AZIONE 2. Miglioramento delle conoscenze sulla pluviometria alpina. Estensione e interconnessione transfrontaliera delle reti di misura

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1 AZIONE 2. Miglioramento delle conoscenze sulla pluviometria alpina. Estensione e interconnessione transfrontaliera delle reti di misura Contributo dei partner italiani Virgilio ANSELMO, Luisa ALZATE Università di Torino - Facoltà di Agraria - DEIAFA Secondo BARBERO, Claudio MARCHISIO Regione Piemonte - Direzione servizi tecnici di prevenzione- Settore meteoidrografico e reti di monitoraggio Contributo dei partner francesi Michel LANG, José RIBOT-BRUNO, Céline BOUDARD CEMAGREF Lyon - Division Hydrologie - Hydraulique

2 II-1. INTRODUZIONE II-1.1. Origine del progetto L analisi del rischio d inondazione si basa su uno studio approfondito dei fenomeni di pioggia intensa (acquazzoni, temporali, ecc.). La regione alpina presenta caratteristiche che rendono particolarmente difficile la conoscenza dei campi di precipitazione a scala temporale piccola: forte variazione spaziale (presenza di rilievi, microclima, durata dei fenomeni, ecc.), difficoltà ad effettuare le misure radar (effetto schermo), ecc. A causa delle difficili condizioni d accesso, le stazioni di misura pluviografica esistenti sono più dense nelle zone pianeggianti che in quota. Per motivi economici, la realizzazione di una rete di rilevamento pluviometrica sufficientemente densa è al di sopra delle possibilità. Tuttavia è possibile migliorare questa densità su limitati siti attrezzati, dai quali sarà possibile ricavare leggi sperimentali applicabili ad altre aree. Un primo esperimento (TPG) è stato condotto dal CEMAGREF sulle Alpi Francesi a partire dal 1987 ed ha permesso di ottenere dei risultati sulla relazione fra la pioggia e la posizione geografica (altitudine, versante, ). Il progetto INTERREG II contempla l estensione della rete verso il Piemonte, coprendo le attuali lacune (per le forti intensità) nella Savoia (Maurienne). Questo permetterà di collegarsi alle stazioni piemontesi (abbastanza dense), e di contribuire all interconnessione delle reti di misura di queste due regioni, attività peraltro prevista nell azione 1 del progetto INTERREG II («Condivisione dei dati meteoidrologici in tempo reale, in differita e storici»). II-1.2. Partner dell azione 2 Gli organismi che partecipano all azione 2 del progetto INTERREG II sono i seguenti: CEMAGREF Lyon, Division Hydrologie-Hydraulique; Università di Torino, Facoltà di Agraria, DEIAFA, Sezione Idraulica Agraria; Regione Piemonte, Direzione dei Servizi Tecnici di Prevenzione, Settore Meteoidrografico e Reti di Monitoraggio. II-1.3. Obiettivi Il progetto di estensione della rete pluviografica permetterà di disporre di informazioni dettagliate sui campi di precipitazione in zone alpine e di colmare la lacuna esistente sulle stazioni pluviografiche del dipartimento della Savoia. Permetterà di assicurare una continuità nella rete transfrontaliera di pluviografi, fra la Francia e l Italia, per la Savoia ed il Piemonte. L obiettivo specifico di quest azione è di conoscere in modo più dettagliato la struttura spazio-temporale del campo di precipitazione in zone alpine. La messa a punto di modelli che legano la pioggia all altimetria serve per il trasferimento di informazioni dai siti dotati di misure a quelli privi. II-2. ESTENSIONE DELLA RETE DI MISURA PLUVIOGRAFICA AL VERSANTE FRANCESE II-2.1. Localizzazione delle stazioni L'obiettivo di questo lavoro è una migliore conoscenza della struttura spazio-temporale delle intensità di pioggia nella zona alpina (Alpi Occidentali). Si contano una cinquantina di stazioni distribuite lungo l'asse Lione - Torino (tabella II-1), 25 stazioni

3 nella Regione Piemonte e 27 nella regione Rhône -Alpes (figura II-1), che permettono di misurare le intensità di pioggia in zone di montagna. Tabella II-1: Stazioni pluviografiche situate lungo l'asse Lione - Torino Da parte francese, 17 stazioni fanno parte della rete attuale della COURLY, di EDF/DTG e di Météo France. Per completare queste misure nelle zone in quota, il CEMAGREF gestisce direttamente dieci stazioni: cinque sono situate nel dipartimento dell'isère (Cessieu, La-Boutière, St-Laurent-du-Pont, La-Scia, Pipay) e fanno parte della rete TPG più vecchia, funzionante dal 1987 al 1995; cinque sono situate nel dipartimento della Savoia (St-Colomban, La-Toussuire, Albiez, Valmeinier-Lalosa, ValFrejus-Le-Lavoir) ad altitudini comprese tra 1500 m e 2200 m. Queste ultime cinque stazioni sono dotate di uno strumento di misura in continuo del peso delle precipitazioni, meno sensibile degli strumenti classici a vaschette basculanti che necessitano di un sistema di riscaldamento difficile da mantenere in quota. Le schede tecniche delle dieci nuove stazioni pluviografiche si trovano nella relazione dettagliata del CEMAGREF (Lang et al., 2000). Essa presenta uno schema che contiene la localizzazione delle stazioni, le coordinate (X, Y, Z) e le caratteristiche principali della strumentazione: tipo di sensore, tipo di centralina di registrazione, modo di alimentazione e di acquisizione dei dati. Tabella II-2: Coordinate delle 10 nuove stazioni pluviografiche La tabella II-2 precisa la localizzazione definitiva delle stazioni gestite dal CEMAGREF, dalla loro installazione o riattivazione durante il secondo semestre del La figura II-1 consente di localizzare l'insieme delle 17 stazioni pluviografiche nella zona studiata, che comprende un settore ovest situato nel dipartimento dell'isère ed un settore est lungo la valle della Maurienne. ZONA DELL'ISERE Sono state ripristinate cinque stazioni della rete TPG. La strumentazione è stata revisionata e riattivata all'inizio dell'autunno ZONA DELLA MAURIENNE L'installazione delle stazioni pluviografiche sui versanti della Maurienne è avvenuta nel corso dell'autunno 1998; le nevicate di dicembre 1998 hanno imposto lo spostamento dell'installazione della stazione di St-Colomban-les-Villards alla primavera II-2.2. Scelte tecniche DESCRIZIONE DEL SISTEMA DI PESATA Il pluviometro scelto, contrariamente agli strumenti classici, non registra il volume di precipitazione caduta ma il suo peso. Ogni evento, che si tratti di precipitazione liquida o solida, corrisponde ad un aumento di peso nel recipiente collettore. L'apparecchio di misura, una bilancia elettronica, considera il peso totale del vaso collettore per ogni misura effettuata. I sensori utilizzati sono degli estensimetri, protetti ermeticamente dall'umidità, il che garantisce una maggiore affidabilità sul lungo periodo. Un sistema interno di compensazione delle temperature garantisce la qualità del segnale in uscita, indipendentemente dalla temperatura. Figura II-1: Localizzazione delle stazioni pluviografiche TPG, parte francese

4 L'amplificatore di precisione e il convertitore analogico - digitale forniscono un segnale in uscita con una risoluzione di punti. Per un intervallo di misura di 250 mm (5kg) la risoluzione è di 0,01 mm (0,2g). La chiusura del cilindro di protezione è studiata in modo tale che le parti esterne non facciano presa, il che rappresenta sicuramente un vantaggio nel caso di formazione di ghiaccio sulla parete esterna. VANTAGGI RISPETTO AL SISTEMA A VASCHETTE BASCULANTI Le dimensioni del contenitore corrispondono a quelle di un pluviometro secondo Hellmann (normativa WMO). Il principio di pesata del pluviometro permette la registrazione immediata di tutte le precipitazioni solide, senza che sia necessario nessun sistema di riscaldamento per fare fondere la neve o la grandine. Questa possibilità deriva dall'assenza di imbuto, e per tale ragione le precipitazioni finiscono direttamente nel recipiente di raccolta sotto la bocca cilindrica. L'evaporazione delle precipitazioni all'interno del recipiente collettore non falsa per niente i risultati, poiché inizia dopo l'evento delle precipitazioni e la registrazione dei dati. Il funzionamento invernale non richiede riscaldamento elettrico poiché lo strumento non contiene circuiti ad acqua. In caso di gelo del contenuto del recipiente collettore, il segnale di misura resta invariato. Inoltre il collettore resiste alla rottura fino a -30 C. II-2.3. Bilancio del funzionamento delle stazioni di misura nel 1999 Il 1999 è stato il primo anno di effettivo funzionamento della rete TPG est. L'insieme dei dati misurati nel 1999 è raccolto in schede annuali (una per stazione) e in una tabella di ricapitolazione contenente tutte le stazioni (si veda la relazione dettagliata del CEMAGREF, Lang et al., 2000). L'installazione di stazioni in quota durante l'autunno 1998 (zona della Maurienne) non ha consentito di avere un funzionamento soddisfacente durante il primo periodo invernale. Le difficili condizioni di accesso alle stazioni dovute all'innevamento importante hanno impedito di disporre di un dispositivo di misura subito operativo. Il periodo di taratura degli strumenti, inevitabile per una nuova installazione, è stato prolungato per un periodo più o meno lungo durante il primo semestre del Da ciò deriva un numero importante di lacune giornaliere (tabella II-3). Le elevate percentuali di lacune registrate in Maurienne sono in gran parte legate a questi problemi. Tabella II-3: Numero di giorni durante i quali le stazioni non hanno funzionato (anno 1999) Le due stazioni in quota del dipartimento dell'isère, situate nel massiccio della Chartreuse (La Scia m) e di Belledonne (Pipay m) presentano un deficit di funzionamento normale per strumentazioni tradizionali (vaschette basculanti non riscaldate). Se si prende in considerazione solo il periodo che va da maggio a dicembre, periodo di riferimento per l'analisi delle precipitazioni liquide, la quantificazione delle lacune (tabella II-4) riflette un immagine più concreta del funzionamento della rete. Tabella II-4: Numero di giorni durante i quali le stazioni non hanno funzionato (1999: maggio - dicembre) In questo periodo, se si esclude la stazione di Valfrejus, che ha realmente funzionato solo da agosto 1999, si constata un netto miglioramento del funzionamento delle

5 stazioni in quota dotate dei sistemi di misura a pesata (Maurienne) rispetto a quelle con strumentazione convenzionale. II-2.4. Distribuzione dei valori pluviometrici lungo l'allineamento E' abbastanza azzardato tirare conclusioni sul regime pluviometrico basandosi sui soli dati del 1999 (tabella II-5, II-6 e figura II-2). Durante l'estate 1999, in cui la maggior parte delle stazioni hanno funzionato, il massimo osservato sembra abbastanza omogeneo dal punto di vista spaziale, a parte l'estremità est della Maurienne. Si può tuttavia constatare una tendenza alla diminuzione del numero di giorni piovosi andando da ovest verso est, il che sembra corrispondere a una preponderanza delle perturbazioni di origine oceanica. La stazione di La Scia, nel massiccio della Chartreuse, non ha registrato valori elevati nel 1999, mentre dalle osservazioni condotte nel periodo la zona della Chartreuse risultava come una delle più piovose (per le piogge cumulate su lunghe durate e per intensità di pioggia). Tabella II-5: Distribuzione delle piogge giornaliere superiori ad un valore limite (da maggio a dicembre) Tabella II-6: Distribuzione delle piogge giornaliere superiori ad un valore limite (da giugno ad agosto) Figura II-2: Confronto del numero di giorni piovosi lungo l'allineamento II-2.5. Rappresentazione spaziale delle precipitazioni CARTOGRAFIA A SCALA GIORNALIERA A titolo d'esempio sono stati cartografati i campi di precipitazione giornaliera sulla striscia dell'allineamento di pluviografi per sette eventi (si veda la relazione dettagliata del CEMAGREF, Lang et al., 2000). Per realizzare l'interpolazione tramite kriging semplice dei dati delle dieci stazioni è stato usato il programma Surfer. La cartografia è incompleta nella zona di Belledonne per gli ultimi tre eventi poiché le stazioni non erano in funzione. A scala giornaliera è difficile evidenziare lo spostamento della perturbazione, per i sette eventi dell'estate 1999: giugno ; 4-9, e agosto ; e settembre ; 30 settembre - 5 ottobre. CARTOGRAFIA A SCALA ORARIA Abbiamo scelto altre due perturbazioni (5-6 e luglio) e ripreso quella del 16 agosto, ma usando un passo temporale orario (si veda la relazione dettagliata del CEMAGREF, Lang et al., 2000). Questa scala temporale permette di seguire in modo più fine la dinamica spazio-temporale degli eventi. La stazione situata maggiormente ad est, Valfrejus, non ha funzionato durante gli ultimi due eventi. Il secondo evento mostra un esempio di perturbazione che coinvolge innanzitutto la parte est dell'allineamento, mentre il secondo ed il terzo mostrano una progressione da ovest verso est. A titolo di informazione si presenta la cartografia dei primi due eventi (figure 3 e 4). 5-6 LUGLIO (DALLE ORE ALLE ORE 5.00) La perturbazione è localizzata principalmente sul Basso Delfinato, con intensità da 10 a 15 mm/ora per una o due ore, e un massimo di mm per piogge di 6 ore cumulate. La perturbazione si sposta verso est, attenuandosi. Figura II-3: Cartografia a scala oraria dell'evento del 5-6 luglio 1999

6 27-28 LUGLIO (DALLE ORE ALLE ORE 5.00) La perturbazione interessa innanzitutto la parte est dell'allineamento e si estende successivamente a tutta la zona. Si osserva un'intensità massima di 7-8 mm/ora e un totale cumulato dell'ordine di 10 mm sul Basso Delfinato, 20 mm sulla Chartreuse e su Belledonne e 25 mm sulla Maurienne. Figura II-4: Cartografia a scala oraria dell'evento del luglio 1999 II-3. EFFETTO DELL'OROGRAFIA SULLE INTENSITÀ DI PIOGGIA DEL VERSANTE ITALIANO II-3.1. L allineamento di pluviografi italiano (transetto tpgest) Per studiare la variazione della precipitazione con la quota, il CEMAGREF di Lyon (Desurosne et al., 1996) ha identificato un segmento virtuale che attraversa da NO a SE tre linee di cresta d altitudine crescente, in modo perpendicolare al rilievo (seguendo quindi i flussi di precipitazione che vanno verso le Alpi). Lungo questo segmento ha installato una serie di stazioni pluviometriche, di cui le ultime sono state posizionate nel settore della Maurienne grazie al progetto INTERREG II. L Università di Torino DEIAFA ha invece utilizzato i dati di reti meteorologiche già esistenti. Per tale ragione è stato tracciato un segmento che, non solo assicura una continuità con l'allineamento di pluviografi francese che va da Lione a Modane, attraversando i rilievi alpini e prealpini (valli Susa e Chisone) perpendicolarmente ai versanti, ma anche sfrutta al meglio la distribuzione delle stazioni della rete facente capo al Settore Meteoidrografico della Regione Piemonte. Ne è risultata una fascia rettangolare di 20 km * 203 km orientata O-NO / SE-E (si vedano la figura II-5 e la tabella II-7). Figura II-5: Localizzazione dell'allineamento di pluviografi italiano e stazioni studiate (tabella II-7). Per svolgere le analisi pluviometriche sono state utilizzate due banche dati. La prima (Settore Meteoidrografico della Regione Piemonte) ha serie storiche relativamente brevi (meno di dieci anni), ma i dati sono archiviati a livello di basculata: ragione per cui questi dati sono serviti per le analisi ad evento e soprattutto serviranno in futuro per integrare i dati provenienti dalle nuove stazioni installate dal CEMAGREF nell ambito del progetto INTERREG II. La seconda (Servizio Idrografico e Mareografico Nazionale, SIMN) raccoglie dati pluviometrici che arrivano al dettaglio massimo di pioggia giornaliera. Ha però il vantaggio di possedere serie storiche relativamente lunghe (almeno 15 anni per le stazioni utilizzate) per i valori di massimi annui di 1, 3, 6, 12 e 24 ore, particolarmente utili per creare delle distribuzioni di frequenza. Tabella II-7: Elenco delle stazioni del Settore Meteoidrografico - Regione Piemonte e del Servizio Idrografico e Mareografico Nazionale (in corsivo) utilizzate per il presente studio (PR = Pluviografo riscaldato; N = Nivometro). Nel corso del progetto è poi evoluta la scelta di studiare in modo dettagliato solo il settore alpino e non tutta la zona attraversata dall'allineamento di pluviografi piemontese; le ragioni vanno cercate nella mancanza di versanti posizionati perpendicolarmente rispetto ai flussi di precipitazione e nella scarsità di stazioni con serie storiche continue nel settore appenninico.

7 Inoltre analizzare lo spostamento delle precipitazioni lungo un asse di 200 km non sempre dà risultati significativi; si osservano delle zone di precipitazione intensa ma non una vera dislocazione lungo un asse. Occorrerebbe piuttosto studiare lo spostamento delle masse d'aria (o meglio dei flussi delle perturbazioni). Il movimento è evidente soprattutto in occasione di temporali estivi; ma proprio per la rapidità e il carattere locale di questi eventi, la rete di pluviografi rischia di non percepire correttamente il fenomeno. Le immagini radar diventano allora indispensabili. II-3.2. Caratterizzazione pluviometrica del "transect tpg" piemontese Un analisi sintetica della variazione delle precipitazioni lungo l'allineamento di pluviografi piemontese è stata da noi condotta partendo da dati parzialmente inediti elaborati da C. Marchisio (in Biancotti et al., 1998, e in Regione Piemonte, 1997, inedito). I dati utilizzati da C. Marchisio sono i massimi annui di precipitazione di massima intensità (per durate di 6, 12 e 24 ore), di tutte le stazioni del Servizio Idrografico e Mareografico Italiano situate in Piemonte, e aventi almeno 15 anni di funzionamento tra il 1913 ed il La distribuzione di frequenza che egli ha applicato è la General Exteme Value (Jenkinson, 1955), che è una legge di distribuzione a tre parametri avente la forma seguente : F(x) = e x µ 1 k ( ) α 1 k Per la stima dei parametri α, µ, κ ha usato il metodo dei momenti di probabilità pesati (Probability Weighted Moments ; Greenwood et al., 1979). In particolare ha seguito l approccio regionale dei Regionally Averaged Standardized Probability Weighted Moments (Hosking et al., 1985), suddividendo la regione piemontese in due settori (bacini alpini dal Ticino al Tanaro e bacini appenninici dal Bormida al Curone). Per ognuna delle stazioni analizzate, ha calcolato i quantili di pioggia per durate di 6, 12 e 24 ore e per tempi di ritorno di 10 e 20 anni. Tramite moltiplicazione dei valori medi di ogni stazione con i quantili, egli ha ottenuto i valori di precipitazione di durata e tempo di ritorno assegnati, a partire dai quali ha ricavato mediante kriging delle cartografie riferite ad una griglia (GRID) con maglie di lato 5km. EVOLUZIONE DELLE QUANTITÀ DI PIOGGIA LUNGO L'ALLINEAMENTO DI PLUVIOGRAFI PER DURATA E TEMPI DI RITORNO DIFFERENTI Grazie alle griglie create da C. Marchisio, di cui sopra, abbiamo potuto tracciare l andamento delle precipitazioni di massima intensità lungo il "transect" piemontese (durate 6, 12 e 24 ore e tempi di ritorno 10 e 20 anni). Il profilo altimetrico è dedotto da una cartografia del Piemonte derivata dal modello numerico DTM e riferita ad una griglia con maglie di lato 1km. Figura II-6: Distribuzione delle precipitazioni lungo l'allineamento di pluviografi. Si osserva un andamento simile a quello delle precipitazioni medie annue (Biancotti et al., 1998): si hanno dei valori minimi in corrispondenza dell Alta Val Susa e delle zone di pianura, i massimi sugli Appennini e nelle Valli Pellice e Chisone. I valori di precipitazione nella zona interna delle Alpi sono dunque inferiori a quelli della zona appenninica. Nella zona alpina il rilievo appare molto vario poiché l'allineamento di pluviografi attraversa zone di cresta e fondovalle: ma questo andamento sembra non riflettere quello delle piogge. Si nota invece un andamento

8 crescente tanto dell altitudine che delle precipitazioni passando dalla pianura alla zona appenninica. II-3.3.Costruzione dei diagrammi IdF (intensità, durata, frequenza) e confronto con l orografia DATI UTILIZZATI I dati da noi utilizzati per la costruzione di diagrammi IdF sono i massimi annui di precipitazione per diverse durate (1,3, 6, 12 e 24 ore) di stazioni del Servizio Idrografico e Mareografico Italiano aventi almeno 15 anni di funzionamento tra il 1913 ed il Sono state prese in considerazione le stazioni elencate nella tabella II-7. METODO DI CALCOLO La distribuzione di frequenza da noi applicata è la General Exteme Value (Jenkinson, 1955; si veda sopra). Per la stima dei parametri α, µ, κ è stato usato il metodo dei momenti di probabilità pesati (Probability Weighted Moments ; Greenwood et al., 1979). Per ognuna delle 12 stazioni analizzate, abbiamo calcolato i quantili di pioggia per durate di 1, 3, 6, 12 e 24 ore e per tempi di ritorno di 2, 5, 10, 20, 50 e 100 anni. I quantili ottenuti per le diverse stazioni sono stati confrontati fra di loro, per verificare a grandi linee se le precipitazioni hanno tendenza ad aumentare o decrescere all aumentare dell altitudine. Sono stati studiati tre gruppi di stazioni : A) Cumiana (290 m) - Coazze (635 m) - Forno di Coazze (950 m); B) S. Germano Chisone (486 m) - Villar Perosa (590 m) - Perosa Argentina (640 m) - Roure (876 m) (Pragelato 1524 m); C) Bardonecchia (1360 m) - Rochemolles (1926 m). La maggior parte delle stazioni pluviometriche prese in considerazione sono situate in fondo valle: per tale ragione non abbiamo sempre potuto osservare una reale evoluzione delle quantità di pioggia in rapporto alla quota. Il fenomeno si osserva bene nel caso della Valle Chisone (gruppo B), in cui le variazioni delle precipitazioni appaiono totalmente indipendenti dalla quota. Invece per i gruppi A e C le stazioni sono allineate su un versante : in questo caso le precipitazioni sembrano realmente aumentare al crescere dell altitudine. Questi due gruppi di stazioni sono pertanto stati scelti per definire un "coefficiente altimetrico" di incremento della pioggia di fondovalle. La figura II-7 mostra la relazione fra la quota della stazione e le piogge di durata 24 ore e tempi di ritorno di 10, 20 e 50 anni, per i gruppi A e C. Figura II-7: Relazione fra l'altitudine della stazione e piogge di durata 24 ore. II-3.4. Definizione di un coefficiente di incremento altimetrico (o gradiente ipsometrico) ANALISI DEI VALORI RICAVATI DALLE CURVE DI PROBABILITÀ PLUVIOMETRICA (DATI S.I.M.I.) La relazione fra precipitazioni e altitudine è stata approfondita sui gruppi di stazioni A e C (un quarto caso, quello di Rosone - Pian Telessio, è stato preso in considerazione per avere un riscontro in un'altra vallata alpina, la valle Orco) definendo un «gradiente ipsometrico» che permette di stimare la pioggia giornaliera (con assegnato tempo di ritorno) di una stazione in quota partendo dalla pioggia giornaliera (con stesso tempo di ritorno) della corrispondente stazione situata in fondo valle.

9 La forma è la seguente (Desurosne et al., 1996, pag.92): P(24H,T) = (1+aX) * Préf (24h, T) P(24H,T): precipitazione di durata 24 ore e assegnato tempo di ritorno T della stazione situata in quota; Préf (24h, T): precipitazione di durata 24 ore e assegnato tempo di ritorno T delle stazione di riferimento, situata in fondovalle; X: dislivello fra stazione in quota e in fondovalle; a: gradiente ipsometrico. Il coefficiente "a" può anche essere visto come la percentuale della precipitazione della stazione di riferimento da aggiungere alla stessa, per ogni metro di dislivello, per ottenere la precipitazione in quota. 1 I valori ottenuti sono sempre positivi, quindi la precipitazione cresce con la quota; sono dell ordine di grandezza di (si veda figura II-8), dunque molto più piccoli di quelli ottenuti dal CEMAGREF (dell ordine di grandezza di 10 2 ). ANALISI DEGLI EVENTI PIÙ INTENSI DEGLI ANNI (DATI REGIONE PIEMONTE) SUL SETTORE ALPINO DEL "TPGEST" L analisi delle variazioni di precipitazione con l altitudine è stata in seguito approfondita grazie ai dati provenienti dalla rete della Regione Piemonte Settore Meteoidrografico. Tali dati sono interessanti poichè comprendono alcune stazioni in quota e permettono di ricavare i valori al passo temporale desiderato. Siccome queste serie di dati sono brevi, come già spiegato in precedenza, esse non hanno potuto essere analizzate dal punto di vista probabilistico, ma sono state usate per esaminare il gradiente evento per evento, confrontandone il valore con quello ricavato dalle stazioni del Servizio Idrografico e Mareografico Italiano. SELEZIONE DEGLI EVENTI Il procedimento di selezione degli eventi più intensi degli anni si è svolto in due fasi: la prima ha comportato l'analisi dei massimi annuali di tutte le stazioni gestite dal Settore Meteoidrografico della Regione Piemonte, la seconda si è soffermata sulle piogge giornaliere del solo settore alpino del "TPG". Figura II-8: Distribuzione del gradiente ipsometrico (calcolato con dati delle stazioni SIMI) in funzione del tempo di ritorno. EVENTI SU TUTTO IL PIEMONTE La prima fase di selezione degli eventi ha avuto lo scopo di individuare tutte le precipitazioni di intensità uguale o superiore a 100 mm in 1 o 2 giorni per studiare degli eventi di almeno 12 o 24 di durata 2. 1 Ad esempio, se la pioggia di durata 24 ore e tempo di ritorno 20 anni della stazione A (situata a quota 600 m) é di 100 mm, e il gradiente ipsometrico é uguale a 0,002 (2*10-3 o 0,2%), per conoscere la pioggia di durata 24 ore e tempo di ritorno 20 anni della stazione B (situata sullo stesso versante di A, a una quota di 1600 m), occorrerà moltiplicare 100 mm per 1,2 ovvero aggiungere il 20% a tale pioggia. Infatti: (1+aX) = 1+0,002 * ( ) = 1,2 da cui la pioggia della stazione B: P(24H,T) = (1+aX) * Préf (24h, T) = 1,2 * 100 = 120 mm 2 L'intenzione di studiare eventi piovosi di durata di ore ha portato all'esclusione degli eventi temporaleschi brevi: nonostante essi siano causa di danni nel settore alpino, purtroppo risultano più difficili da caratterizzare tramite i dati della rete di pluviografi, proprio per la loro rapidità e il loro carattere locale.

10 Per ogni anno sono emerse almeno tre o quattro date significative; ma la selezione non ci è sembrata soddisfacente per due ragioni. Innanzitutto, utilizzando i valori massimi annuali si rischia l'esclusione di altri valori elevati verificatesi nello stesso anno (soprattutto nel caso di eventi molto gravi, come l'alluvione del novembre 1994, in cui la maggior parte delle stazioni presenta un massimo alla stessa data); sembra pertanto più corretto ricercare non solo le precipitazioni massime, ma tutte quelle superiori a un "valore soglia", diverso per ogni stazione. In secondo luogo nella serie dei valori massimi annuali "possono mancare i dati di alcuni anni poiché il criterio di validazione adottato prevede che non siano calcolati i valori di pioggia intensa se nell'anno manca anche un solo dato" (Regione Piemonte, 2000). E' questo il caso di quasi tutte le stazioni del settore alpino del TPG, che presentano serie incomplete a causa del difficile funzionamento nel periodo invernale. La ricerca degli eventi piovosi più intensi è stata pertanto approfondita utilizzando anche le piogge giornaliere. EVENTI SOLO SUL SETTORE ALPINO DEL TPGEST I valori di pioggia giornaliera (precipitazioni rilevate alle S.M.T. e relative alle 24 ore precedenti) sono stati estratti dal CD ROM "Banca Dati Meteorologica " (Regione Piemonte, 2000). Le stazioni scelte sono indicate nella tabella II-7. I valori giornalieri di pioggia di tali stazioni (dal 1/1/90 al 31/12/97) sono stati confrontati con un valore "soglia" corrispondente alla pioggia di 12 ore avente tempo di ritorno di 10 anni. Siccome le stazioni della Regione Piemonte Settore Meteoidrografico hanno serie storiche relativamente brevi, abbiamo attribuito loro i caratteri statistici delle linee di probabilità pluviometrica di alcune stazioni del Servizio Idrografico e Mareografico Italiano. Inoltre sono stati utilizzati i parametri forniti dall'autorità di Bacino del Fiume Po, diversi per ognuna delle 23 zone pluviometriche omogenee in cui è suddiviso il Piemonte. La relazione empirica contenente tali parametri permette di ottenere una pioggia di durata e tempo di ritorno assegnati, introducendo come unica variabile indipendente il tempo di ritorno. La tabella II-8 mostra i valori di pioggia per durata di 12 ore e tempo di ritorno di 10 anni, ottenute con i due metodi descritti. Il valore usato come soglia è il più cautelativo fra i due. Siccome il valore massimo di un evento di durata 24 ore potrebbe non situarsi nell'intervallo considerato dai dati usati ( S.M.T.), si è deciso di abbassare il valore soglia del 30%, in modo da poter individuare un numero più elevato di eventi (chiamato min ). Tabella II-8: Precipitazioni di durata 12 ore e tempo di ritorno 10 anni e valori soglia usati per la selezione degli eventi più intensi. Abbiamo così individuato 19 eventi piovosi durante i quali la pioggia giornaliera di almeno una stazione superava il valore soglia o il 70% dello stesso. La suddivisione degli eventi per mese e per stazione è illustrata nella figura II-9. In aggiunta ai dati degli anni , tutti validati dal fornitore, è stato preso in considerazione un altro fenomeno recente e di una certa intensità, l'evento pluviometrico del 3-5 maggio 1999, per le stazioni di Coazze e Cumiana. I dati di pioggia ogni 10 minuti provengono dal "Servizio Antares", un interfaccia creata dal Settore Meteoidrografico della Regione Piemonte per permettere l'accesso in 'tempo reale, tramite password, alla banca dati meteorologica; i dati più recenti non sono ovviamente validati. Per evitare la confusione con le piogge derivate da fusione della

11 neve all'interno dello strumento, sono stati esclusi gli episodi registrati nei mesi invernali, e per l'autunno e la primavera è stato fatto un confronto con le precipitazioni nevose (per le stazioni aventi un nivometro, si veda la tabella II-7) o con le temperature. L'analisi dei pluviogrammi ha inoltre permesso di escludere alcuni temporali estivi di brevissima durata (inferiore alle ore). Figura II-9: Distribuzione degli eventi piovosi analizzati per mese e per stazione RICERCA DELLE PRECIPITAZIONI DI DURATA 1 ORA Ognuno dei 20 eventi selezionati con i metodi indicati sopra è stato studiato con maggior dettaglio grazie ai valori delle piogge orarie. Per ottenere le precipitazioni a passo temporale di un'ora sono state usate due fonti (entrambe del Settore Meteoidrografico della Regione Piemonte): - dal 1990 al 1994 le registrazioni delle basculate per tutte le stazioni della Regione Piemonte, trasformate in piogge orarie con il programma "mm3_5", creato dal DEIAFA (Cantamessa, 1999) specificatamente per questo progetto; - dal 1995 al 1997 dati orari forniti dalla Regione Piemonte in tabelle mensili: è un'aggregazione standard distribuita all'utente che ne faccia richiesta. Il valore affiancato ad ogni ora indica la pioggia cumulata dall'inizio del mese. Come già detto in precedenza, i dati di maggio 1999 provengono dal "Servizio Antares". COSTRUZIONE DI PLUVIOGRAMMI E CALCOLO DEI VALORI MASSIMI DI 12 E 24 ORE Le piogge giornaliere hanno permesso di costruire i pluviogrammi di ogni evento e di ogni stazione. Il grafico che raggruppa la curva delle piogge orarie cumulate e l'istogramma delle intensità orarie dà interessanti indicazioni sull'evoluzione del fenomeno piovoso e permette di evidenziare in numero di scrosci, la loro durata, nonché eventuali picchi di intensità oraria. Un esempio è presentato nella figura II-10. La successiva aggregazione delle piogge di durata 1 ora in piogge di 12 e 24 ore è servita per determinare il valore massimo verificatosi durante l'evento per tali durate. Figura II-10: Pluviogrammi delle precipitazioni orarie (a partire dalle del 25/6/94). CALCOLO DEL GRADIENTE IPSOMETRICO PER OGNI EVENTO Per calcolare il gradiente ipsometrico "a" relativo ad ogni evento, i valori massimi di 24 ore della stazione situata in fondovalle e di quella in quota sono stati introdotti nella già citata relazione: P(24H,T) = (1+aX) * Préf (24h, T) Lo stesso coefficiente "a" è stato calcolato sostituendo le piogge massime di 24 ore con quelle di 12 ore. In generale si notano valori non superiori a 0,006 (6*10-3 ); i gradienti più elevati, sempre positivi e dell'ordine di grandezza di 10-3, appartengono alla coppia Cumiana- Coazze. Nel caso delle tre coppie di stazioni dell'alta Val Susa i valori non superano 0,001 (1*10-3 ), taluni sono prossimi allo zero o addirittura negativi. I gradienti degli eventi studiati si situano in un intervallo di variazione simile a quello dei valori ricavati dalle stazioni del Servizio Idrografico e Mareografico Italiano, ma presentano una dispersione maggiore (massimi e minimi più elevati).

12 Il coefficiente "a" di ogni evento è anche stato confrontato con il tempo di ritorno attribuito al valore massimo di 24 (o 12) ore della stazione di fondovalle, usando i parametri della distribuzione GEV (secondo quanto illustrato in precedenza). Osservando la figura II-11 si nota subito la carenza di fenomeni piovosi aventi un tempo di ritorno significativo (almeno superiore a 10 anni), soprattutto per le stazioni dell'alta Val Susa. Talvolta i tempi di ritorno delle piogge massime in fondovalle e in quota verificatesi durante lo stesso evento possono presentare un valore diverso (soprattutto per le stazioni di Cumiana e Coazze, come durante gli eventi del 23 settembre 1993 o del 3-6 novembre 1994). Non sembra esistere una relazione particolare fra la durata dell'evento e il gradiente ipsometrico, come appare nella figura II-12. Figura II-11: Distribuzione del gradiente ipsometrico (calcolato con dati delle stazioni della Regione Piemonte) in funzione del tempo di ritorno. Figura II-12: Distribuzione del gradiente ipsometrico (calcolato con dati delle stazioni della Regione Piemonte) in funzione della durata dell'evento. USO DEL GRADIENTE A FINI APPLICATIVI Per verificare se l incremento della precipitazione con la quota può essere rilevante ai fini applicativi per la determinazione delle portate di progetto, è stato preso in esame il caso di un bacino montano dell'alta Val di Susa. E' stata valutata la variazione della portata di progetto introducendo all'interno di un modello "afflussi - deflussi" prima la pioggia oraria effettivamente verificatesi in una stazione di fondovalle, poi la stessa moltiplicata per un gradiente ipsometrico. Il bacino in questione (Rio Fenils, comune di Cesana) misura circa 10 km². La pioggia introdotta è quella misurata alla stazione Oulx-Gad tra le del 25/06/94 e le del 26/06/94; il dislivello tra tale stazione e un punto situato nella parte alta del bacino è di 500 m; il gradiente scelto è 5*10-4. Secondo la già citata relazione: P(24H,T) = (1+aX) * Préf (24h, T) si ottiene Pquota = (1+aX) * Pfondovalle = (1+0,0005*500) * Pfondovalle I valori di portata alla sezione di chiusura del bacino passano da 10 m 3 /s ( con 74,2 mm di pioggia in 32 ore) a 16 m 3 /s (con 92,75 mm di pioggia nello stesso periodo). I risultati sono presentati nella figura II-13. Figura II-13: Portate Rio Fenils (ore a partire dalle del 26/06/94). Un incremento della pioggia di fondovalle del 25%, per ottenere la precipitazione in quota, giustifica in questo caso un aumento di portata della stessa entità o anche superiore se il processo idrologico comporta la formazione di lave torrentizie.

13 II-4. CONCLUSIONI E PROSPETTIVE II-4.1. Conclusioni VERSANTE FRANCESE Il periodo è servito per l'installazione delle nuove stazioni e per la gestione dei loro dati. L'analisi spazio-temporale degli eventi registrati dall'estate 1999 dovrà essere completata, in Francia, grazie ai dati delle reti di Météo France e di EDF/DTG, e in Italia, grazie ai dati della Regione Piemonte. La banca dati del progetto INTERREG II (azione 1) sarà utilizzata per arricchire la rete di dieci stazioni con le informazioni provenienti da altre 50 già esistenti. E' ancora troppo presto per utilizzare in modo sistematico i nuovi dati ottenuti dal Per iniziare a fare stime affidabili dei quantili di pioggia occorrono almeno tre o quattro anni di dati. VERSANTE ITALIANO 1. Da quanto emerge dai casi esaminati, il gradiente di precipitazione sul versante piemontese appare di un ordine di grandezza inferiore al gradiente sul versante francese ( nel primo caso e 10-2 nel secondo). 2. Le serie del settore alpino del TPG sono estremamente corte (al massimo 10 anni, dati Regione Piemonte) e se si esclude la coppia di stazioni Cumiana - Coazze, gli eventi aventi una certa intensità (e quindi cui può essere assegnato un tempo di ritorno superiore a 10 anni) sono veramente pochi. 3. Il caso di Cumiana-Coazze, l'unico per il quale si ha un gradiente significativo (e sempre positivo) potrebbe essere rappresentativo di tutta la zona pedemontana del Piemonte. 4. La carenza di eventi di una certa importanza non consente ancora di verificare se il gradiente diminuisce all'aumentare del tempo di ritorno. 5. Ai fini applicativi sembra che non esista (o sia irrilevante) il temuto incremento della precipitazione con la quota. Quindi per un evento di piena di un piccolo bacino montano non si può sistematicamente imputare un incremento delle portate ad un contributo ignoto della pioggia sulla parte alta del bacino. Sembra perciò lecito poter fare i calcoli all'interno di un modello afflussi-deflussi, usando la pioggia di fondovalle su un caso in quota. Una correzione del 20-25% può tuttavia essere ragionevole. II-4.2. Prospettive Un possibile sviluppo futuro dell attività introdotta con il progetto INTERREG II dovrebbe prevedere di: - aumentare le stazioni situate sui versanti aventi la stessa esposizione (per esempio secondo la disposizione della serie Pragelato, Lago Pilone, Gad) allo scopo di approfondire il legame fra altezza di precipitazione-altitudine e altezza di precipitazione-esposizione del versante, valutando l'influenza del vento sulla precipitazione; - migliorare la critica delle misure di precipitazioni liquide in alta quota (superiore a 2000 m). Si può pensare di studiare l'effetto del vento sul deficit di captazione delle precipitazioni da parte degli strumenti di misura. In questo senso occorrerà prevedere l'installazione di sensori supplementari (velocità e direzione del vento) e la collaborazione con meteorologi (modelli meso-nh); - utilizzare eventualmente il TPG per lo studio dell evoluzione spaziale delle precipitazioni. Quest'attività può essere sviluppata utilizzando, per la prima volta

14 dopo le note esperienze di Milano, valori orari e ricavando il coefficiente di riduzione con l area (ARF). Essa deve essere vista nella prospettiva del prossimo impiego del radar meteorologico di Torino. Sarà quindi possibile conoscere lo spostamento delle perturbazioni e soprattutto valutare la riduzione delle masse d aria durante la traversata delle Alpi. Si potrà inoltre analizzare il valore aggiunto dalle dieci stazioni d altitudine situate sul versante francese, confrontando la cartografia delle precipitazioni ottenuta con il complesso delle stazioni pluviografiche, con o senza le postazioni gestite dal CEMAGREF; definire il "tipo di tempo" a cui può essere associato ogni evento e studiare se diverse situazioni meteorologiche possono influenzare la variazione del gradiente.