RICHIESTA DI ATTRIBUZIONE DI UN ASSEGNO DI COLLABORAZIONE ALLA RICERCA. - Richiesta di nuovo assegno di ricerca -

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1 RICHIESTA DI ATTRIBUZIONE DI UN ASSEGNO DI COLLABORAZIONE ALLA RICERCA - Richiesta di nuovo assegno di ricerca - ANALISI DELLE DINAMICHE EVOLUTIVE DEL RISCHIO ALLUVIONALE E PREDISPOSIZIONE DI METODOLOGIE A DIVERSA COMPLESSITÀ PER LA VALUTAZIONE E MITIGAZIONE DEL RISCHIO RESIDUALE A LARGA SCALA Descrizione del Progetto di Ricerca: A seguito dei frequenti eventi alluvionali registrati negli anni recenti sul suolo Nazionale (v. ad esempio la rotta del Fiume Secchia nei pressi di Modena, del gennaio 2014; l alluvione in Sardegna, dell ottobre 2013; ecc.), ed in Europa (v. ad es. Germania e Repubblica Ceca, nel 2013; Regno Unito, nel 2014), è sempre più diffusa la percezione che la frequenza di accadimento con la quale si registrano eventi idrologici di elevata intensità stia crescendo; ciò trova, almeno in parte, conferma nel continuo aumento dei danni economici attribuibili a tali eventi. In tale contesto, i cambiamenti climatici sono spesso identificati come i principali responsabili. Sebbene la comunità scientifica dedichi particolare attenzione alla problematica dell evoluzione del clima e ad i suoi possibili effetti sui processi idrologici, negli ultimi anni si è consolidata una chiara consapevolezza della complessità degli elementi che concorrono alla determinazione del rischio idraulico, focalizzando l attenzione sull interazione esistente tra fattori di diversa natura: elementi di natura idrologico-idraulica (c.d. variazione di frequenza di eventi estremi, vulnerabilità delle strutture difensive, ecc.) ed effetti di natura antropica (c.d. variazione dell esposizione e vulnerabilità delle aree a rischio, levee effect, ecc.). In tale ottica, le modifiche intervenute nel rischio idraulico non appaiono quindi esclusivamente imputabile ad eventuali cambiamenti climatici in atto, bensì ad una pluralità di fattori solamente in parte legati alle sollecitazioni di natura climatico-idrologica. Il Progetto di Ricerca proposto intende pertanto focalizzare la propria attenzione su alcuni dei principali elementi costituenti quella che viene comunemente identificata in ambito scientifico come la catena del rischio : dalle definizione degli eventi meteorologici di particolare intensità ( hazard sources ; i.e. eventi meteorici di breve durata ed elevata intensità, variazioni nel regime di frequenza dei massimi di precipitazioni, ecc.) alla definizione del danno atteso nelle aree allagabili (i.e. vulnerabilità ed esposizione delle aree a rischio), attraverso la valutazione delle dinamiche di propagazione delle acque lungo i principali corsi idrici (i.e. laminazione e gestione delle piene intense, stabilità dei sistemi difensivi, etc.). Ne consegue che la valutazione globale del rischio idraulico, nonché la messa a punto di idonee ed efficaci misure di tutela

2 e mitigazione del rischio idraulico, non possono prescindere dalla valutazione dei legami esistenti tra tali elementi nella scala spazio-temporale di interesse. Partendo da tale consapevolezza, e facendo riferimento ad una specifica area di studio, il progetto di ricerca proposto analizzerà l evoluzione del rischio idraulico da diversi punti di vista, indagando i diversi elementi concorrenti alla sua definizione, e predisponendo strumenti e metodologie idonee alla valutazione e mitigazione del rischio stesso. Piano delle attività: Con riferimento alla catena del rischio precedentemente definita, le indagini condotte nell ambito del presente progetto di ricerca si concentreranno sulla valutazione delle seguenti tematiche: 1) analisi della variabilità temporale delle serie storiche di variabili idrologiche (ad es. serie storiche delle portate di picco); 2) predisposizione di modellistica numerico-idraulica semplificata (i.e. modelli quasi-2d) per la valutazione della pericolosità idraulica connessa ad eventi di piena particolarmente intensi, idonea ad essere applicata a larga scala spaziale (e.g. intera asta principale del fiume Po); 3) identificazione di criteri a diversa complessità per la valutazione dell esposizione e della vulnerabilità idraulica delle aree a rischio. Le attività di ricerca si concentreranno in prevalenza sull area di studio rappresentata dal bacino del fiume Po (estensione totale pari a circa km 2 ), focalizzando l attenzione sull asta fluviale principale (avente un estensione pari a circa 350 km, da Isola S. Antonio a Pontelagoscuro) e sulle aree potenzialmente allagabili (i.e. Fascia C ). Con riferimento al punto (1), si indagherà la presenza di segnali rappresentativi dei cambiamenti climatici sui regimi di frequenza delle portate, valutando la presenza o meno di pattern regionali di evoluzione delle sollecitazioni idrologiche. Disponendo delle serie storiche delle portate idriche registrate lungo l asta principale del fiume Po (e.g. in alcune stazioni strumentate la disponibilità dei dati si estende ad un periodo superiore a 90 anni) si procederà all applicazione di test statistici (i.e. Mann-Kendall test) per la valutazione di eventuali trend significativi. In merito al punto (2), le attività saranno indirizzate alla messa a punto di modelli idraulici semplificati (come ad es. modelli quasi-2d o modelli accoppiati 1D-2D), che, a differenza di modelli più complessi come i modelli 2D per i quali si dispone comunque si una larga esperienza pregressa, sono applicabili per valutazioni a larga scala delle dinamiche di deflusso di eventi estremi. La disponibilità di tali strumenti renderà possibile l identificazione delle aree maggiormente a rischio, specie nel caso di eventi di piena particolarmente intensi (i.e. nel caso di eventi associati a tempi di ritorno maggiori rispetto a quello adottato per il dimensionamento dei sistemi difensivi), per i quali l attuale sistema arginale può rivelarsi non più sufficiente. Il rischio idraulico associato a tali scenari, detto residuale in quanto connesso al cedimento o

3 all insufficienza, e quindi all inefficacia, delle misure di protezione, rappresenta una componente tutt altro che trascurabile del rischio idraulico, specie considerando la natura prevalentemente urbanizzata di molte delle aree esterne alle arginature. La valutazione dell esposizione e della vulnerabilità delle aree allagabili, punto (3), verrà condotta predisponendo apposite indagini a diverso grado di dettaglio. Con riferimento ad aree di rilevante interesse economico-sociale (e.g. aree urbane poste in prossimità del corso d acqua) si procederà dapprima ad una valutazione dettagliata dei beni esposti e dei danni attesi in caso di allagamento. Tale indagine verrà condotta mediante l analisi di dettaglio dell uso del suolo (e.g. database delle aree edificate), e della tipologia degli immobili presenti (ad es. mediante informazioni di natura catastale). Qualora possibile, la quantificazione del danno atteso verrà effettuata predisponendo curve di danno identificate sulla scorta dei danni storici registrati nelle aree di studio (i.e. zone recentemente colpite da allagamenti per le quali siano disponibili informazioni sui danni realmente registrati), oppure facendo ricorso a curve di danno di letteratura. I risultati di tali valutazioni saranno infine confrontati con le indicazioni emergenti da approcci più semplificati basati sull utilizzo di mappe globali di uso del suolo a minor risoluzione (i.e. Corine Land Cover) e strumenti GIS opportunamente predisposti (i.e. curve ipsometriche delle aree urbane o industriali). La predisposizione di tali strumenti semplificati, unitamente alla disponibilità di modelli numerici applicabili a larga scala (punto 2), renderà possibile la valutazione del danno complessivamente atteso lungo il corso d acqua nel caso di eventi particolarmente intensi, consentendo così la comparazione dei benefici attesi dall implementazione di possibili interventi di mitigazione del rischio idraulico. Nel complesso delle tematiche sopra riportate, i risultati delle attività di ricerca condotte porteranno ad un ampliamento del grado di conoscenza dei fattori concorrenti alla definizione del rischio idraulico lungo il tratto medio-inferiore del fiume Po e alla predisposizione di metodologie a diverso grado di complessità facilmente adottabili per analisi a grande scala anche in riferimento ad altri corsi idrici. Elenco delle pubblicazioni del proponente negli ultimi anni 1. Domeneghetti A., S. Gandolfi, A. Castellarin, L. Brandimarte, G. Di Baldassarre, M. Barbarella, A. Brath. Flood risk mitigation in developing countries: deriving accurate topographic data for remote areas under severe time and economic constraints. Journal of Flood Risk Management, 2014, doi: /jfr (in press). 2. Domeneghetti A., S. Vorogushyn, A. Castellarin, B. Merz, A. Brath. Probabilistic flood-hazard mapping: effects of uncertain boundary conditions. Hydrol. Earth Syst. Sci., 17, , 2013; doi: /hess , Brath A., A. Domeneghetti. Metodi di valutazione delle mappe di pericolosità e di rischio di alluvioni. L Acqua, 5/6, pp , Gandolfi S., A. Castellarin, M. Barbarella, A. Brath, A. Domeneghetti, L. Brandimarte, G. Di Baldassarre, Rio Soliette (Haiti, Dominican Rep.): an international initiative for flood-hazard assessment and mitigation. The International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences, Volume XL-5/W3, 2013, The Role of Geomatics in Hydrogeological Risk, February 2013, Padua, Italy, doi: /isprsarchives-xl-5-w , 2013.

4 5. Domeneghetti A., A. Castellarin, A. Brath. Assessing rating-curve uncertainty and its effects on hydraulic model calibration. Hydrol. Earth Syst. Sci., 16, , 2012; doi: /hess , Domeneghetti, A., S. Vorogushyn, A. Castellarin, B. Merz, A. Brath, Effetti dell'incertezza delle condizioni al contorno sulla mappatura della pericolosità idraulica. Atti del XXXIII Convegno Nazionale di Idraulica e Costruzioni Idrauliche, Brescia, Settembre 2012 (pp. 1a a ), ISBN: COSENZA: EdiBios (ITALY), Castellarin A., A. Domeneghetti, A. Brath, Strategie di intervento per la gestione del rischio alluvionale residuale lungo l'asta principale del Fiume Po. Atti del XXXIII Convegno Nazionale di Idraulica e Costruzioni Idrauliche, Brescia, Settembre 2012, (pp. 1a a ), ISBN: COSENZA: EdiBios (ITALY), Toth, E., A. Brath, Classificazione dei bacini in base alle caratteristiche delle serie idrometriche e pluviometriche per l applicazione a sezioni non strumentate, Atti del XXXIII Convegno Nazionale di Idraulica e Costruzioni Idrauliche, Brescia, Settembre 2012, ISBN: COSENZA: EdiBios (ITALY), Castellarin A., A. Domeneghetti, A. Brath. Identifying robust large-scale flood risk mitigation strategies: a quasi-2d hydraulic model as a tool for the po river. Physics and Chemistry of the Earth, Volume 36, Issues 7-8, pp , Brath A., A. Castellarin, G. Di Baldassarre, A. Domeneghetti, Linee strategiche di intervento per la mitigazione del rischio alluvionale lungo il corso medio-inferiore del Fiume Po. L'ACQUA, vol. 2; p. 9-24, ISSN: , Castellarin, A., G. Di Baldassarre, A. Brath. Floodplain management strategies for flood attenuation in the River Po, River Research and Applications, doi: /rra.1405, Domeneghetti, A., A. Castellarin, A. Brath. Incertezza delle scale di deflusso ed effetti nella calibrazione dei modelli numerico idraulici. Atti del XXXII Convegno Nazionale di Idraulica e Costruzioni Idrauliche, Palermo, Settembre 2010, Walter Farina Editore, ISBN , Castellarin A., G. Di Baldassarre, P.D. Bates, A. Brath, Optimal cross-section spacing in Preissmann scheme 1D hydrodynamic models. Journal of Hydraulic Engineering, vol. 135(2); p , ISSN: , Di Baldassarre G., A. Castellarin, A. Montanari, A. Brath, Probability-weighted hazard maps for comparing different flood risk management strategies: a case study. Natural Hazards, vol. 50 (3); p , ISSN: X, Di Baldassarre G., A. Castellarin, A. Brath, Analysis of the effects of levee heightening on flood propagation: example of the River Po, Italy. Hydrological Sciences Journal, vol. 54(6); p , ISSN: , Di Baldassarre G., A. Castellarin, A. Brath, La descrizione topografica dell'alveo nella modellistica idraulica monodimensionale. L'acqua, vol. 4; p. 9-19, ISSN: , Castellarin A., D. H. Burn, A. Brath, Homogeneity testing: how homogeneous do heterogeneous crosscorrelated regions seem? Journal of Hydrology, vol. 360; p , issn: , Brath, A., G. Di Baldassarre, Uso della topografia laser scanning e di immagini ASAR nella modellistica bidimensionale dei fenomeni di inondazione fluviale, L Acqua, Vol. 1, 11-22, ISSN: , Castellarin, A., G. Camorani e A. Brath, Predicting Annual and Long-Term Flow-Duration Curves in Ungauged Basins. Advances in Water Resources. vol. 30/4, pp ISSN: , Horritt M., G. Di Baldassarre, P. Bates and A. Brath, Comparing the performance of 2-D finite element and finite volume models of floodplain inundation using airborne SAR imagery, Hydrological Processes, 21, , Brath A., A. Montanari, G. Moretti, Assessing the effect on flood frequency of land use change via hydrological simulation (with uncertainty). Journal of Hydrology, vol. 324, pp ISSN: , Brath, A. e G. Di Baldassarre, Modelli matematici per l analisi della sicurezza idraulica del territorio. L'Acqua. vol. 6, pp ISSN: , Brath, A., Le piene fluviali oggi: alcune riflessioni. L'Acqua. vol. 3, pp ISSN: , Brath, A. e G. Di Baldassarre, Modellistica di allagamento: effetti del grado di dettaglio dell informazione topografica nella simulazione numerica bidimensionale, L Acqua, vol. 1, 25-30, Toth, E. e A. Brath, Affidabilità dei modelli per il preannuncio idrologico: effetti dell'anticipo temporale e dei dati di calibrazione. XXX Convegno di Idraulica e Costruzioni Idrauliche (Roma settembre 2006, Atti). XXX Convegno di Idraulica e Costruzioni Idrauliche. Roma. Roma settembre (pp. 14). ISBN: X. ROMA: Casa Editrice Università la Sapienza (ITALY), Di Baldassarre, G., A. Brath, P.D. Bates e M.S. Horritt, Mappatura ASAR delle aree inondate per la calibrazione e la verifica dei modelli bidimensionali di allagamento. XXX Convegno di Idraulica e Costruzioni Idrauliche (Roma settembre 2006, Atti). XXX Convegno di Idraulica e Costruzioni

5 Idrauliche. Roma settembre ISBN: ROMA: Casa Editrice Università la Sapienza (ITALY), Di Baldassarre G., A. Castellarin e A. Brath, Relationships between statistics of rainfall extremes and mean annual precipitation: an application for design storm in northern central Italy. Hydrology and Earth System Sciences. vol. 10, pp ISSN: , Di Baldassarre G., A. Castellarin, A. Brath, P.D. Bates e M.S. Horritt, Modellistica idraulica monodimensionale: alcune considerazioni applicative sul grado di dettaglio ottimale della descrizione topografica. XXX Convegno di Idraulica e Costruzioni Idrauliche (Roma settembre 2006, Atti). XXX Convegno di Idraulica e Costruzioni Idrauliche. Roma settembre ISBN: X. ROMA: Casa Editrice Università la Sapienza (ITALY), Di Baldassarre, G. A. Brath e A. Montanari, Reliability of different depth-duration-frequency equations for estimating short-duration design storms. Water Resources Research. vol. 42, pp. doi: , ISSN: , Brath, A. e G. Di Baldassarre, Modelli numerici bidimensionali di allagamento: effetti del grado di dettaglio dell informazione topografica, Atti del XXIX Convegno di Idraulica e Costruzioni Idrauliche, Trento 7-10 settembre 2004, Vol. 3, pag Brath, A. Castellarin, G. Di Baldassarre e G. Galeati, Legame sperimentale tra piovosità annuale e regime di frequenza degli estremi di precipitazione: applicazione alla stima della pioggia di progetto, L Acqua, Vol. 3, 9-22, Montanari, A. e Brath, A., A stochastic approach for assessing the uncertainty of rainfall-runoff simulations. Water Resour. Res., 40(1), doi: /2003wr002540, Brath A., Montanari A., Toth E., Analysis of the effects of different scenarios of historical data availability on the calibration of a spatially-distributed hydrological model. Journal of Hydrology. Vol. 291, pp ISSN: , Castellarin, A., Galeati, G., Brandimarte, L., Brath, A. e Montanari, A., Regional flow-duration curve: reliability for ungauged basins, Advances in Water Resources, Vol. 27(10), pp , Brath, A. e Montanari, A., Sensitivity of the peak flows to the spatial variability of the soil infiltration capacity for different climatic scenarios, Physics and Chemistry of the Earth, 28, , Maione, U., Brath, A. e P. Mignosa (eds.), La Progettazione di opere idrauliche in zona montana, Atti del Corso di aggiornamento 7-11 ottobre 2002 Politecnico di Milano, Edi. BIOS, Brath, A., Castellarin, A. e A. Montanari, Stima della vulnerabilità dei versanti all erosione ed analisi degli effetti antropici, in Maione, U., Brath, A. e P. Mignosa (eds.), La Progettazione di opere idrauliche in zona montana, Atti del Corso di aggiornamento 7-11 ottobre 2002 Politecnico di Milano, Edi. BIOS, 51-68, Brandimarte, L., Brath, A.,e Montanari, A., Modelli interpretativi dei fenomeni di erosione in alveo in corrispondenza di attraversamenti fluviali, in Maione, U., Brath, A. e P. Mignosa (eds.), La Progettazione di opere idrauliche in zona montana, Atti del Corso di aggiornamento 7-11 ottobre 2002 Politecnico di Milano, Edi. BIOS, 25-50, Brath, A., Castellarin, A. e A. Montanari, Assessing the reliability of regional depth-duration-frequency equations for gaged and ungaged sites, Water Resour. Res., 39(12), 1367, doi: /2003wr002399, Brath, A., Montanari, A. e Moretti, G., Assessing the effects on flood risk of land-use changes in the last five decades: an Italian case study, IAHS Publication n 278, IAHS Press, Olanda, Castellarin, A. e A. Brath, Descriptive capability of seasonality indicators for regional frequency analyses of flood and rainfall, Proceedings of the International Conference on Flood Estimation, Berna (Svizzera), 6 8 Marzo 2002, Rep. II-17, , CHR/KHR, Lelystad (NL), Brath, A., Castellarin, A. e A. Montanari, Regional rainfall depth-duration-frequency relationships for northern-central Italy, in Deidda R., Mugnai, A. e F. Siccardi (eds.), Mediterranean Storms - 3rd Plinius Conference 2001, Baja Sardinia (Italy), , Edi. BIOS, Brath, A., Castellarin, A. e A. Montanari, Assessing the effects of land-use changes on annual average soil losses, Hydrology and Earth System Sciences HESS, 6(2), , Brath, A., Montanari, A., e Toth, E., Neural networks and non-parametric methods for improving real-time flood forecasting through conceptual hydrlogical models, Hydrology and Earth System Sciences HESS, 6(4), , Castellarin, A. e A. Brath, Tecniche di perfezionamento delle stime regionali del rischio pluviometrico, atti del XXVIII Convegno di Idraulica e Costruzioni Idrauliche, Potenza settembre 2002, I, , Edi. BIOS, Maione, U., Brath, A. e P. Mignosa (eds.), La difesa idraulica delle aree urbane, Atti del Corso di aggiornamento 1-5 ottobre 2001, Edi. BIOS, Toth, E., Brath, A., Montanari, A., Porcù, F. e Prodi, F., Use of satellite derived rainfall maps as input to distributed rainfall-runoff models, in Deidda R., Mugnai, A. e F. Siccardi (eds.), Mediterranean Storms - 3rd Plinius Conference 2001, Baja Sardinia (Italy), Ottobre 2001, , Publ. GNDCI n. 2560, 2002.

6 48. Brath, A., Montanari, A. e Alfì, A., Studio su modello fisico del nuovo attraversamento autostradale del Fiume Reno, Ingegneri Architetti Costruttori (INARCOS), 4, , 2002.