Lo scopo della tesi è quello di effettuare uno studio regionalizzato delle massime altezze di pioggia, di durata da 1 a 24 h, registrate dai pluviometri per la zona sud della Toscana.

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Capitolo 1:

Premessa

Lo scopo della tesi è quello di effettuare uno studio regionalizzato delle massime altezze di pioggia, di durata da 1 a 24 h, registrate dai pluviometri per la zona sud della Toscana.

Per ogni singola stazione sono disponibili al massimo 80 anni di dati, mentre i tempi di ritorno utilizzati negli studi idrologici, sono dell’ordine dei 200 anni, questo implica che i dati a nostra disposizione non forniscono risultati attendibili.

Attraverso uno studio regionalizzato delle piogge si cerca di ovviare a questo inconveniente, in quanto si possono stimare i parametri della distribuzione, sulla base delle osservazioni eseguite in tutte le stazioni di una regione omogenea.

Nella prima parte del lavoro, dopo un breve inquadramento della zona in esame, si è cercato di ottimizzare i dati raccolti, facendo molta attenzione all’attendibilità e alla trascrizione degli stessi, allo scopo di poter disporre di serie storiche quanto più possibile esenti da errori.

I dati idrologici raccolti sono stati poi analizzati mediante metodi statistici per poter

poi calcolare con maggiore affidabilità la quantità di precipitazione relativa ad

eventi estremi di durata e tempo di ritorno prefissati.

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Capitolo 2:

Acquisizione dei Dati

I dati utilizzati nel presente lavoro, sono stati tratti dalle pubblicazioni specifiche del Servizio Idrografico e soprattutto dagli archivi cartacei e informatici dell’Ufficio Idrografico di Pisa. Questo ha fornito i dati di altezza di pioggia massima per durate da 1 a 24 ore per ciascun anno di osservazione disponibile per ciascuna stazione dell’area di studio.

Il materiale informatico utilizzato, è stato reperito al sito www.idropisa.it (tramite accesso con password), dal quale è stato possibile scaricare in formato CSV i dati di pioggia per tutte le stazioni della Toscana.

Figura 1. Sito internet del Servizio Idrologico Nazionale.

Per gli altri dati si sono consultati gli Annali Idrologici nei quali, nella parte I sezione B pluviometria è riportato l’elenco delle stazioni pluviometriche del compartimento, raggruppate per bacini, con le loro caratteristiche principali:

• quota sul l.m.m

• altezza della bocca dell’apparecchio al suolo

• anno di inizio delle osservazioni

• tipo di strumento utilizzato (semplice, registratore, elettronico o altro).

Subito dopo vengono le tabelle:

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Tabella I (osservazioni pluviometriche giornaliere) Che riporta per ogni stazione

- l’altezza di pioggia giornaliera per ogni giorno dell’anno

¹

le altezze di pioggia mensili e il totale annuo

- il numero di giorni piovosi

²

per ogni mese e per l’intero anno.

Figura 2. Esempio di Tabella I

1

le osservazioni sono eseguite alle 9 dal mattino e il risultato è attribuito al giorno

stesso della misura

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Tabella II (totali annui e riassunto dei totali mensili e della quantità di precipitazione) che sostanzialmente è un riassunto della prima tabella con,in evidenza il massimo ed il minimo dei totali mensili.

Figura 3. Esempio di Tabella II

Tabella III (precipitazioni di massima intensità registrate ai pluviografi) in cui sono riportate, per le sole stazioni con apparecchio registratore, i massimi annuali delle precipitazioni della durata di 1,3,6,12,24 ore relative a periodi con inizio in un istante qualsiasi

³

Figura 4. Esempio di Tabella III

3

da sottolineare che il massimo di 24 ore è generalmente differente (mai minore)

dalla massima altezza giornaliera

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Tabella IV (massime precipitazioni dell’anno per periodi di più giorni) riporta, per alcune stazioni opportunamente scelte, i massimi valori delle precipitazioni di 1,2,3,4 e 5 giorni consecutivi.

Figura 5. Esempio di Tabella IV

Tabella V (piogge di notevole intensità e breve durata) La Tabella V riporta le piogge di notevole intensità di durata inferiore ad 1 ora, per le stazioni

elettroniche o dotate di apparecchio registratore,

Figura 6. Esempio di Tabella V

mentre la tabella VI riguarda le precipitazioni nevose, di nessun interesse per i nostri scopi.

I dati utilizzati per il presente lavoro sono contenuti nella parte I sezione B tabella

3 (dopo il 1935) e nella Parte II tabella V (prima del 1935) degli Annali Idrologici.

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2.1 I pluviometri:

L’altezza di pioggia, solitamente indicata con h , è in espressa in mm e viene misurata attraverso appositi strumenti detti pluviometri .

In realtà ogni recipiente può essere utilizzato come un pluviometro, tuttavia, la quantità di precipitazione raccolta dipende in maniera non trascurabile dalle caratteristiche del recipiente e dall’ambiente circostante.

Per questo motivo i pluviometri utilizzati hanno caratteristiche standardizzate e sono collocati in luoghi che soddisfano determinati criteri.

Figura 7. installazione di un pluviometro

Innanzitutto i pluviometri si dividono in semplici o normali ed in registratori che possono essere elettronici o con supporto cartaceo.

Figura 8. Pluviometro

semplice Figura 9. Pluviometro registratore

con supporto cartaceo

Figura 10.

Pluviomet

ro elettronico

I primi consentono di misurare l’altezza di pioggia caduta in prefissati intervalli di

tempo (di solito giornaliero) sono costituiti da un elemento che raccoglie la pioggia

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e da un recipiente in cui viene immagazzinata l’acqua raccolta, misurando il volume raccolto si perviene all’altezza di pioggia relativa al periodo considerato.

Per impedire l’evaporazione, l’imboccatura dell’apparecchio è protetta da un imbuto. Il recipiente è circolare di diametro pari a 0,357 m (che dà un’area di 0.1 m

²

).

I pluviometri registratori o pluviografi seguono invece l’andamento dell’altezza di pioggia nel tempo che viene registrato da una punta scrivente o un rotolino di carta avvolto su un tamburo girevole che ruota a velocità costante, permettendo l’avanzamento della carta

Figura 11. Schema di un pluviometro registratore

Figura 12. Pluviogramma su supporto cartaceo

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Gli apparecchi moderni, invece, sono di tipo elettronico e consentono la registrazione degli eventi meteorici direttamente in formato digitale, che li rende di più comodo utilizzo.

Il principio di funzionamento è semplice:

nota l'area dell'imbuto, il cucchiaio si rovescia per determinate quantità d'acqua raccolta (ad es. 2 mm); ad ogni rovesciamento (e svuotamento) del cucchiaio corrisponde una apertura (o chiusura) di un circuito elettrico.

Il segnale che ne deriva viene interpretato dal sistema di gestione elettronica del circuito come un’unità di precipitazione e registrato a seconda dei sistemi.

Figura 13. Schema di funzionamento di un pluviometro elettronico

I dati che vengono forniti possono essere rappresentati sotto forma di tabelle o di grafici a seconda delle necessità.

CENTRO FUNZIONALE REGIONE TOSCANA - Precipitazione Cumulata: andamento grafico Dati riferiti al periodo 2003-10-20 00:00:00 - 2003-10-21 08:35:00 (ora solare).

Max Val: 13.2 alle 2003-10-20 09:15:00 - Min Val: 0.0 alle 2003-10-20 00:15:00

Figura 14. Pluviogramma di un pluviometro elettronico

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2.2 Area di studio:

Al fine di delimitare l’area di studio, va introdotto il concetto di Bacino imbrifero , che è la superficie, relativa ad una sezione di un corso d’acqua (definita sezione di chiusura ), su cui cadono le acque meteoriche che contribuiscono al deflusso liquido attraverso quella sezione.

La linea di separazione tra due bacini contigui è detta spartiacque ; come è illustrato in figura la linea dello spartiacque segue l’andamento delle linee di cresta del suolo.

Figura 15. Spartiacque di un bacino

La zona presa in esame è una vasta zona della Toscana meridionale delimitata a

Sud dal confine della regione e a Nord dallo spartiacque tra il bacino dell’Arno e

dal bacino dell’Ombrone grossetano e da quello tra il Cecina e l’Ombrone

grossetano e a ovest dal Mar Tirreno.

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Figura 16. Cartografia digitale del territorio in esame

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Il territorio, come illustrato nella figura seguente, appartiene ai comuni di Livorno, Grosseto, Siena e solo marginalmente al comune di Pisa (due stazioni).

Figura 17. Province interessate dall’area di studio

L’area di studio, come si vede nella figura successiva, interessa il bacino

dell’Ombrone grossetano, del Fiora, del Merse, della Farma, della Bruna,

dell’Orcia, del Pecora e della zona costiera di Follonica e del Cornia, dell’Argentario

e dell’Albegna .

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Figura 18. Bacini interessati dall’area di studio

Figura 19. Corsi d’acqua compresi nell’area di studio

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Dopo aver effettuato le analisi per l’area fin qui illustrata, si passerà ad inserire anche i dati di uno studio precedente effettuato dall’Ing. Nicola Nittoli come tesi di Laurea, in modo da avere, come illustrato in figura seguente, un’area di studio finale che comprende gran parte della toscana, infatti dopo questo studio resta da analizzare soltanto la zona appenninica che si ipotizza avere caratteristiche di piovosità differenti dalle aree considerate, in quanto la presenza dei rilievi può influire in modo sensibile sul regime pluviometrico.

Figura 20. Area di studio finale

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Figura 21. Cartografia digitale dell’Area di studio finale

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2.3 Stazioni Pluviometriche:

Le stazioni pluviometriche analizzate sono 56, e sono collocate come illustrato nella figura seguente:

Figura 22. Stazioni Pluviometriche all’interno della zona oggetto di studio

Al fine di ottenere una sufficiente validità statistica dei risultati, si sono scartate tutte le stazioni con meno di 10 anni di osservazione.

In conclusione si è considerato i dati pluviometrici delle seguenti stazioni elencate

in Tabella 1, di cui si riportano il codice identificativo, la provincia, il comune, il

bacino di appartenenza e la quota espressa in m ed il tipo di pluviometro istallato,

in blu si indicano le stazioni analizzate anche nella tesi precedente.

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Tabella 1: Elenco stazioni con le principali caratteristiche

Cod. Stazione Prov. Comune Bacino Quota

2300 Populonia LI Piombino Cornia e costa follonica 170.0 2320 Gorgo_Leccia PI Castelnuovo val

di Cecina Cornia e costa follonica 640.0

2350 Lago GR Monterotondo

M.mo Cornia e costa follonica 204.0 2370 Monterotondo GR Monterotondo

M.mo Cornia e costa follonica 515.0 2380 Sassetta LI Sassetta Cornia e costa follonica 350.0 2390 Molino_del_Balzone PI Monteverdi m.mo Cornia e costa follonica 80.0 2400 S-Costanza GR Massa m.ma Cornia e costa follonica 470.0 2410 Suvereto LI Suvereto Cornia e costa follonica 112.0 2420 Campiglia_Marittima LI Campiglia m.ma Cornia e costa follonica 190.0 2430 Venturina LI Campiglia m.ma Cornia e costa follonica 7.0 2434 Casalappi LI Campiglia m.ma Cornia e costa follonica 25.0 2460 Follonica GR Follonica Cornia e costa follonica 5.0 2470 Massa_M.ma_Azienda GR Massa Marittima Cornia e costa follonica 370.0 2471 Massa_Marittima GR Massa Marittima Cornia e costa follonica 370.0 2480 Montebamboli GR Massa Marittima Cornia e costa follonica 160.0 2490 Montioni GR Follonica Cornia e costa follonica 167.0 2520 Castel_di_Pietra GR Gavorrano Bruna e foce Ombrone 56.0 2530 Roccastrada GR Roccastrada Orcia e Ombrone medio 470.0 2540 Lupo GR Gavorrano Bruna e foce Ombrone 14.0 2560 Tirli GR Castiglion della

pescaia Bruna e foce Ombrone 400.0 2570 Batignano GR Grosseto Bruna e foce Ombrone 168.0 2580 Acquisti GR Grosseto Bruna e foce Ombrone 11.0 2590 Grosseto GR Grosseto Bruna e foce Ombrone 8.0 2612 Monistero_d´Ombrone SI Castelnuovo

Berardenga Ombrone alto 291.0

2620 Monte_Oliveto SI Asciano Ombrone alto 401.0

2640 Vagliagli SI Radda in chianti Ombrone alto 511.0 2642 Madonna_a_Brolio SI Gaiole in chianti Ombrone alto 445.0 2660 Siena_Poggio_al_Vent

o SI Siena Ombrone alto 348.0

2670 Siena_Universita´ SI Siena Ombrone alto 380.0

2700 Montalcino SI Montalcino Ombrone alto 564.0

2710 Boccheggiano GR Montieri Merse - Ferma 664.0

2720 Chiusdino SI Chiusdino Merse - Ferma 564.0

2740 Cotorniano_(Fattoria) SI Casole d'Elsa Merse - Ferma 530.0

2770 Tocchi SI Monticiano Merse - Ferma 380.0

2820 Spineta SI Saertano Orcia e Ombrone medio 609.0 2830 Campiglia_d´Orcia SI Castiglione

d'Orcia Orcia e Ombrone medio 737.0

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2850 Podere_Pianotta SI Castiglione

d'Orcia Orcia e Ombrone medio 449.0 2860 La_Foce SI Pienza Orcia e Ombrone medio 555.0 2870 Spedaletto SI Pienza Orcia e Ombrone medio 265.0 2880 Pienza_(Madonnina) SI Pienza Orcia e Ombrone medio 499.0 2900 Castel_del_Piano GR Castel del piano Orcia e Ombrone medio 639.0 2910 Vivo_d´Orcia SI Castiglione

d'Orcia Orcia e Ombrone medio 800.0 2919 Paganico_Pian_Colom

baio GR Civitella Paganico Orcia e Ombrone medio 75.0 2930 Campagnatico GR Campagnatico Orcia e Ombrone medio 160.0 2958 Poggio_Cavallo GR Grosseto Bruna e foce Ombrone 39.0 2960 Ponte_Tura GR Grosseto Bruna e foce Ombrone 15.0 2970 Alberese_Podere_129 GR Grosseto Bruna e foce Ombrone 20.0 3010 Poggio_Perotto GR Magliano in

Toscana

Alberese e costa

Argentario 82.0 3020 Roccalbegna GR Roccalbegna Alberese e costa

Argentario 525.0 3022 Triana GR Roccalbegna Alberese e costa

Argentario 767.0 3050 Cancellone GR Roccalbegna Alberese e costa

Argentario 611.0

3060 Pomonte GR Scansano Alberese e costa

Argentario 193.0 3080 Manciano GR Manciano Alberese e costa

Argentario 443.0 3086 Fattoria_Cavallini GR Manciano Alberese e costa

Argentario 136.0 3100 S-Donato GR Orbetello Alberese e costa

Argentario 19.0 3110 Orbetello GR Orbetello Alberese e costa

Argentario 1.0 3122 Monte_Alzato GR Orbetello Alberese e costa

Argentario 47.0 3130 Capalbio GR Capalbio Alberese e costa

Argentario 209.0

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2.2 Analisi di omogeneità del campionamento

Una volta individuato l'insieme delle stazioni pluviometriche da considerare è stato eseguito un controllo dell'omogeneità della distribuzione di tali stazioni sul territorio regionale; una distribuzione non uniforme, infatti, potrebbe comportare errori nelle previsioni del modello, soprattutto nelle zone in cui il numero di campioni è molto basso o addirittura nullo.

Per avere un riscontro della situazione è stato calcolato l'indice di Morishita.

Questo metodo prevede la sovrapposizione all'area di indagine di griglie con area totale costante ma con celle di dimensioni via via decrescenti;

Figura 23. Suddivisioni del territorio per il calcolo dell’indice di Morishita

il calcolo dell'indice si basa sulla quantità di campioni che ricadono in ciascuna cella di ciascuna griglia.

Per ciascuna griglia l'indice di Morishita è dato da:

( )

1) (N N

1 n n Q I

N 1 i

i i

∆

⋅ −

−

⋅

= ∑

=

Essendo

- Q il numero di celle totale della griglia considerata

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- n

ⁱ

il numero di stazioni presente nella cella i-esima - N il numero totale delle stazioni considerate

Figura 24. Risultati dell'analisi svolta con l’uso dell'indice di Morishita

I valori di I

∆

sono poi riportati in un grafico in funzione delle dimensioni delle celle della griglia.

La distribuzione è omogenea se la spezzata che congiunge i punti così individuati assume un andamento crescente per dimensioni delle celle piccole e tende poi, al crescere delle dimensioni delle celle, ad un asintoto orizzontale.

Nel caso in esame sono state considerate quattro diverse griglie; dal diagramma ottenuto è possibile asserire una omogeneità della distribuzione delle stazioni di rilevamento non perfetta soprattutto a causa della maggior densità di stazioni nel bacino del Cornia, ma comunque accettabile ai fini delle successive elaborazioni.