccomandata anche se va intrapresa solo ove apporti informazioni più approfondite ed affidabili di quelle derivabili da metodi di minore complessità. La valutazione dell’opportunità di realizzare un modello numerico deve essere condotta sulla base di: completezza dei dati di base, distribuzione geografica dei sondaggi e delle prove, affidabilità del modello geologico ed idrogeologico di riferimento (alla scala richiesta dal modello), disponibilità di dati per la calibrazione. I rapporti geometrici e la distribuzione dei parametri idrodinamici dei sistemi di circolazione idrica devono essere ricostruiti con buon dettaglio, relativamente all’area idrogeologicamente significativa del progetto, e sono necessari dati quantitativi per la calibrazione (livelli piezometrici, portate fluenti).

4.7.4 Rappresentazione del grado di interferenza e del rischio

L’interferenza può essere mostrata, lungo il tracciato dell’opera, con diversi cromatismi in relazione alla probabilità del verificarsi di ingressioni di acqua in galleria di una certa entità (o di risalite piezometriche di una certa entità nel caso dell’effetto barriera).

Il Rischio del superamento di determinate soglie degli indicatori di impatto può essere associato, con opportune simbologie o cromatismi, a:

• i bersagli (quindi sorgenti, tratti di corsi d’acqua, pozzi, GDE ecc.);

• aree di impatto (proiezione planimetrica delle aree dove l’acquifero subisce un impatto).

Nella scelta dei colori il rosso segnalerà la situazione di maggiore rischio (ad esempio rischio di prosciugamento totale o parziale per una sorgente) ed altri colori meno accesi segnaleranno rischi di intensità minore. Allo stesso modo i tratti di galleria con la maggiore probabilità di indurre ingressioni di acqua saranno evidenziati con opportuna scala cromatica.

Al fine di superare l’intrinseca indeterminatezza associata alla valutazione probabilistica del rischio, si raccomanda di impiegare, in parallelo, 2 metodi, del tutto indipendenti fra loro come filosofia di approccio: ad esempio, un metodo parametrico ed un modello numerico. Per ogni singolo bersaglio

il cromatismo di rischio, codificato allo stesso modo, non sarà necessariamente sempre lo stesso per cui le condizioni effettive di sussistenza di un determinato grado di rischio potrebbero essere accertate con una valutazione di tipo “semaforico”: nel caso di una conferma reciproca di un metodo rispetto all’altro il potere predittivo della valutazione è rafforzato, mentre esso viene indebolito se una delle 2 valutazioni smentisce l’altra. Possono ovviamente essere trovate combinazioni diverse all’esito delle 2 valutazioni, tenendo comunque presente che la valutazione finale di rischio deve essere conservativamente cautelativa secondo il principio di precauzione.

4.8 Interventi per la mitigazione/compensazione