RETI DI MONITORAGGIO METEOIDROLOGICO IDROGRAFICO E MODELLISTICA

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1 RETI DI MONITORAGGIO METEOIDROLOGICO IDROGRAFICO E MODELLISTICA intervento alla VII Conferenza Nazionale delle Agenzie Ambientali. Stefano BOVO, Responsabile Settore Meteoidrografico e Reti di Monitoraggio ARPA Piemonte. La salvaguardia del territorio è uno dei punti fondamentali della strategia di azione ambientale per lo sviluppo sostenibile fissata dall Unione Europea. Uno dei criteri ispiratori per gli orientamenti della politica di sostenibilità è individuato nella riduzione dei rischi finalità alla quale deve convergere in maniera coordinata l utilizzo degli strumenti tecnici e legislativi. La componente del Rischio naturale ed in particolare idrogeologico è una delle più attuali e sensibili, in quanto indice immediato della fragilità del territorio e dei sistemi insediati. Sulla base di dati storici disponibili dal 1800 ad oggi è dimostrato che il Piemonte viene colpito da eventi meteorologici calamitosi in settori diversi del suo territorio con ricorrenze medie di un evento ogni due anni. Particolarmente significativo è stato l anno 2002 nel corso del quale si sono susseguiti ben cinque eventi di significativa gravità. Sul territorio regionale si scontrano le masse d'aria continentali provenienti dalla piana del Po, l umidità del Mediterraneo e le correnti atlantiche nordoccidentali responsabili delle varie situazioni meteorologiche. I rilievi inoltre favoriscono la convezione, intensificando le precipitazioni ed agendo come fattori di innesco: ne deriva una grande variabilità del campo delle precipitazioni sia in termini spaziali che quantitativi, alternando periodi di precipitazione di estrema intensità a lunghi periodi di siccità. Nel contesto fisico climatico descritto, vive una popolazione di oltre 4 milioni di abitanti ed insistono importanti infrastrutture e reti di comunicazioni, organizzati in un rapporto con il territorio caratterizzato da uno sviluppo urbanistico spesso indipendente dalla capacità di smaltimento del drenaggio.per tale motivo l impatto delle perturbazioni si trasforma molto frequentemente in catastrofe e conseguentemente il rischio naturale viene di norma percepito come evento anomalo ed eccezionale: anomalo per l eccesso di confidenza nella tecnologia che viene ritenuta in grado di eliminare ogni effetto negativo; eccezionale per la labilità della coscienza individuale e collettiva che non riesce a percepire il rischio di frane ed inondazioni in una prospettiva storica: l assenza o la rimozione delle informazioni sugli eventi analoghi occorsi altrove o nel passato fa si che ogni nuovo evento sia percepito come eccezionale.

2 Non va infine trascurata la differenza di percezione di un evento quando questo sia osservato e giudicato sulla base della sua intensità, misurata da parametri oggettivi, quali la durata delle piogge, la portata dei corsi d acqua, il numero di frane rilevate per chilometro quadrato, ovvero sull entità degli effetti, parametro variabile dipendente dallo stato e dall utilizzo del territorio, dalla funzionalità delle difese, dalla dinamica dei processi. Il programma INTERREG IIC Gestione del Territorio e prevenzione delle inondazioni che ha visto cooperare le strutture tecniche di Francia, Spagna ed Italia, queste ultime coordinate dal Piemonte, nell elaborazione di strumenti comuni per la mitigazione dei rischi e l organizzazione dei sistemi di allertamento presentando i suoi importanti risultati afferma che i rischi naturali che minacciano la vita sembrano paradossalmente aumentare di pari passo con lo sviluppo economico e sociale e quindi in diretta relazione con il benessere ed il progresso culturale raggiunti dalle comunità nazionali, e ribadisce alcuni concetti di fondamentale importanza su cui si è impostata l azione di cooperazione: - gli eventi naturali sono fenomeni ineliminabili che si manifestano ciclicamente con una certa regolarità, con maggiore o minore intensità ma con meccanismi simili tra loro; - gli effetti al suolo sono di norma confrontabili; - il quadro meteoclimatico che genera eventi alluvionali nelle regioni mediterranee Italiane Francesi e Spagnole presenta caratteri comuni. - la variabilità spaziale degli eventi naturali è tale per cui la loro previsione quasi deterministica è del tutto impossibile: occorre associare una previsione stocastica degli effetti al suolo, distinguendo chiaramente tra previsione meteorologica e previsione degli effetti al suolo di quella previsione meteorologica. Su questi presupposti si è sviluppata l azione di prevenzione della Direzione Regionale di Servizi Tecnici di Prevenzione integralmente mutuata in ARPA Piemonte. La riduzione del rischio si può conseguire agendo su due fronti: interventi strutturali orientati alla realizzazione di opere di protezione del reticolo idrografico e dei versanti tramite sistemazioni di tipo localizzato o diffuso e interventi non strutturali incentrati su efficaci sistemi di previsione sorveglianza ed allarme associati ad azioni di manutenzione e di normativa urbanistica. I maggiori sforzi della struttura si sono concentrati sulle misure non stutturali con l obiettivo di minimizzare con la previsione ed il preannuncio gli effetti del rischio naturale in termini di tutela dell integrità della vita umana e dei beni esposti. Scelta comunque inevitabile in quanto le soluzioni strutturali presentano per la necessità di investire notevoli capitali, scale temporali di realizzazione dello stesso ordine di quelle che hanno portato all attuale urbanizzazione delle aree esposte. L introduzione del sistema di allertamento a partire dagli eventi alluvionali del 1994 in Piemonte, unitamente al crescere della conoscenza e sensibilità degli operatori istituzionali e della

3 popolazione, ha portato ad una drastica riduzione del numero delle vittime al verificarsi del grande evento del 2000, paragonabile per dimensioni ed effetti al precedente. Le reti di monitoraggio meteoidrografico ed i sistemi di telerilevamento delle grandezze fisiche all origine dei fenomeni, sono uno strumento fondamentale per la gestione di tali interventi, in quanto consentono di stimare, a partire dalle misure puntuali sia le fluttuazioni temporali del fenomeno nei punti di osservazione, sia di determinare le grandezze non misurabili direttamente quali le medie spaziali, indispensabili per l elaborazione e la messa a punto di modelli di simulazione o di previsione dei fenomeni. Una capillare ed efficiente rete osservativa in grado di acquisire in tempo reale le informazioni necessarie agli strumenti operativi di previsione e controllo dei fenomeni e di ridistribuire con tempestività le elaborazioni prodotte costituisce l aspetto tecnologicamente importante del sistema, sviluppato secondo i due filoni delle reti a terra e del telerilevamento. La rete meteoidrografica regionale in teletrasmissione in tempo reale è configurata in funzione delle specifiche esigenze di rilevamento secondo 4 tipologie funzionali, per un totale di 374 impianti: una maglia di stazioni meteorologiche definisce il quadro sinottico della regione, una maglia più fitta di stazioni termopluviometriche controlla la situazione di ogni bacino montano o collinare di rilievo, una corona di stazioni nivometriche fornisce informazioni sul manto nevoso, le stazioni idrometriche registrano i livelli dei principali corsi d acqua piemontesi: con una densità media di una stazione ogni 100 Km2 la rete meteodrografica copre l intero bacino idrografico piemontese, grazie ai collegamenti in tempo reale con la Valle d Aosta, la Liguria, il Canton Ticino. La modularità della rete di monitoraggio consente di integrare le stazioni meteorologiche classiche con sensori specifici dedicati al monitoraggio di particolari grandezze: l analizzatore di ozono, ad esempio, è in grado di misurarne la concentrazione in aria ambiente e viene installato in quota per rilevare l intrusione di ozono stratosferico in troposfera durante particolari fenomeni atmosferici (es. foehn). Il sistema permette inoltre specializzazioni mirate in occasione di monitoraggi di situazioni particolari, ad esempio il fenomeno del Lago Effimero di Macugnaga ai piedi della parete Est del Monte Rosa. Il sistema di monitoraggio si compone di 2 stazioni meteopluviometriche, una stazione di misura del livello del lago epiglaciale, dotata di due profondimetri, una stazione idrometrica sul T. Anza, 3 postazioni fisse con fotocamera puntata sui ricettori alimentati dal ghiacciaio Belvedere, una centrale di monitoraggio per la visualizzazione dei dati e delle immagini a Macugnaga. Al fine di studiare il ruolo dello scioglimento nivale nella formazione del lago è stato appositamente sviluppato un modello del bilancio energetico del manto nevoso fisicamente basato che riesce a considerare i singoli fenomeni legati alla dinamica della neve alla piccola scala.

4 Il modello così sviluppato è stato impiegato nella simulazione del fenomeno di formazione del lago epiglaciale formatosi nelle estati 2002 e 2003 ed i risultati ottenuti, oltre a testare la validità del modello sulla base delle misure idrometeorologiche disponibili, hanno consentito di analizzare i fattori che hanno causato il fenomeno e quelli che ne hanno influenzato la dinamica. In particolare si è verificata l importanza dello scioglimento della neve accumulatasi durante l inverno ricostruendo le portate di afflusso al lago. Utilizzando poi le misure di livello idrometrico rilevate con continuità, si è provveduto alla stima delle portate defluite a valle del lago. ARPA Piemonte è all avanguardia in campo nazionale per quanto riguarda la dotazione di sistemi di telerilevamento. Presso la Sala Situazioni Rischi Naturali di Torino sono accentrati in tempo reale i dati di due radar meteorologici (Bric della Croce e Monte Settepani), di due sistemi automatici di radiosondaggio atmosferico (Cuneo Levaldigi e Cesana Sansicario), un Wind profiler in area urbana di Torino. Il radar permette il campionamento tridimensionale dei fenomeni meteorologici, quali la stima della precipitazione, la determinazione della natura dell idrometeora (pioggia, neve o grandine), la velocità e direzione del vento, resi in mappe di estrema precisione spaziale. Il profilo di temperatura rilevato dai radiosondaggi mette in evidenza la presenza di fenomeni di inversione termica al suolo (favorevoli alla formazione delle nebbie) e l'altezza dello zero termico (che determina il carattere piovoso o nevoso delle precipitazioni). Dal profilo dell umidità si determina l'altezza e lo spessore dello strato delle nubi e la presenza di condizioni di instabilità dell'atmosfera favorevoli all'innesco di fenomeni convettivi e temporaleschi. Il radiosondaggio, effettuato una volta alla settimana all aeroporto di Cuneo-Levaldigi, consente di eseguire profili verticali dell intensità totale delle radiazioni gamma e beta nella troposfera e nella bassa stratosfera; nel campo della qualità dell aria, la collaborazione avviene come integrazione ed espansione tra la reti di monitoraggio, elaborazione di previsioni meteorologiche finalizzate alla stima della qualità, utilizzo specialistico della modellistica meteorologica a supporto di valutazioni ed elaborazioni chimico-dispersive. Il Wind Profiler è un radar, specializzato per l indagine ad elevata risoluzione dell andamento del campo di vento con la quota: si basa sull effetto Doppler ed è in grado di fornire il profilo verticale della direzione e della velocità del vento orizzontale e della velocità del vento verticale fino ad un altitudine di 3000 metri in aria limpida. E associato ad un radiometro innovativo finalizzato alla rilevazione in remoto del profilo verticale della temperatura dell aria fino ad un altitudine di 1000 metri attraverso misure della radiazione termica a differenti angoli di elevazione. Il sistema ha la caratteristica di essere poco intrusivo, di minimo impatto e di facile installazione, che lo rende idoneo all utilizzo in ambito urbano a differenza di strumenti più tradizionali. Si tratta per entrambi gli strumenti della prima installazione a carattere operativo avvenuta in Italia, accanto ai paesi

5 europei tradizionalmente leader nel settore della qualità dell ambiente (Inghilterra, Olanda, Norvegia). La rete di controllo dei movimenti franosi, estesa su oltre 250 siti attivi in Piemonte, la grande maggioranza riguardante fenomeni la cui evoluzione potrebbe interessare nuclei abitati, si è sviluppata essenzialmente dopo l'evento alluvionale del Circa il 40% dei siti controllati, riguarda frane per scivolamento planare lungo superfici di strato nelle Langhe Cuneesi, la maggior parte delle quali attivatesi durante il citato evento; circa il 20% dei siti, invece, interessa fenomeni franosi sull'arco alpino. L accentramento di misure meteorologiche ed ambientali da reti automatiche e rilevazioni manuali, la digitalizzazione di misure da archivi cartacei, le conseguenti validazioni ed elaborazioni, hanno generato nell anno 2002 oltre misure. I sistemi di osservazione contribuiscono in maniera determinante ad un efficace servizio previsionale. Un autorevole servizio Meteorologico a scala regionale è necessario per legare la previsione agli effetti sul territorio, definire prodotti specialistici per l utenza, fornire tempestivamente assistenza su richiesta, valorizzare la risposta da parte dell utenza; la sua garanzia è data dall autonomia di misure e prodotti modellistica, dalla capacità di interpretazione locale dalla capacità di stringere accordi di ruolo con il Servizio Nazionale e con gli omologhi servizi delle altre regioni. Un esempio è dato dalla partecipazione di ARPA Piemonte al Progetto COSMO (COnsortium for Small-scale MOdelling), in collaborazione con DWD,?HNMS, MeteoSwiss:?UGM, IMGW, ARPA-SMR, AWGeophys, nell ambito del quale il Settore Meteoidrografico è impegnato in attività di ricerca operativa nel campo della validazione del modello, del raffinamento della griglia, dell approfondimento delle componenti relative ai parametri superficiali (umidità del terreno). I servizi idrologici sono finalizzati all espansione della rete idrometrica superficiale ed alla sua gestione idraulica con aggiornamento delle scale di deflusso con misure di portata, alla gestione del modello operativo in tempo reale di previsione delle piene del reticolo idrografico piemontese, allo sviluppo di modellistica idrologica per progetti di ricerca applicata, all implementazione di modelli idraulici per lo studio della propagazione della portata integrabile a modelli di trasporto e dispersione inquinanti. Il sistema di previsione delle portate fluviali consente di prevedere in tempo reale l instaurarsi di condizioni di pericolo nella rete idrografica principale della regione. Le componenti principali del sistema sono due. Il primo modulo riproduce i processi idrologici che influenzano direttamente la trasformazione delle piogge sui versanti in portate idriche defluenti alla rete idrografica: il secondo modulo valuta i fenomeni idraulici che determinano le modalità di propagazione idrodinamica dell onda lungo le aste fluviali di fondovalle e pianura.

6 La modularità del modello consente integrazioni con moduli relativi alla qualità dell acqua quali: la dispersione idrodinamica (Advection dispersion), la Qualità dell acqua (Water Quality), il ciclo ossigeno-azoto-fosforo (Eutrophication), il trasporto metalli pesanti (Heavy Metal), che possono essere implementati su nodi idraulici oggetto di specifiche. Le stime di precipitazione ottenute dall integrazione di misure radar e pluviometriche, sono utilizzate con input per un modello ideologico distribuito fisico, FEST. Il modello è utilizzato per la verifica sia degli afflussi e deflussi sia della propagazione dell onda di piena nel reticolo idrografico. L utilizzo di stime nella modellistica idraulica di precipitazione da radar permette migliori previsione idrologiche in virtù dell elevata risoluzione spaziale e temporale del campo di precipitazione. Poiché è nota la relazione, anche in termini quantitativi, tra la distribuzione temporale di alcuni processi di instabilità e il regime pluviometrico di uno specifico ambito fisico geologico, è stato possibile realizzare, per ora ancora in via sperimentale nell ambito del sistema di allertamento, prodotti a supporto dell individuazione della criticità sui versanti, applicabili a scala regionale, di bacino o a fenomeni puntuali di rilievo. I sistemi di allertamento si basano sulla previsione per ambiti territoriali significativamente omogenei di un probabile scenario prefigurato di evento, nonché dei conseguenti effetti sulla integrità della vita, dei beni, degli insediamenti e dell ambiente. Secondo la più recente definizione adottata dal Dipartimento della protezione civile, il Rischio è la probabilità in una data zona che un evento prefigurato, atteso e/o in atto, nonostante le azioni di contrasto, determini un certo grado di effetti sugli elementi gerarchicamente e quantitativamente stimati ed esposti in tale zona alla pericolosità dell evento stesso. L individuazione di valori di soglia costituisce l indicatore quantitativo dell insorgenza del rischio: per le frane l individuazione delle precipitazioni critiche associate all innesco e quindi la determinazione delle curve di separazione del campo di stabilità da quello di instabilità; per i fenomeni di esondazione, la definizione della portata critica in una prefissata sezione di controllo, e della precipitazione che può generale tale portata critica. Più in generale il livello di rischio viene associato ad un tempo di ritorno. Il tempo di ritorno di una determinata grandezza, rappresenta l intervallo medio di tempo all interno del quale ci si aspetta che il valore venga eguagliato o superato. Se vengono fissati valori troppo alti ne deriva un mancato allarme, se troppo bassi l emissione di un falso allarme. Le conseguenze sono pesanti in entrambi i casi: più grave per il mancato allarme in termini di impatto di un ritardo nell attivazione delle procedure di emergenza e di riduzione dell efficacia delle azioni di salvaguardia; pesante comunque in caso di falso allarme per gli aspetti legati ai costi organizzativi dell attivazione dei livelli di operatività delle strutture di protezione civile e soprattutto per la riduzione dell efficacia del sistema di allertamento.

7 E importante perciò un azione continua di verifica delle tecniche applicate al fine di determinare gli errori sistematici, capirne le cause e trovarne i fattori di miglioramento. Risultati positivi si ottengono solamente con l approccio multidisciplinare alle problematiche in questione. ARPA Piemonte, per gli effetti della Legge 28/2002 si trova in una posizione unica e strategica nel panorama nazionale, integrando tutte le necessarie componenti direttamente impegnate nella definizione del sistema, o fruitrici dei servizi: meteorologia, idrologia, climatologia, nivologia, geologia ed è stata pronta a rispondere ai compiti operativi richiamati dalla nuova organizzazione funzionale del Sistema di Allertamento Nazionale distribuito Statale e regionale per il rischio geologico ed idraulico introdotto dalla legge 267, vera e propria rivoluzione copernicana nella politica di gestione delle emergenze. Essa ruota intorno alla rete dei Centri Funzionali per le finalità di protezione civile, il cui compito è quello di far confluire, concentrare ed integrare tra loro i dati qualitativi e quantitativi rilevati dalle reti meteo-idro-pluviometriche, dalla rete meteo radaristica nazionale, dalle diverse piattaforme satellitari disponibili per l osservazione della terra, i dati territoriali, geologici e geomorfologici le modellazioni meteorologiche, idrologiche, idrogeologiche ed idrauliche, al fine di fornire un servizio continuativo e, se del caso, su tutto l arco delle 24 ore giornaliere, per tutti i giorni dell anno, che sia di supporto alle decisioni, sia delle autorità competenti per le allerte che degli organi territoriali competenti per la gestione dell emergenza. L enorme massa di dati a disposizione e le chiara identificazione degli obiettivi permette di orientare entro binari sicuri la ricerca scientifica verso la definizione da una parte di indicatori oggettivi del rischio e dall altra di tecniche di aggregazione ed elaborazione mirate all efficacia del sistema. Lo sviluppo di un sistema informativo della Pubblica Amministrazione basato su infrastrutture di rete condivise e di servizi che garantiscono una effettiva interoperabilità, come quella offerta dalla RUPAR (Rete Unitaria della Pubblica Amministrazione del Piemonte) alle amministrazioni pubbliche connesse, permette in fase di emergenza l accesso a strumenti di supporto alle decisioni predisposti in una prospettiva regionale non altrimenti raggiungibile per le Amministrazioni Locali. L informazione in tempo reale permette ai vari gestori la possibilità di avvalersi di strumenti di supporto alle decisioni in fase di emergenza: i dati raccolti permettono di programmare le più adeguate politiche di mitigazione del rischio e di sviluppo e gestione del territorio. La distinzione tra rischio naturale ed altre tipologie di rischio non è affatto netta così come sinora è presentata: i fenomeni meteorologici esercitano infatti una notevole influenza sull evoluzione dei rischi antropici, industriali, ambientali e sulle operazioni di contenimento: le rispettive tecniche di previsione, allertamento e monitoraggio possono sicuramente trarre un reciproco vantaggio dal loro confronto e dalla loro sinergia: con il finanziamento europeo (Progetto Quater del programma

8 INTERREG IIIB MEDOCC) è in atto una sperimentazione localizzata su Comuni (Pinerolo e Chivasso) che in maniera importante sono soggetti alle due tipologie di rischio. Il rischio di incendio trova nell assistenza meteorologica un importante supporto alle decisioni operative perla definizione di condizioni favorevoli allo sviluppo ed alla propagazione del fenomeno. Il problema delle elevate temperature, associate a condizioni di elevata umidità e scarsa ventilazione drammaticamente evidenziato nel corso dell estate conclusa ha portato alla definizione di un progetto interno che vede la sperimentazione nell estate 2004 di un sistema di allarme e preallarme che permetta alle strutture sanitarie competenti di adottare misure di prevenzione ed informazione alla popolazione e di gestione degli interventi. Questi esempi dimostrano come l innovazione tecnologica e lo sviluppo delle telecomunicazioni hanno in pochi anni aumentato le possibilità di utilizzo delle rilevazioni ambientali. Infatti tradizionalmente hanno rappresentato uno strumento di tipo prevalentemente conoscitivo in quanto i dati erano disponibili solo in tempo differito, mentre ora la disponibilità in tempo reale consente anche altri usi, finalizzati all intero campo del controllo e della previsione dei fenomeni a supporto della gestione delle emergenze ambientali.