Il Rischio Idrogeologico

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1 Corso di Formazione Permanente Programmazione formativa ai sensi del DGR44003 del 2/7/ 99 Regione Lombardia per l aggiornamento del personale volontario interno Il Rischio Idrogeologico A.V. Protezione Civile Melegnano fondata nel 1985 Associazione iscritta nell elenco delle Organizzazioni di Volontariato di Protezione Civile del Dipartimento di Protezione Civile della Presidenza del Consiglio dei Ministri e nel Registro Generale del Volontariato della Regione Lombardia 1 I rischi connessi a inondazioni, dighe, frane Massimiliano Colletta A.V. Protezione Civile Melegnano Dal Corso di formazione sul Rischio Idrogeologico per addetti di Protezione Civile Anno 2001 Scuola Provinciale Antincendi di Trento Giugno 2003

2 IL RISCHIO IDROGEOLOGICO 1. I RISCHI CONNESSI A INONDAZIONI, DIGHE, FRANE Massimiliano Colletta A.V. Protezione Civile Melegnano Breve accenno alla suddivisione del contenuto 1. INONDAZIONI, ALLUVIONI 1.1. DEFINIZIONE DEL RISCHIO 1.2. DESCRIZIONE DEGLI EVENTI 1.3. DESCRIZIONE DEGLI STUDI EFFETTUATI 1.4. DESCRIZIONE DI SISTEMI DI MONITORAGGIO 2. DIGHE 2.1. DEFINIZIONE DEL RISCHIO 2.2. DESCRIZIONE DEGLI STUDI EFFETTUATI 2.3. DESCRIZIONE DI SISTEMI DI MONITORAGGIO 3. FRANE, DEBRIS FLOW 3.1. DEFINIZIONE DEL RISCHIO 3.2. DESCRIZIONE DEGLI EVENTI 3.3. DESCRIZIONE DEGLI STUDI EFFETTUATI 3.4. DESCRIZIONE DI SISTEMI DI MONITORAGGIO 1

3 1. I RISCHI CONNESSI A INONDAZIONI, DIGHE, FRANE Breve accenno alla suddivisione del contenuto La trattazione prende in considerazione i due aspetti principali: rischio idraulico: inondazioni, alluvioni, dighe; rischio geologico; frane, debris flow); Per ognuno dei casi considerati vengono indicati: definizione del rischio (scientificamente consolidata); descrizione degli eventi (mette in risalto la tipologia dell'evento, evento inteso come singola manifestazione del fenomeno temuto); descrizione degli studi effettuati (stato degli studi e ricerche); descrizione dei sistemi di monitoraggio. 1. INONDAZIONI, ALLUVIONI Definizione del rischio Si intende per inondazione il fenomeno di invasione ed espansione delle acque su vaste aree prodotto da una rottura o un sormonto dell argine naturale o artificiale, connesso ad un evento di piena di un corso d acqua. I territori coperti dalle acque sono inondati, mentre il corso d acqua che esce dal suo letto esonda. Il termine più generale alluvione viene utilizzato per indicare tutti i danni prodotti da un evento di piena di un corso d acqua, sia quelli legati all inondazione di territori sia quelli più propriamente connessi con l instabilità delle sue sponde, l erosione accelerata alla testata del bacino e l instabilità dei versanti. Per piena di un corso d acqua si intende il fenomeno del rapido sopraelevamento della superficie libera dovuto all aumento della portata che, a sua volta, è causato da precipitazioni di forte intensità. Il sopraelevamento del pelo libero può essere determinato anche dal rigurgito provocato dal recipiente in cui sfocia il corso d acqua o, molto spesso, da ostacoli presenti nel suo alveo. Dal punto di vista prettamente idraulico gli eventi di piena possono essere controllati attraverso metodi differenti: interventi strutturali: riduzione delle portate a mezzo del temporaneo immagazzinamento in serbatoi di laminazione, casse d espansione e zone d allagamento o a mezzo di scolmatori di piena; sistemazione ed ampliamento degli alvei e dei manufatti di attraversamento per renderli idonei a contenere le portate massime; interventi non strutturali: limitazioni d uso del suolo; sistemi di preannuncio dell evento in tempo reale. Descrizione degli eventi Il territorio può schematicamente essere suddiviso nel seguente modo: territorio montano: caratterizzato prevalentemente da eventi idrologici critici diretti, con tempi di risposta rapidi rispetto al fenomeno casuale, per il quale è assolutamente 2

4 indispensabile disporre dell unico sistema di allertamento possibile, cioè la previsione meteorologica quantitativa; aree collinari e di fondo valle: caratterizzate da piogge intense su singoli sottobacini e da conseguenti processi propagativi dell onda di piena, con conseguenti possibilità di esondazione. Dati i tempi relativamente più lunghi della risposta del sistema (generazione dei deflussi nei bacini montani afferenti e successiva propagazione della piena), è indispensabile disporre di una rete pluviometrica e di una rete idrometrica, eventualmente integrata da misure radar-meteo, per predisporre un sistema integrato di monitoraggio e di preannuncio della piena; l insieme delle aree sublacuali e di pianura della rete idrografica: caratterizzate a valle da prevalenti processi propagativi delle onde di piena, con conseguenti possibilità di esondazione, derivante anche dalla concomitante modalità di gestione dei bacini lacuali. Per un valido sistema integrato di monitoraggio e di preannuncio delle piene, lungo il reticolo idrografico, è indispensabile disporre della rete termopluviometrica e della rete idrometrica, integrato con il sistema di controllo della regolazione egli invasi naturali ed artificiali. Il fenomeno dell esondazione acquista caratteristiche diverse in zone morfologicamente differenti: in ambiente di pianura le acque esondate possono ricoprire vaste aree portando in carico e depositando sulle stesse quantità di materiale litoide piuttosto modeste e a granulometria fine; in ambiente montano il fenomeno di esondazione delle acque si produce naturalmente in ambiente di conoide, poiché è il fenomeno stesso a produrre e ad aver prodotto tale morfologia; in i questo caso le acque possono portare in carico, a causa della forte energia, grandi quantità di materiale di granulometria molto grossolana. Questo tipo di flusso può presentare caratteristiche distruttive e rilascia comunque, al ritiro delle acque, grandi quantità di materiale che possono modificare l assetto morfologico dei luoghi. Descrizione degli studi effettuati In generale gli studi relativi ai fenomeni di inondazione affrontano due problemi: la modellazione dell evento di pioggia (studio idrologico) e la definizione dell evoluzione dell onda di piena all interno dell alveo (studio idraulico). Le due fasi di studio possono presentarsi come momenti di una stessa elaborazione: individuazione della portata di piena, evoluzione della stessa. Gli studi idrologici prevedono l individuazione delle portate di massima piena con determinate probabilità di superamento (tempo di ritorno). Nell ambito di questi studi si procede ad una analisi statistica delle piogge a cui si associa un modello di trasformazione afflussi-deflussi. I diversi parametri che caratterizzano i modelli quali: tempo di corrivazione, copertura vegetale, natura del substrato litologico, estensione, sono di difficile determinazione e sperimentazione per la taratura. Tra tutti i parametri il tempo di corrivazione, corrispondente al tempo massimo impiegato da una goccia di pioggia che cade sul bacino per arrivare alla sezione di chiusura che la delimita, è particolarmente 3

5 importante perché costituisce un indice del tempo disponibile per le operazioni di preavviso. Gli studi idraulici consentono di trasformare il dato di portata in livello raggiunto dalle acque all interno di una singola sezione o lungo un tratto di alveo. Nota la caratterizzazione geometrica degli alvei e la definizione dell onda di piena in condizioni di moto permanente, è possibile determinare i livelli idrici e conseguentemente le aree soggette a inondazione. Usando modelli di propagazione in condizioni di moto vario si ottengono informazioni sui tempi di propagazione dell onda di piena e sulla velocità di innalzamento del livello dell onda di piena in una sezione. Quest ultimo tipo di modellazione appare la più interessante dal punto di vista dell'allertamento e della Protezione Civile. Un problema ancora oggetto di studio sono anche le piene di torrenti con grande trasporto solido. Descrizione dei sistemi di monitoraggio Le reti di monitoraggio funzionali al rischio inondazione sono di due tipi: meteorologiche; idrometriche. Nelle reti di monitoraggio meteorologico tradizionali le stazioni misurano pioggia, temperatura, umidità, velocità e direzione del vento, radiazione globale ed eventualmente temperatura del suolo. Lo sviluppo della tecnologia ha fatto sì che l ambito della meteorologia sia integrato anche da stazioni satellitari e radar meteorologici. Le reti di monitoraggio idrometrico misurano le altezze d acqua nei corpi idrici ed accanto alle reti di monitoraggio meteorologico tradizionali costituiscono le reti idrotermopluviometriche. Le reti meteorologiche pur consentendo un tempo di preavviso maggiore ad una affidabilità elevatissima mantengono limiti in relazione alle perturbazioni locali che possono risultare critiche per bacini di poche decine o del centinaio di kmq di superficie. Sono limiti importanti perché molti fenomeni che producono danni ingenti alle infrastrutture pubbliche comportanti pericoli per la pubblica l incolumità si sviluppano su scale superficiali e temporali inferiori al dettaglio delle previsioni meteorologiche attualmente disponibili. 2. DIGHE Definizione del rischio Il rischio dighe è strettamente collegato con il rischio inondazione, in quanto il rischio potenziale di incidente rilevante è legato alle conseguenze sia di manovre degli organi di scarico (onde di piena artificiali), che all ipotetico collasso della struttura. Tuttavia le grandi dighe possono esercitare anche un effetto limitante nei confronti delle inondazioni, in quanto una corretta gestione delle opere può essere determinante nella salvaguardia dei territori a valle (laminazione delle piene naturali). Altre problematiche che possono sorgere sono l instabilità delle sponde dell invaso e la modificazione della circolazione idrica sotterranea (sifonamento), che possono provocare danneggiamenti rilevanti all opera idraulica. Il danno atteso e la zonizzazione del rischio sono quantificabili essenzialmente in rapporto alla presenza a valle di insediamenti urbani, industriali, commerciali, agricoli per densità abitativa, oltre che delle infrastrutture di trasporto, di servizio e soccorso e dei beni ambientali. 4

6 Descrizione degli studi effettuati La progettazione di una diga consta in genere di diverse fasi: studio del bacino imbrifero (i bacini che alimentano l invaso), studio geologico del bacino destinato a contenere l acqua (capacità di tenute del bacino stesso e stabilità del terreno di fondazione della diga), scelta del tipo di diga più idoneo, studio statico della diga. Descrizione dei sistemi di monitoraggio Collocandosi le dighe tra le opere con alto potenziale di pericolosità, è riconosciuta ed accettata la necessità di un continuo controllo del loro comportamento e monitoraggio durante l esercizio attraverso l installazione di sistemi di monitoraggio automatico, indagini sperimentali, misurazioni di stabilità, vigilanza continua. 3. FRANE, DEBRIS FLOW Definizione del rischio Si definisce frana lo spostamento rapido di una massa di roccia, terreno residuale o sedimento formante un pendio, il cui baricentro avanza verso il basso o verso l esterno (Terzaghi, 1950). Un altro rischio associato alla concomitanza tra l evento frana e alluvione è il debris flow relativamente molto più distruttivo della sola frana in quanto l acqua in movimento trascina del materiale il quale aumenta la propria energia. Gli eventi franosi e di debris flow possono essere controllati attraverso metodi differenti di difesa idrogeologica: interventi strutturali: intensivi con opere di contenimento esterne (gabbionate, terre armate, muri) e interne (paratie, pali, micropali, tiranti); estensivi tramite la modifica della forma del pendio o la copertura del suolo; interventi non strutturali; limitazioni d uso del suolo; sistemi di preannuncio dell evento in tempo reale. Descrizione degli eventi L impatto dell evento è chiaramente in funzione del tipo di fenomeno e di dove questo si verifica. È necessario perciò considerare la tipologia (crollo, ribaltamento, scivolamento, espansione, colamento) il tipo di materiale (roccia, detrito, terra), le volumetrie coinvolte, le energie di rilievo, gli stati di attività, la velocità del movimento. I vari fenomeni possono essere molto differenti fra loro per le modalità con cui si esplicano. Fattori geologici, geologico-tecnici, morfologici e strutturali unitamente all azione degli agenti esogeni determinano il manifestarsi di un processo rispetto ad un altro. Il debris flow è un fenomeno di trasporto solido, dove il materiale viene trascinato in sospensione, per saltellamento o rotolamento sul fondo, si caratterizza per il grande peso specifico (circa doppio di quello dell acqua), per il coefficiente di attrito e per la conseguente potenza distruttiva che possiede (massi ultrametrici possono galleggiare in questa lava e questa può esercitare una spinta pari a circa otto volte quella dell acqua). Per l innesco di questo fenomeno devono coincidere: una precipitazione rilevante, sono state ipotizzate delle soglie di precipitazione oltre le quali si ha instabilità; abbondante materiale in alveo o ostruzioni provocate da frane, può essersi accumulato in alveo per mancanza di morbide o piene di modeste entità; 5

7 una pendenza elevata del collettore, eventuali tratti con pendenza minore saranno soggetti a deposito e a rallentamento della colata (generalmente ciò avviene nella valle principale, generando un cono di deiezione che è possibile distinguere come entità geomorfologia distinta). Approfondite conoscenze del territorio permettono di individuare aree omogenee dove una serie di processi sono statisticamente prevalenti su altri proprio in base ad una serie di caratteristiche fisiche di quel territorio. La letteratura ci riporta che vi è una notevole ripetitività spaziale dei fenomeni vale a dire che la maggior parte delle frane si rileva in aree dove storicamente si sono già verificati dissesti. Descrizione degli studi effettuati Gli studi e i dati raccolti o prodotti dal Servizio Geologico illustrano le fenomenologie presenti sul territorio, la loro distribuzione spaziale e la ricaduta che i processi hanno nelle varie aree. Il compito del Servizio Geologico è quello di redigere cartografie, censimenti, rilievi per le zone ancora scoperte e di aggiornare per quelle già rilevate. Descrizione dei sistemi di monitoraggio Il Servizio Geologico opera un controllo strumentale in diverse aree per seguire l evoluzione di frane di particolare rilevanza e poter fornire un preannuncio in caso di evento. Con vari sistemi di rilevamento viene tenuto sotto controllo il fronte di frana, si può calcolare la profondità della superficie di scorrimento (inclinometri), si può vedere il movimento traslatorio della superficie esterna, tenere sotto controllo fratture (estensimetri). 6