STUDIO DEL RISCHIO IDROGEOLOGICO NELLA REGIONE MOLISE SEZIONE B - RISCHIO IDRAULICO ANALISI DEL RISCHIO IDRAULICO INDICE 1 PREMESSA 2 2 INTRODUZIONE 3

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2 Regione Molise Studio del Rischio Idrogeologico nella Regione 1 STUDIO DEL RISCHIO IDROGEOLOGICO NELLA REGIONE MOLISE SEZIONE B - RISCHIO IDRAULICO ANALISI DEL RISCHIO IDRAULICO INDICE 1 PREMESSA 2 2 INTRODUZIONE Concetti generali 3 3 IMPOSTAZIONE GENERALE Articolazione dello studio 8 4. LA MODELLISTICA IDRAULICA Il modello di moto vario Il coefficiente di ragguaglio areale per il calcolo degli apporti al modello in moto vario La modellazione delle aree inondabili 15 5 MAPPATURA DELLE AREE INONDABILI La definizione delle aree di potenziale esondazione La perimetrazione delle aree inondabili Torrente Callora Torrente il Rio Fiume Biferno fino al Ponte del Comune Fiume Biferno dal Ponte del Comune alla frana di Covatta Fiume Biferno a valle dell invaso del Liscione Tratto terminale del fiume Sinarca Tratto terminale del fiume Trigno Le aree inondabili per mareggiata 30 6 MAPPATURA DEL RISCHIO IDRAULICO 31 7 BIBLIOGRAFIA 34

3 Regione Molise Studio del Rischio Idrogeologico nella Regione 2 1 PREMESSA La presente relazione illustra i criteri e le metodologie utilizzati nella analisi del rischio idraulico con riferimento agli aspetti della modellistica idrologico-idraulica finalizzata alla perimetrazione delle aree inondabili in conformità alle linee generali descritte nel Piano di Lavoro concordato con il Gruppo di Verifica e Controllo (delibera n del 30/12/99) e con le metodologie già illustrate nella bozza preliminare consegnata nel Dicembre 2000 e nelle successive integrazioni. A questo proposito conviene osservare che la metodologia prevista nel Piano di Lavoro per la valutazione delle portate di piena risultava differenziata per l area del Bacino Campione e per la restante parte del territorio regionale. Infatti si prevedeva l utilizzo di una modellazione idrologica a parametri distribuiti per l area del Bacino Campione mentre per la restante parte del territorio regionale si prevedeva l utilizzo dei risultati conseguiti nell ambito degli studi condotti per la redazione del Piano Straordinario. Nella relazione idrologica è stata evidenziata peraltro la necessità di estendere l approccio per la valutazione delle portate di piena nelle sezioni di interesse previsto nel Piano di Lavoro citato per la sola area del Bacino Campione (di maggiore dettaglio) a tutto il territorio regionale in modo da fornire una valutazioni omogenee e quindi confrontabili su tutti i tratti fluviali studiati.

4 Regione Molise Studio del Rischio Idrogeologico nella Regione 3 2 INTRODUZIONE La delimitazione delle aree a rischio idraulico è stata condotta secondo linee metodologiche coerenti con la normativa vigente e in particolare con l Atto di Indirizzo e Coordinamento del , che individua i criteri relativi agli adempimenti In particolare, nei comma 1 e 2 dell art. 1 del D.L: 180 dell , si sottolinea la necessità che la perimetrazione delle aree inondabili sia condotta mediante adeguati studi idraulici e idrogeologici, in corrispondenza di eventi associati a tre diversi tempi di ritorno compresi rispettivamente tra 20 e 50, 100 e 200, 300 e 500 anni. La rappresentazione delle aree perimetrate deve essere effettuata su cartografia a scala non inferiore a 1:25.000, mentre la presenza degli elementi a rischio, costituiti da insediamenti, attività produttive e patrimonio ambientale, deve essere individuata tramite cartografia scala minima 1: (carta degli elementi a rischio). La sovrapposizione della carta degli elementi a rischio con quella delle aree inondabili fornisce la carta del rischio classificabile nelle seguenti classi: R1-rischio moderato, R2-rischio medio, R3-rischio elevato, R4-rischio molto elevato); Prima di illustrare la metodologia di dettaglio utilizzata per la delimitazione delle aree a rischio, si richiamano di seguito alcuni concetti preliminari sulla definizione di rischio. 2.1 Concetti generali Una porzione di territorio soggetta a inondazione con conseguenti danni a persone e/o beni viene definita area vulnerabile. Si definiscono elementi a rischio (E) le persone, i beni e le attività economiche presenti in un'area vulnerabile. Gli elementi a rischio e possono essere caratterizzati attraverso: a) la tipologia (persone, beni, attività); b) l'entità o valore degli elementi (numero di persone, valore economico dei beni); c) la vulnerabilità (V) degli elementi, cioè l'attitudine a subire danni per effetto dell'evento di piena. Si esprime mediante un coefficiente compreso tra 0 (assenza di danno) e 1 (perdita totale).

5 Regione Molise Studio del Rischio Idrogeologico nella Regione 4 Sia E che V possono variare in funzione dell'evento alluvionale (es.: estensione della zona inondata, modalità di inondazione); a parità di evento E e V possono variare in funzione di fattori casuali come per esempio il periodo in cui si verifica l'evento. In corrispondenza di ciascun evento i-esimo si definisce il danno (D) come prodotto del valore del bene per la sua vulnerabilità: (1) Di = EiVi Per un determinato elemento a rischio e un prefissato periodo di tempo t è il valore atteso del danno totale D t opportunamente attualizzato costituisce il rischio (R):: (2) R = A(D t ) per fini pratici risulta accettabile la seguente approssimazione della 2, nota come equazione del rischio: (3) R = EVH t = DH t ove H t è la pericolosità, cioè la probabilità di avere nel periodo t almeno un evento calamitoso, V e E rappresentano rispettivamente il valore medio della vulnerabilità e l'ammontare dell'elemento a rischio soggetto a danno. Da notare che la definizione del rischio espressa dalla 3, peraltro adottata dalla normativa vigente, quantifica il danno sostanzialmente in funzione delle caratteristiche degli elementi a rischio più che in funzione delle caratteristiche dell evento. La pericolosità è legata al tempo di ritorno dell evento calamitoso, T, che esprime l'intervallo di tempo nel quale l'intensità dell'evento viene superata mediamente una sola volta. In particolare, nota la funzione di distribuzione della probabilità di non superamento della portata al colmo Q massima annuale, F(Q) = P[Q q], il tempo di ritorno associato ad una valore della portata q è definito come: (4) T= 1/[1- F(q)]

6 Regione Molise Studio del Rischio Idrogeologico nella Regione 5 Il legame tra pericolosità H t e tempo di ritorno T è espresso dalla relazione : (5) H t = 1 ( 1 1 ) T Le fonti del rischio esprimono le cause che lo determinano. In particolare, il rischio idraulico scaturisce dalla possibilità di danno a persone e/o beni in conseguenza del fenomeno di trasporto di deflussi liquidi e solidi in alveo e può essere a sua volta suddiviso in rischio da esondazione, connesso al trasporto di massa liquida, e rischio da dinamica d'alveo, connesso al trasporto di massa solida, rischio da dinamica costiera, connesso agli eventi di mareggiata. t Le attività connesse all analisi del rischio possono essere articolate nelle seguenti due fasi:: 1) quantificazione del rischio: comprende la fase conoscitiva-previsonale nell'analisi del rischio. In base all'equazione 3, la valutazione del rischio consiste nella stima della pericolosità dell'evento e del danno conseguente. Nei fenomeni alluvionali, la stima della pericolosità H dell'evento di piena si valuta mediante l analisi idrologica (Elaborato B.1.2). La pericolosità viene in generale espressa in termini di tempo di ritorno, Tr, individuando così eventi di piena per prefissati valori di Tr. La stima del danno (= E V) associato ad un prefissato evento di piena si basa prima di tutto sulla definizione delle aree vulnerabili attraverso il tracciamento delle mappe di esondazione. Elementi caratterizzanti le aree sono: l'estensione delle superfici allagate, i volumi esondati, le massime altezze di sommersione. Sulla base delle mappe di esondazione sono individuati gli elementi a rischio mediante la sovrapposizione con la Mappa degli Elementi a Rischio (Elaborato A.3.1). Per il rischio da dinamica d alveo si veda l Elaborato B ) riduzione del rischio: tale fase comprende tutte quelle attività volte alla riduzione del rischio che si realizzano mediante interventi strutturali e interventi non strutturali. Gli interventi strutturali, che tendono a ridurre la probabilità che si verifichi un evento, sono definiti nell Elaborato B.1.5.

7 Regione Molise Studio del Rischio Idrogeologico nella Regione 6 Gli interventi non strutturali mirano invece alla riduzione del danno e comprendono misure di salvaguardia, azioni normative e vincolistiche, attività di pianificazione urbanistica, sviluppo di sistemi di allerta, messa a punto di piani di protezione civile, utilizzo di tipologie costruttive adeguate. Tra questi possono rientrare anche le attività e gli interventi di monitoraggio, come descritti nell Elaborato D.2.1.

8 Regione Molise Studio del Rischio Idrogeologico nella Regione 7 3 IMPOSTAZIONE GENERALE Per la individuazione delle aree a rischio idraulico non si dispone a tutt oggi di metodologie standardizzate o comunque di uso consolidato alle quali fare riferimento sia per la definizione delle aree a diversa pericolosità di inondazione, sia per la quantificazione del danno e conseguentemente per la valutazione del rischio. Nel presente lavoro si è adottato un approccio già utilizzato in studi precedenti [Autorità di Bacino del Fiume Arno, 1999, Autorità di Bacino del Fiume Serchio, 2000, Autorità di Bacino del Fiume Magra, 1999), finalizzato alla delimitazione delle aree a pericolosità idraulica. In particolare, l'approccio seguito è coerente con la normativa citata (Atto di Indirizzo e Coordinamento del , comma 1 dell art. 1) che evidenzia tra l'altro il fatto che l individuazione e la perimetrazione delle aree soggetto a rischio deve essere intesa come suscettibile di revisione e perfezionamento sia nella metodologia sia, conseguentemente, nella collocazione e classificazione delle aree. Tenendo presente inoltre che, sulla base della perimetrazione delle aree a rischio, dovranno essere individuate le norme di tutela e salvaguardia, è indispensabile che l approccio metodologico utilizzato sia analitico e omogeneo su tutto il territorio considerato. Ai fini della individuazione delle aree, l'approccio deve necessariamente considerare un corso d acqua nella sua più completa caratterizzazione spaziale, sia in termini di estensione, sia in termini di contributi laterali provenienti dagli affluenti considerati. Infatti, la determinazione delle aree inondabili dipende in sostanza dalla distribuzione spazio-temporale dei volumi di piena; pertanto, in ogni sezione del corso d acqua, i volumi di esondazione dipendono, a parità di evento che li genera, dalla dinamica di propagazione e di esondazione verificatasi nelle sezioni precedenti. Lo stesso ragionamento vale per i contributi di piena al corso d acqua principale provenienti dagli affluenti. E pertanto necessario da un lato stimare gli idrogrammi di piena in arrivo al corso d acqua, e dall altro analizzarne la loro propagazione e laminazione lungo il corso d acqua per effetto di opere, esondazioni, diversivi, immissioni laterali.

9 Regione Molise Studio del Rischio Idrogeologico nella Regione 8 Di qui la necessità di un approccio integrato di tipo idrologico-idraulico che consideri l'asta fluviale di interesse, il relativo bacino afferente e le connessioni idrauliche laterali per la simulazione dei fenomeni di tracimazione e inondazione. Le sollecitazioni idrologiche al sistema, costituite in generale da eventi caratterizzati in da intensità di pioggia variabili nel tempo e nello spazio e dalle condizioni fisiche iniziali del bacino idrografico, vengono rappresentate da ietogrammi sintetici definiti in base alle curve di possibilità pluviometrica per preassegnata durata di pioggia e tempo di ritorno. Attraverso la modellistica idrologica, vengono definiti gli idrogrammi di piena nella varie sezioni di interesse del corso d'acqua considerato tenendo conto che i contributi di piena degli interbacini sono valutati adottando la stessa durata di pioggia e un coefficiente di ragguaglio areale tale da garantire una distribuzione spaziale dell'evento coerente. La propagazione dei deflussi di piena così generati e la valutazione dei fenomeni esondativi lungo l asta fluviale considerata avviene tramite il modello idraulico di moto vario, più avanti descritto, in grado di fornire in ogni sezione dell'asta fluviale l'idrogramma di piena in transito e i volumi eventualmente tracimati dalle strutture di contenimento. Le simulazioni idrologiche-idrauliche sopra descritte vengono ripetute, a parità di tempo di ritorno, per varie durate dell'evento di pioggia in modo da coprire le varie condizioni critiche che ragionevolmente possono presentarsi nel bacino considerato. Vengono infine delimitate le aree inondabili assumendo le condizioni più gravose che in ciascuna sezione si verificano in termini di altezza d'acqua mediante l'inviluppo dei valori massimi ottenuti da ciascuna simulazione. Si perviene quindi alla mappatura delle aree a pericolosità idraulica per i diversi tempi di ritorno considerati (mappe della pericolosità idraulica) La definizione degli elementi esposti al danno in caso di evento alluvionale è rappresentata dalla mappa del danno. La sovrapposizione del danno e della pericolosità idraulica fornisce la mappatura del rischio idraulico (carta del rischio). Di seguito si descrivono in dettaglio le varie fasi dello studio. 3.1 Articolazione dello studio Lo studio sopra descritto è stato articolato nelle seguenti fasi fondamentali:

10 Regione Molise Studio del Rischio Idrogeologico nella Regione 9 FASE 1 Individuazione e caratterizzazione dell ambito fisico oggetto di studio: tale fase è finalizzata alla costruzione del quadro conoscitivo di base per la definizione del reticolo idrografico, il bacino principale e i sottobacini oggetti di studio, nonché per la predisposizione dei dati necessari alle elaborazioni previste nelle fasi successive. FASE 2: analisi idrologica: è finalizzata alla determinazione degli eventi di piena, caratterizzati dall andamento temporale della portata e dalla probabilità di verificarsi per ciascuna sezione di interesse del reticolo fluviale considerato. La metodologia di valutazione degli idrogrammi di piena, omogenea per tutti i bacini idrografici oggetto di studio, si basa sul modello idrologico già descritto in precedenza. FASE 3 : modellazione idraulica in alveo e nelle aree inondate: è finalizzata alla determinazione dei livelli idrici associati agli eventi di piena definiti nella FASE 2, per ciascuna sezione del tronco fluviale considerato, nonché alla valutazione dei volumi d acqua tracimabili dalle strutture di contenimento della corrente in alveo. Il modello idraulico utilizzabile è quello di moto vario con schematizzazione quasibidimensionale. FASE 4 : perimetrazione delle aree inondabili: comprende la delimitazione delle aree inondate anche attraverso l'utilizzo del modello digitale del terreno e la cartografia disponibile. A tal fine vengono individuate preventivamente le aree potenzialmente inondabili, la loro caratterizzazione geometrica e la definizione delle connessioni idrauliche FASE 5 : mappatura delle aree a rischio: sulla base dei risultati ottenuti nella FASE 4, la classificazione del rischio è condotta sovrapponendo la mappa delle aree inondabili per i diversi tempi di ritorno alla mappa degli elementi esposti al danno, come desumibili dalla cartografia 1: Di seguito si descrivono nel dettaglio le fasi 3, 4 e 5. Le fasi 1 e 2 sono già state descritte in precedenza, in particolare la fase 2 nella RELAZIONE B.1.2.

11 Regione Molise Studio del Rischio Idrogeologico nella Regione LA MODELLISTICA IDRAULICA Nel presente lavoro, per la determinazione delle aree inondabili è stato adottata una schematizzazione quasi-bidimensionale del tipo proposto da Cunge [23], che associa a un modello idraulico non stazionario una rappresentazione a celle di accumulo delle aree inondabili adiacenti il corso d acqua opportunamente schematizzate e connesse idraulicamente. La scelta di adottare un modello idraulico non stazionario integrato da un modello di inondazione, anziché un più semplice e meno oneroso modello di moto permanente, è dettata essenzialmente dai seguenti fattori: 1. Il modello di moto permanente è in grado di simulare correttamente solo i fenomeni che si svolgono a portata costante nel tempo, ignorando pertanto gli effetti dei meccanismi di propagazione e attenuazione delle stesse portate in alveo che solo un modello di moto vario può simulare. Lo schema di moto permanente è in effetti applicabile con successo solo in quei casi (alvei stretti e a carattere torrentizio) ove gli effetti di laminazione delle portate possono essere trascurati. I corsi d acqua qui studiati (più oltre elencati) scorrono all interno di aree pianeggianti di ampiezza notevolmente maggiore rispetto alla larghezza dell alveo di magra, invadendole in caso di piena anche ordinaria, con effetti di invaso dei volumi idrici che possono prevalere su quelli di puro trasporto. 2. Un modello di moto permanente non può simulare un evento di piena in un sistema idraulico di corsi d acqua naturali tra di loro connessi a formare una rete idrografica, poiché ogni corso d acqua ha tempi di risposta propri e pertanto sussistono sfasamenti temporali tra le onde di piena che talvolta possono risultare anche determinanti nelle modalità di svolgimento del fenomeno inondativo e che solo con un modello di moto vario possono essere messi in conto. Ciò premesso, i sistemi idraulici considerati sono i seguenti: 1. il fiume Biferno dalla sorgente alla contrada Covatta in agro di Ripalimosani, con i due affluenti di sinistra T. il Rio e T. Callora; 2. il fiume Biferno dalla diga di Ponte Liscione fino alla foce, con la porzione terminale del maggiore affluente T. Cigno;

12 Regione Molise Studio del Rischio Idrogeologico nella Regione il fiume Trigno per il tratto terminale da Ponte Trigno alla foce; 4. il torrente Sinarca per il tratto terminale da Masseria Saberta alla foce; Ognuno dei sistemi sopra elencati è costituito dalle aste principali dei corsi d acqua e dalle adiacenti aree di potenziale esondazione idraulicamente connesse sia alle aste anzidette che fra di loro. La risoluzione dello schema di moto viene ottenuta per via numerica, discretizzando le equazioni nel dominio spazio-temporale mediante opportuni schemi numerici. La soluzione viene pertanto ottenuta solo nei punti di discretizzazione (e non con continuità su tutto il dominio). Tali punti sono rappresentati dalla sezioni geometriche rilevate (discretizzazione spaziale) e dalla scansione temporale utilizzata nella rappresentazione dei fenomeni (discretizzazione temporale). Il grado di risoluzione che si ottiene deriva quindi dalla densità delle sezioni rilevate e dal passo temporale adottato. Poiché, nel caso in esame, la densità dei rilievi è di circa 3 sezioni per chilometro, fenomeni localizzati a scala inferiore ai 300 m non possono risultare descritti (ad esempio: dissipazioni localizzate, variazioni plano-altimetriche dell'alveo, immissioni, etc.). Analogamente, il grado di risoluzione temporale è funzione della qualità dei dati di pioggia e/o di portata che risultano disponibili per la caratterizzazione del regime idraulico cui sono sottoposti i corsi d'acqua considerati. E stata utilizzata una scansione temporale di 30 minuti, che comunque può considerarsi idonea ad una corretta modellazione date le ampiezze dei bacini idrografici e quindi i tempi di risposta tipici di questi sistemi. Una breve descrizione dei modelli impiegati è fornita ai paragrafi successivi. 4.1 Il modello di moto vario Ogni sistema idraulico è stato simulato utilizzando il modello di moto vario che si basa sulle classiche equazioni del moto e di continuità per una corrente liquida incomprimibile e unidimensionale, associate a una opportuna equazione per la stima

13 Regione Molise Studio del Rischio Idrogeologico nella Regione 12 delle dissipazioni energetiche sia a carattere concentrato sia di tipo distribuito. Le equazioni, nella loro formulazione generale di De Saint Venant, esprimono le caratteristiche idrauliche (portata, carico piezometrico, altezza d'acqua, velocità) in funzione del tempo e dello spazio: A Q + + q( x) = 0 t x H 1 U = J x g t in cui: A = area della sezione liquida [m 2 ]; Q = portata [m 3 /s]; q (x) = portata laterale (positiva se entrante) [m 2 /s]; H = carico totale della corrente [m]; g = accelerazione di gravità [m/s 2 ]; U = velocità media della corrente [m/s]; J = perdite di carico effettivo per unità di lunghezza; x = ascissa corrente lungo l'alveo [m]; t = tempo [s]. La perdita di carico effettivo può essere stimata con un'equazione analoga a quella adottata per il moto uniforme: J U U = 2 gc R ove, oltre ai simboli già noti, R è il raggio idraulico e C il coefficiente di resistenza esprimibile nella forma: C = KsR g ove K s [m s ] è il coefficiente dimensionale di Gauckler-Strickler.

14 Regione Molise Studio del Rischio Idrogeologico nella Regione 13 Per includere nel modello gli effetti dissipativi indotti da variazioni di sezione, quali allargamenti o restringimenti, si sono valutate le perdite di carico effettivo addizionali, H, mediante la formula: H = Q 2 2 A 2 g ξ ( α / ) ove α è il coefficiente di ragguaglio della energia cinetica e ξ può assumere valori compresi tra 0.1 e 0.5, maggiori nel caso di allargamento della sezione e minori nel caso di restringimento. In particolare, per tutte le variazioni brusche di sezione che tipicamente si verificano in corrispondenza di attraversamenti dei corsi d acqua, si è adottato un coefficiente ξ pari a 0.4 all imbocco e a 0.5 allo sbocco. Le precedenti equazioni sono state risolte per via numerica in forma implicita approssimando alle differenze finite le derivate e operando una media pesata per gli altri termini. In particolare sono state utilizzate le seguenti formulazioni: k k + 1 k A = p p A + p ( 1 p ) A + ( 1 p ) p A + ( 1 p )( 1 p ) A s t i A p A i = t s A p A i = s t A k i s 1 A i t s t i Ai + ( 1 p ) Ai + ( 1 p ) k Ai s 1 Ai t k k t k + k s k k + 1 s t i+ 1 s t i+ 1 k + 1 dove p s è il peso della media spaziale e p t il peso della media temporale (l'indice k è riferito al tempo e l'indice i allo spazio). I valori utilizzati per p s e p t sono rispettivamente di 0.5 e 0.45 che dalle prove effettuate risultano essere i più affidabili per la risoluzione del sistema. Il modello fornisce la risoluzione delle equazioni in corrispondenza dei nodi di una griglia spazio-temporale ove, in corrispondenza delle sezioni fluviali predefinite, al variare del tempo si ricavano i valori delle grandezze idrauliche (portata, velocità, carico piezometrico, etc). A ciascun passo il programma bilancia le equazioni di moto e di continuità in modo iterativo fino al raggiungimento di una correzione su portate e livelli inferiore a una soglia prefissata.

15 Regione Molise Studio del Rischio Idrogeologico nella Regione 14 Il modello viene fatto funzionare in condizioni di corrente ovunque subcritica (lenta), che conducono a risultati a favore della sicurezza nel senso che i livelli idrometrici simulati risultano non inferiori a quelli che realmente si instaurano. Nell'ipotesi di corrente lenta, le condizioni al contorno da imporre al sistema prima definito possono consistere nella attribuzione di una scala di deflusso nella sezione di chiusura di valle, del tipo: c Q = a( h h ) + q 0 0 dove a, b, c e q 0 sono i parametri della scala di deflusso, mentre nella sezione di monte viene definito un idrogramma di portata in ingresso Q=Q(t), in luogo della scala di deflusso, si può imporre a valle un livello idrometrico eventualmente variabile nel tempo, h=h(t). Nel caso di condizioni locali di corrente veloce (es. per aumenti di pendenza o in corrispondenza di salti di fondo, forti restringimenti, ecc.), la profondità d acqua viene fissata pari a quella critica. In particolare l'equazione di moto a valle della sezione viene sostituita dalla condizione di corrente critica nella sezione in esame. Nel nostro caso, come condizione al contorno è stato utilizzato il livello idrometrico medio del mare per i sistemi terminanti con una foce a mare, assumendo però, per sicurezza, un sovralzo di 50 cm per tener conto di avverse condizioni meteomarine che facilmente possono verificarsi in concomitanza con eventi di piena straordinari. Per il sistema della parte alta del fiume Biferno, invece, è stata utilizzata come condizione al contorno di valle, al termine del tratto in corso di sistemazione in contrada Covatta di Ripalimosani una scala di deflusso di moto uniforme, viste le caratteristiche di regolarità del tratto stesso Il coefficiente di ragguaglio areale per il calcolo degli apporti al modello in moto vario Il coefficiente di ragguaglio areale Kr dipende come abbiamo visto dalla durata dell evento e dall area del bacino. Nella modellazione in moto vario è necessario conoscere i contributi di ciascun sottobacino afferente in modo da poter simulare la propagazione e l attenuazione dell onda di piena. Tali contributi non possono essere

16 Regione Molise Studio del Rischio Idrogeologico nella Regione 15 calcolati con un valore de Kr che consideri l area del singolo sottobacino in quanto in tal caso si andrebbe a sovrastimare la portata complessiva nel modello di moto vario. Per questo il Kr viene calcolato per ciascun sottobacino in funzione del Kr calcolato per i bacini complessivi a monte e a valle dell immissione del sottobacino stesso. Per il calcolo di Kr viene utilizzata la formulazione già citata ponendo: - la durata di evento prescelta; - l area del bacino principale a valle della sezione di confluenza; - il coefficiente a delle linee segnalatrici, sempre mediato sul bacino principale. Il coefficiente di ragguaglio per calcolare il contributo di ciascun sottobacino K a viene pertanto calcolato con la seguente formula: K a K A v v m m =. ( A A ) v K m A dove: K v = coefficiente di ragguaglio areale per il bacino di valle; A v = area del bacino di valle; K m = coefficiente di ragguaglio areale per il bacino di monte; A m = area del bacino di monte. L obiettivo del presente approccio è quindi la riproduzione di un evento di piena che sollecita in maniera critica l asta principale nella sua interezza La modellazione delle aree inondabili Definita la modellazione del moto all interno delle aste fluviali, resta da definire la modellazione del fenomeno inondativo delle aree adiacenti. Eccettuato il caso in cui tali aree siano di ampiezza confrontabile con quella dell alveo attivo e non riparate da argini, situazione che permette molto semplicemente di assumere in ogni istante come quota di inondazione quella idrometrica in alveo, il problema è quello di simulare la propagazione dei livelli di piena su aree talvolta molto estese.

17 Regione Molise Studio del Rischio Idrogeologico nella Regione 16 Nel modello quasi-bidimensionale a celle interconnesse qui adottato si assume che il fenomeno dell allagamento di ciascuna cella avvenga in modo sincrono, cioè non viene messo in conto il tempo effettivo connesso alla reale propagazione sul terreno dei volumi esondati. Quest ultimo è peraltro di difficile stima, soprattutto in casi di aree fortemente antropizzate, ove la presenza di strutture e infrastrutture condiziona la velocità e le direzioni lungo le quali l allagamento di propaga. L approssimazione adottata è tanto più accettabile quanto maggiore è il numero di celle in cui vengono suddivise le aree complessivamente soggette a esondazione. Infatti, in tal modo, il riempimento di ciascuna cella è regolato dalle caratteristiche degli sfioratori di collegamento tra le celle che, in funzione della quota e della lunghezza, influenzano la velocità di riempimento della cella successiva. Sono comunque trascurati gli effetti della non stazionarietà e bidimensionalità connessi al fenomeno di propagazione del fronte di inondazione. La simulazione del fenomeno esondativo si basa inoltre sulle seguenti ipotesi: - i volumi idrici di inondazione si generano esclusivamente per tracimazione delle sommità arginali del corso d acqua. Non sono considerati altri fenomeni quali, ad esempio, il collasso delle strutture arginali o fenomeni di rigurgito diversi da quelli già considerati nel presente studio; anche gli elementi infrastrutturali delimitanti le aree di potenziale inondazione, quali rilevati stradali, ferroviari, etc, si considerano, al pari degli argini fluviali, tracimabili senza collasso. - le aree suscettibili di inondazione sono preventivamente delimitabili sulla base delle caratteristiche morfologiche e infrastrutturali del territorio. Si definiscono in tal modo le aree potenzialmente inondabili; - l identificazione delle aree potenzialmente inondabili, suddivise in celle elementari, si basa sull analisi delle sezioni fluviali, della cartografia 1:5000 e delle foto aeree; - il fenomeno dell allagamento di ciascuna cella in cui sono suddivise le aree potenzialmente inondabili avviene con una legge di riempimento del tipo: V = a (H-H 0 ) b ove V è il volume di riempimento, H è il livello idrico, mentre i parametri a, b e H 0 possono essere calcolati in base alle caratteristiche morfologiche dell area.

18 Regione Molise Studio del Rischio Idrogeologico nella Regione 17 Si trascurano in questo modo gli effetti della non stazionarietà e bidimensionalità connessi al fenomeno di propagazione del fronte di inondazione. La propagazione dei livelli idrici nelle celle avviene pertanto attraverso la sola legge di continuità. A tale scopo è necessario considerare il volume accumulato nella singola cella e le sue variazioni dovute agli scambi di portata con le celle circostanti. Ad ogni passo temporale l equazione di continuità impone il bilancio tra i volumi netti transitati attraverso la cella e la variazione di volume locale, sotto le ipotesi che il volume accumulato in ciascuna cella è univocamente correlato all altezza idrica nella cella stessa, e le portate scambiate sono funzione dei livelli a monte e a valle delle connessioni idrauliche. In particolare, l equazione di continuità per la generica cella k- esima risulta la seguente: A ck h k t = i Q ki ( h, h ) k i Ove A ck rappresenta la superficie allagata nella cella k-esima, h k è l altezza d acqua relativa, Q ki è la portata scambiata con la cella i-esima adiacente in funzione delle relative altezze idriche e la sommatoria è estesa a tutte le celle in comunicazione diretta con la cella k-esima. Il trasferimento dei volumi di esondazione, sia dall alveo alle celle di accumulo sia tra le stesse celle avviene tramite soglie sfioranti assimilabili a stramazzi in parete grossa, con possibilità di funzionamento bidirezionale, in condizioni di deflusso libero oppure rigurgitato in funzione dei livelli a monte e a valle dello stramazzo. La legge di deflusso adottata è la seguente: Q = l ( µ s h + µ h ) 2 gh dove l è la lunghezza della soglia, µ 1 e µ 2 sono pari rispettivamente a 0.65 e 0.4, h 1 e h 2 sono rispettivamente i livelli del pelo libero a monte e a valle, riferiti alla quota della soglia. Si assume pertanto per gli sfioratori alveo-celle un funzionamento di stramazzo diretto, anziché laterale.

19 Regione Molise Studio del Rischio Idrogeologico nella Regione 18 5 MAPPATURA DELLE AREE INONDABILI Definito il tipo di modellistica idraulica ed i tratti oggetto di studio, si è provveduto ad allestire il modello, ossia a fornirlo dei dati necessari per poter giungere all obiettivo della individuazione delle aree inondabili per eventi di piena caratterizzati da tempi di ritorno differenti. I tempi di ritorno considerati sono 30, 100 e 200 anni. Per ciascun tratto, e in corrispondenza di ciascun tempo di ritorno, la simulazione ha fornito i valori temporali di: - portate e livelli idrometrici per ogni sezione del reticolo idrografico; - volumi e livelli idrometrici nelle aree di esondazione ; - portate transitate attraverso gli elementi di connessione tra l alveo e le aree e tra le aree stesse. Sono stati quindi calcolati i valori massimi delle grandezze sopra citate per le quali sono state tracciate le aree inondabili per eventi di piena a differente tempo di ritorno secondo la metodologia di seguito illustrata. Sulla base di questa differenziazione 5.1 La definizione delle aree di potenziale esondazione Si definiscono aree di potenziale esondazione tutte quelle aree potenzialmente soggette a fenomeni esondativi per le quali risulta prevalente il processo di invaso rispetto a quello di trasporto. Nei tratti ove è prevalente il fenomeno del trasporto, cioè in generale per le aree strettamente adiacenti al corso d acqua, la caratterizzazione delle aree di potenziale esondazione è stata condotta attraverso una estensione della sezione fluviale. In ogni caso la modellazione idraulica adottata necessita della conoscenza delle caratteristiche geometriche di tali aree al fine di simularne correttamente il comportamento idraulico. La caratterizzazione geometrica delle aree è stata condotta secondo i seguenti criteri: 1. Individuazione delle aree di potenziale esondazione: tale operazione è stata condotta sovrapponendo alla base cartografica ufficiale della Regione scala

20 Regione Molise Studio del Rischio Idrogeologico nella Regione 19 1:5.000 i dati sulle aree storicamente allagate (vedi TAVOLE B ) dai tratti di corsi d acqua oggetto del presente studio. In linea di massima, per ovvi motivi di ordine morfogenetico, risultano potenzialmente inondabili tutte le pianure alluvionali fino all inizio della zona pedecollinare. 2. Suddivisione delle aree di potenziale esondazione in celle elementari: sulla base della cartografia indicata al punto precedente, integrata ove necessario da analisi delle foto aeree e delle sezioni fluviali, vengono identificati gli argini, i rilevati stradali e ferroviari, i corsi d acqua minori e i contenimenti naturali. Questi vengono assunti come elementi di contorno che delimitano le celle elementari, o casse, di forme e dimensioni variabili (da pochi ha ad un centinaio di ha); dette celle sono riportate sulle TAVOLE B unitamente alla loro codifica. 3. Caratterizzazione morfologica delle aree di potenziale inondazione: in tale fase si è proceduto alla definizione delle caratteristiche plano-altimetriche delle celle elementari sulla base del DEM (modello digitale delle quote del terreno) a maglia 40x40 m della Regione con l obiettivo di ricavare, in forma automatica, la legge di riempimento volumi-quote di inondazione V=V(H). A tale scopo, sono stati definiti i parametri a, b, H 0 della legge di riempimento delle aree di potenziale esondazione nella forma di legge di potenza già vista nel paragrafo 1.1.2: V = a (H-H 0 ) b in cui H 0 è la quota minima del terreno all interno dell area. Il DEM delle aree potenzialmente inondabili è anch esso riportato sulle TAVOLE B con rappresentazione cromatica a classi altimetriche. 4. Definizione delle connessioni idrauliche: sulla base di quanto ottenuto nelle fasi precedenti e dell analisi dettagliata delle caratteristiche morfologiche, infrastrutturali e idrauliche del territorio sono state definite le connessioni idrauliche tra l alveo principale e le celle di potenziale esondazione, e tra le aree stesse. Le connessioni sono riportate anch esse sulle TAVOLE B con simboli a freccia e relativa codifica. Tramite le connessioni idrauliche e gli elementi di contenimento si definiscono in pratica le modalità dei processi esondativi in ciascuna area e in relazione a quelle adiacenti.