Il Sistema di allertamento di protezione civile: monitoraggio, previsione delle piene e catena di diffusione delle informazioni

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1 PREVENZIONE RIDUZIONE DEL RISCHIO ALLUVIONI E DEL DISSESTO IDROGEOLOGICO: RIORDINO ISTITUZIONALE DELLE COMPETENZE E SOLUZIONI PER LA GESTIONE E IL GOVERNO DELLE ACQUE Il Sistema di allertamento di protezione civile: monitoraggio, previsione delle piene e catena di diffusione delle informazioni Ing. Massimo Valente AIPO Agenzia Interregionale per il Fiume Po massimo.valente@agenziapo.it

2 PIENA FLUVIALE Trasformazione degli afflussi meteorici in deflussi superficiali Un efficace previsione delle piene dipende dalla corretta previsione: dell evento meteorologico forzante (intensità, durata, localizzazione); del processo di trasformazione afflussi-deflussi nei bacini montani; del processo di propagazione della piena lungo le aste fluviali vallive. MODELLI METEOROLOGICI MODELLI IDROLOGICI MODELLI IDRODINAMICI CATENA PREVISIONALE Risposte incerte a causa di: complessità dei fenomeni; bacini piccoli (< 1000 km 2 ) con rapidi tempi di risposta (6-12 ore);

3 Attività di previsione La PROTEZIONE CIVILE nata per il soccorso in emergenza, ha sviluppato negli anni sistemi di previsione e prevenzione dei fenomeni per proteggere la vita dei cittadini e il patrimonio delle comunità Sistema di allertamento nazionale. Al Sistema di allertamento concorrono sia il Dipartimento di Protezione civile sia le Regioni e le Province autonome attraverso la Rete dei Centri funzionali, costituita dai Centri Funzionali decentrati ( uno per Regione) e dal Centro Funzionale centrale ( presso il Dipartimento). Spetta proprio alla rete dei Centri funzionali svolgere quell attività di previsione, monitoraggio e sorveglianza in tempo reale dei fenomeni meteorologici che rende possibile la prefigurazione dei possibili conseguenti scenari di rischio. L allertamento del Sistema di protezione civile, ai vari livelli territoriali, è invece compito e responsabilità dei Presidenti delle Regioni Zone d allerta. Ai fini della previsione e della prevenzione del rischio idrogeologico e idraulico, secondo la direttiva del 27 febbraio 2004, le Regioni hanno suddiviso e/o aggregato i bacini idrografici di propria competenza in zone di allerta, ovvero in ambiti territoriali omogenei per gli effetti idrogeologici e idraulici attesi, a seguito di eventi meteorologici avversi. Soglie e livelli di criticità. Per ciascuna zona di allerta hanno identificato alcuni possibili precursori, o indicatori, del possibile verificarsi di fenomeni di dissesto e ne hanno determinato i valori critici (es. un'intensa precipitazione in grado di provocare smottamenti o frane), in modo da costruire un sistema di soglie di riferimento. A questo sistema di soglie corrispondono degli scenari di rischio, distinti in livelli di criticità crescente: ordinaria (es. smottamenti localizzati, allagamenti di sottopassi, rigurgiti fognari, ma anche fenomeni localizzati critici come piene improvvise e colate rapide); moderata (es. esondazioni ed attivazione di frane e colate in contesti geologici critici); elevata (estese inondazioni e frane diffuse). Livelli di allerta. Sulla base delle valutazioni e dei livelli di criticità dichiarati, al Presidente della Regione compete l allertamento del Sistema di protezione civile locale, secondo determinati livelli di allerta che vengono comunicati anche al Dipartimento della Protezione Civile. I diversi livelli di allerta rappresentano le fasi codificate di attivazione delle strutture che comportano la messa in atto di azioni di prevenzione del rischio e gestione dell emergenza. E al Sindaco che compete l attivazione di quanto previsto nel proprio Piano di protezione civile e, in particolare, l informazione alla popolazione. Al Dipartimento compete l informazione e l allertamento delle componenti statali e delle strutture operative del Servizio nazionale di protezione civile.

4 ZONE DI ALLERTAMENTO della Regione Emilia Romagna H: Pianura di Parma e Piacenza F: Pianura di Modena e Reggio Emilia D: Pianura di Bologna e Ferrara G: Bacini montani di Parma, Taro e Trebbia B: Pianura di Ravenna, Forlì e Cesena E: Bacini montani di Panaro, Secchia ed Enza C: Bacino montano del Reno A: Bacini montani dei Fiumi Romagnoli

5 Sotto la soglia 1: assenza di fenomeni di piena. Livelli idrometrici regolari. Sopra la soglia 1: passaggio di una piena poco significativa. Livelli idrometrici corrispondenti al riempimento dell alveo di magra e generalmente al di sotto del livello naturale del terreno (piano di campagna). Sopra la soglia 2: passaggio di una piena con limitati fenomeni di erosione e trasporto. Livelli idrometrici corrispondenti all occupazione delle aree golenali o di espansione del corso d acqua, con interessamento degli argini e livelli che possono superare il livello naturale del terreno (piano di campagna). Sopra la soglia 3: passaggio di una piena significativa con diffusi fenomeni di erosione e trasporto. Livelli idrometrici corrispondenti all occupazione dell intera sezione fluviale, prossimi ai massimi registrati al margine di sicurezza dell argine (franco arginale).

6 Soglie e livelli di criticità

7 Valutazione della criticità idraulica FASE DI PREVISIONE (24-36 ore di anticipo rispetto all evento meteo-idrologico previsto) BOLLETTINO METEO GIORNALIERO ANALISI DELL EVENTO METEO PREVISTO AVVISO METEO piogge elevate/ molto elevate ANALISI DEI DATI IDROLOGICI OSSERVATI PREVISIONE DEGLI EFFETTI AL SUOLO VALUTAZIONE DEL LIVELLO DI CRITICITA ATTESO BOLLETTINO DI VIGILANZA IDROGEOLOGICA AVVISO DI CRITICITA

8 Valutazione della criticità idraulica FASE DI MONITORAGGIO (al manifestarsi dell evento meteorologico che genera criticità) ANALISI DELL EVENTO METEO IN CORSO ANALISI DEI DATI OSSERVATI IN TELEMISURA VALUTAZIONE DEL LIVELLO DI CRITICITA IDRAULICA IN ATTO PREVISIONE DEGLI EFFETTI AL SUOLO BOLLETTINO DI MONITORAGGIO

9 Gli avvisi di Criticità e le allerte di Protezione Civile in Emilia Romagna Centro Funzionale ARPA-SIM Servizio IdroMeteorologico di Avviso meteo Più Valutazione degli impatti al suolo Agenzia Protezione Civile Adotta gli avvisi di Criticità emanati dal CFRER e definisce gli stati di allerta Avviso di Criticità meteoidro-geologica Prefetture, Sindaci, Mass-media, Popolazione

10 94 L evento del 6-7 novembre 94 colpì in maniera devastante il bacino del Tanaro. L allora Magistrato per il Po non aveva una vera e propria rete di misura distribuita sull intero bacino, esistevano soltanto alcune stazioni teleidrometriche alla chiusura dei principali sottobacini e meno di una decina di stazioni sull asta principale. Non vi era alcuna possibilità di previsione se non quella, basata sull esperienza nel solo tratto di valle dell asta principale. Gli strumenti di diffusione erano:

11 2000 L evento del ottobre 2000 colpì principalmente gli affluenti alpini del Po ed ebbe effetti rilevanti sull asta principale, dove in diverse sezioni raggiunse e superò i massimi livelli conosciuti. Nel frattempo il Magistrato per il Po e le Regioni avevano sviluppato ed ampliato le proprie reti di monitoraggio, tant è che la situazione del rilevamento in tempo reale era già radicalmente cambiata rispetto al 94. Tutti gli Uffici Magispo erano dotati del sistema Marte

12 Il Sistema MARTE PLUVIOMETRI (non attivo= non piove) (attivo= piove) SOGLIE DI ATTENZIONE IDROMETRI < LIVELLO 0 > LIVELLO 1 > LIVELLO 2 NON ATTIVO 12

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16 2000 Il sistema di previsione Efforts (Todini 1992) Previsione a 36 ore Nella sua versione originale, raccoglieva i dati di 22 stazioni idrometriche, e su 9 effettuava una previsione di livello, da Ponte Becca fino a Pontelagoscuro Valenza Casale Monferrato Piacenza Becca Boretto Cremona Borgoforte Revere Pontelagoscuro 16

17 2000 Il sistema Efforts dava previsioni attendibili in tempi utili soltanto per le stazioni di valle e siccome nessuno l aveva mai testato in maniera significativa, venne validato soltanto a posteriori. Si tentarono previsioni modellistiche sull asta principale dando maggiore fiducia a modelli di propagazione realizzati per la pianificazione (P.A.I.). I risultati non furono del tutto soddisfacenti. 17

18 2000 Durante la piena le previsioni e le conseguenti azioni sull asta principale continuarono a basarsi soprattutto sull esperienza dei tecnici, sui livelli registrati agli idrometri e sul preannuncio dei colleghi di monte. 18

19 2000 Polesine Parmense (PR) ottobre

20 dal 2000 ad oggi Dir.P.C.M. 27 febb. 2004: Indirizzi operativi per la gestione organizzativa e funzionale del sistema di allertamento nazionale e regionale per il rischio idrogeologico ed idraulico ai fini di protezione civile Nasce la rete dei Centri Funzionali Nasce l esigenza di condividere i dati: la RETE FIDUCIARIA Nasce l esigenza di un sistema di previsione di piena a livello di bacino 20

21 dal 2000 ad oggi Un accordo nazionale ed interregionale tra le pubbliche amministrazioni Dipartimento della Protezione Civile Autorità di Bacino del fiume Po Agenzia Interregionale per il fiume Po Regione Emilia-Romagna Regione Lombardia Regione Piemonte Regione Valle d Aosta Regione Veneto 21

22 dal 2000 ad oggi Gli obiettivi del progetto Sviluppare un adeguato sistema di modellistica per la pianificazione e la gestione; Sviluppare un adeguato sistema di previsione nelle applicazioni in tempo reale; Sostenere l organizzazione in anticipo del servizio di piena e di tutte le azioni di difesa del suolo, incluse le misure di protezione civile per la gestione delle emergenze. 22

23 dal 2000 ad oggi Un sistema di modellistica delle piene del fiume Po Definizione dei dati idrologici osservati dalla rete di monitoraggio; Definizione delle chiusure di bacino alle quali i centri Funzionali trasmetteranno i risultati della loro modellistica; Dettaglio della schematizzazione geometrica per la propagazione delle piene; Analisi della frequenza di acquisizione dei dati; Realizzazione di un certo numero di catene di modellistica previsionale; Calibrazione e validazione dei sistemi di modellistica; Assimilazione dei dati in tempo reale; Realizzazione delle interfacce utente; Realizzazione di strumenti per la simulazione di scenari di possibili azioni; Realizzazione di un sistema di output: fax, sms, web,... 23

24 Il sistema FEWS - Po - Flood Early Warning Sistem - 24

25 From deterministic to probabilistic forecasting: Ensemble Prediction System (EPS-LEPS) Weather forecast Dim 2 One input Forecasting System Possible evolution scenarios One output BUT: Flood forecast atmosphere is a chaotic system Initial conditions Dim 1 small errors in initial conditions (different states of the atmosphere) and numerical forecast model uncertainties can lead to different results

26 Le catene modellistiche PRECIPITAZIONI TEMPERATURE LIVELLI/PORTATE MODELLI METEOROLOGICI Osservati/Telemisura LM/Ensemble VALIDAZIONE, INTERPOLAZIONE E TRANSFORMAZIONE DATI Prima catena Seconda catena Terza catena HEC-HMS DHI-NAM TOPKAPI Catena configurabile dall utente HMS/NAM/TOPKAPI Modello idrologico HEC-RAS DHI M11 SOBEK RAS/MIKE11/SOBEK Modello idraulico

27 I modelli idrologici HEC HMS (SMA model, Bennett, 1985) DHI NAM (NAM model, S.A. Nielsen and E. Hansen, 1973) TOPKAPI (TOPKAPI model, Todini 1995)

28 I modelli idrodinamici HEC RAS (Preissmann Chen, 1975) DHI M11 (Abbott Ionescu, 1967) Deltares Sobek (Delft scheme)

29 Rete osservativa Giornalmente il sistema acquisisce una serie di dati dalla rete osservativa Rete di monitoraggio : 863 Idrometri (blu) 1082 Pluviometri (verde) 167 Nivometri (verde) 870 Termometri (verde) 193 Dighe RID (violetto)

30 Dati in telemetria Piogge Temperature Livelli Piogge Temperature Livelli Dati previsionali

31 Le previsioni meteorologiche LAMI (local model) COSMO (ensamble)

32 Condizioni al contorno Livelli mare (modello mare ADRIA-ROMS)

33 Modellazione laghi e grandi invasi Definizione di comportamenti standard di manovra in funzione del periodo e del livello (estivo-invernale) Figura 8 - Dati di misura di livello e portata in uscita dal Lago di Como e relazioni adottate nel modello numerico.

34 Modellazione laghi e grandi invasi Confronto tra la serie di portata rilasciata dal Lago di Como media giornaliera (colore verde) e la serie simulata (colore blu)

35 Modello quasi 2D Modellazione golene

36 Analisi di strutture complesse RULES OPERATION 'livello monte' = Cross Sections:WS Elevation(Po,Serafini Adda, ,Value at previous time step) 'portata monte' = Cross Sections:Flow(Po,Trebbia Nure, ,Value at previous time step) 'gate-1' = Inline Structures:Gate.Opening(Po,Serafini Adda,298100,Gate #1,Value at previous time step) 'gate-2' = Inline Structures:Gate.Opening(Po,Serafini Adda,298100,Gate #2,Value at previous time step) If ('livello monte' > 41.05) And ('livello monte' <= 41.1) Then Gate.Opening = 1.1 * 'gate-1' Gate.Opening = 1.1 * 'gate-2' ElseIf ('livello monte' > 41.1) And ('livello monte' <= 41.2) Then Gate.Opening = 1.2 * 'gate-1' Gate.Opening = 1.2 * 'gate-2' ElseIf ('livello monte' > 41.2) Then Gate.Opening = 1.5 * 'gate-1' Gate.Opening = 1.5 * 'gate-2' End If If ('livello monte' < 40.95) And ('livello monte' >= 40.9) Then Gate.Opening = 0.9 * 'gate-1' Gate.Opening = 0.9 * 'gate-2' ElseIf ('livello monte' < 40.9) And ('livello monte' >= 40.8) Then Gate.Opening = 0.8 * 'gate-1' Gate.Opening = 0.8 * 'gate-2' ElseIf ('livello monte' < 40.8) Then Gate.Opening = 0.7 * 'gate-1' Gate.Opening = 0.7 * 'gate-2' End If If ('portata monte' > 5500) Then Gate.Opening = 8 Gate.Opening = 6.5 End If

37 Modello Po: alcuni numeri ~400 bacini idrologici ~400 rami ~120 corsi d acqua ~250 strutture ~50 control structure ~11380 sezioni

38 La catena previsionale Run storico (1 al giorno) Run previsionale (ogni 180 min) Run previsionale custom Stato idrologico/idraulico T Storico Previsionale

39 Output modellistica Livelli e portate sezioni strumentate Performance indicators (BIAS,MAE,RMSE,MSE,NS ) Post elaborazioni (assimilazione, modelli ARMA ecc.)

40 The FEWSPo System: HARDWARE 16 Servers (multi processor 4 GB ram each) A total of more than 140 CPU cores 3 TB Storage

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44 Applicazioni della previsione sul territorio Programmazione delle azioni di vigilanza e stima del livello di sicurezza locale Programmazione di azioni tumultuarie Gestione dinamica delle opere manovrabili

45 LA GESTIONE - AREE A RISCHIO IN PIENA AZIONI PREVENTIVE E "TUMULTUARIE" IN CORSO D EVENTO Susa Lungodora Abegg: posa Big-Bags Bags Nov Dora Riparia a Susa Ripristino sezione di deflusso confluenza Cenischia - p.te Briancon

46 LA GESTIONE ATTIVA DELL ONDA DI PIENA LAMINAZIONE CONTROLLATA: CASSE D ESPANSIONE REGOLABILI Q uscita (senza manovre) 400 Q uscita (con manovre) 350 Q ingresso Effetto della manovra in piena P o rta ta (m 3 /s ) /0 1 / /0 1 / GESTIONE DINAMICA DELL ONDA DI PIENA: Cassa del Parma - loc. Marano (PR) 2 1 /0 1 / /0 1 / /0 1 / /0 1 / /0 1 / /0 1 / /0 1 / /0 1 / /0 1 / /0 1 / Andamento delle portate entranti ed uscenti dalla cassa di espansione durante l evento del gennaio 2009 (Prof. Ing. Paolo Mignosa)

47 Grazie per l attenzione Ing. Massimo Valente AIPO Agenzia Interregionale per il Fiume Po massimo.valente@agenziapo.it