Rischio Idraulico

Rischio Idraulico
Fabrizio Savi
Università degli Studi
“La Sapienza”, Roma
Scuola in Ingegneria dell’Emergenza
Martedi 15/06/2004
Rischio Idraulico
Il Danno D causato da evento di piena, è definito come:
D=EV
Rt = E(Dt)= E(EV) E(Nt) = E V t/T
Il Rischio Idraulico risulta dal prodotto di tre fattori
R = P ·E ·V
∞
EADi = ∫ Dp(D )dD
0
P: Pericolosità della situazione idraulica
Frequenza (probabilità) delle inondazioni
E: Valore degli elementi a rischio
Importanza sociale ed economica dei
beni e delle attività minacciate e numero
delle persone in pericolo
V: Vulnerabilità degli elementi a rischio
Dipende dalla capacità di difesa degli
elementi a rischio e alla violenza del
fenomeno calamitoso
Federal Emergency Management Agency
L’interazione tra il pianificatore e l’ingegnere è regolata da tempo in vari paesi.
Negli Stati Uniti, ad esempio, fin dal 1968 il Congresso approvò il National Flood
Insurance Act che prevede dapprima l’identificazione delle aree potenzialmente
inondabili e, successivamente, la redazione delle mappe delle aree a rischio
d’inondazione, Flood Boundary and Floodway Maps e Flood Insurance Study
Reports, che sono il supporto per atti amministrativi quali la determinazione dei
premi assicurativi.
La floodway è costituita dal letto inciso e da quella parte delle rive del corso
d’acqua che deve essere lasciata sufficientemente libera per consentire il deflusso
della piena di riferimento (al solito centenaria) senza aumento del livello del pelo
libero oltre il limite prefissato (al solito 30 cm)
La floodway fringe è la striscia di terreno compresa tra il limite della floodway e il
contorno della piana inondabile
Se la corrente è in regime supercritico la regola precedente per la determinazione
della floodway sarà applicata alla linea dei carichi totali invece che al pelo libero
Federal Emergency Management Agency
FLOODWAY
o CANALE DI PIENA
restringimento
consentito
floodway
30 cm
restringimento
consentito
Rischio Idraulico
PIANO DI DIFESA DALLE INONDAZIONI
1. Previsione del rischio
Mappatura delle aree inondabili
• Livello 1
• Livello 2
• Livello 3
Catalogo degli elementi a rischio
Classificazione delle aree a rischio
2. Programmazione degli interventi
STRUTTURALI
NON STRUTTURALI
Sistemazioni
Limitazioni d’uso
Piani di emergenza
Manutenzione
Vincoli,prescrizioni
Previsione rischio
e scenari di evento
Ripristino
Coordinamento tra
strumenti di piano
Norme tecniche
Vigilanza
Allerta
Allarme
SERVIZIO DI
VIGILANZA
Rete di monitoraggio
Modelli di preannuncio
SERVIZIO DI
PIENA
Aree inondabili
CLASSIFICAZIONE DELLE AREE INONDABILI
• a elevata probabilità di inondazione (o di pertinenza fluviale)
sommerse con tempo di ritorno T < T1
• a media probabilità di inondazione, con tempo di ritorno T1 ≤ T < T2
• a bassa probabilità di inondazione, con tempo di ritorno T2 ≤ T < T3
• inondabili con estrema rarità, con T3 ≤ T
TEMPO DI RITORNO di una portata di piena Q0
numero di anni che mediamente intercorre
tra due episodi di piena aventi portata al colmo superiore a Q0
CATALOGO DEGLI ELEMENTI A RISCHIO
• insediamenti urbani, commerciali, industriali, agricoli
• infrastrutture di trasporto e di servizio
• strutture pubbliche, di soccorso, comunità, monumenti
• impianti industriali e tecnologici potenzialmente inquinanti
SCENARI DI EVENTO
precursori, indicatori, punti di controllo, punti critici
L.267
L. 3 agosto 1998 n. 267 (G.U. n.183) di conversione del D.L. 11 giugno 1998 n. 180
Art. 1:
1- entro il 30 giugno 1999
adozione dei piani stralcio di bacino per l’assetto idrogeologico
perimetrazione delle aree a rischio idrogeologico
apposizione di misure di salvaguardia
2- definizione di programmi di interventi urgenti
per la riduzione del rischio idrogeologico
110 miliardi nel 1998
495 miliardi nel 1999
495 miliardi nel 2000
3- ……………. scambio di informazioni
4- entro il 31 dicembre 1999
la Protezione Civile predispone piani urgenti di emergenza per le aree
a maggior rischio idrogeologico
5- entro il 1 marzo 2000
adeguamento delle infrastrutture a rischio
rilocalizzazione delle attività produttive e residenze a rischio
messa in sicurezza o revoca di cave e torbiere
L.267
L. 3 agosto 1998 n. 267 (G.U. n.183) di conversione del D.L. 11 giugno 1998 n. 180
Art. 2:
1- costituzione dei comitati per i bacini regionali e interregionali
integrazione dei Comitati istituzionali delle AdB di rilievo nazionale
2- assunzione di personale tecnico a tempo determinato da parte di:
autorità di bacino di rilievo nazionale
regioni
3- a decorrere dal 1° gennaio 1999
totale copertura dei posti in organico delle AdB di rilievo nazionale
4- rimodulazione della dotazione organica del Dipartimento per i servizi
tecnici nazionali
5- costituzione di una segreteria tecnica del Ministro dell’Ambiente
composta da 20 esperti
6- attività dell’ANPA
attivazione di rapporti di collaborazione
7- piano triennale di potenziamento delle reti meteo-idropluviometrico
10 miliardi nel 1998
20 miliardi nel 1999
20 miliardi nel 2000
D.L.180
L.267
Atto di indirizzo e coordinamento del D.L. 11 giugno 1998 n. 180
(D.P.C.M. 29-9-1998 pubblicato sulla G.U. del 5-1-1999)
Art. 2: Individuazione e perimetrazione delle aree a rischio idrogeologico
2.1 Criteri generali
9definizione di rischio totale
9elenco delle categorie di elementi a rischio
9articolazione delle attività in 3 fasi
1- individuazione delle aree soggette a rischio idrogeologico
2- perimetrazione, valutazione del rischio, definizione di misure di salvaguardia
3- programmazione della mitigazione del rischio
2.2 Aree a rischio idraulico
1- individuazione dei tronchi a rischio (1: 100 000)
2- perimetrazione delle aree (1: 25 000)
a) aree ad alta probabilità di inondazione: T = 30 - 50 anni
b) aree a moderata probabilità di inondazione: T = 100 - 200 anni
c) aree a bassa probabilità di inondazione: T = 300 - 500 anni
attribuzione dei livelli di dischio: da R1 moderato a R4 molto elevato
3- programmazione e progettazione preliminare degli interventi
L.226
L.267
L. 13 luglio 1999 n. 226 di conversione del D.L. 13 maggio 1999 n.132
Art. 6: Interventi a favore dei soggetti … danneggiati dalle calamità idrogeologiche
2. Nelle aree direttamente investite dalle calamità è vietato procedere a:
9 ricostruzione dei manufatti e immobili distrutti
9 riparazione i quelli gravemente danneggiati e inagibili
9 realizzare nuovi insediamenti produttivi
individuazione e perimetrazione delle aree a elevato rischio idrogeologico
entro il 30 settembre
4. … individuazione e demolizione degli immobili … che costituiscono ostacolo al
regolare deflusso delle acque e limitano l’adeguamento delle sezioni idrauliche
5. All’immobile costruito in violazione … non è dovuto alcun indennizzo
Art. 9: Modifiche al D.L. 180 convertito con modificazioni dalla L. 267/98
1. Entro il termine perentorio del 30 giugno 2001 le autorità di bacino … adottano
… piani stralcio di bacino per l’assetto idrogeologico … che contengano
in particolare l’individuazione delle aree a rischio idrogeologico …
1-bis. Entro il 31 ottobre 1999 le autorità … approvano piani straordinari diretti a
rimuovere le situazioni a rischio più alto
Autorità di Bacino del Po
L’Autorità di Bacino del fiume Po ha redatto il Piano Stralcio delle Fasce Fluviali,
approvato con D.P.C.M. 24/07/1998, nel quale sono definite:
9 fascia del deflusso di piena (A): porzione di alveo, delimitata
convenzionalmente, nella quale defluisce almeno l’80% della portata della piena
con tempo di ritorno
T = 200 anni;
9 fascia di esondazione (B): porzione di alveo esterna alla fascia A inondabile
dalla piena con T = 200 anni
9 fascia di inondazione per piena catastrofica (C): porzione di territorio
inondabile dalla piena con T = 500 anni.
Autorità di Bacino del Tevere
L’Autorità di Bacino del fiume Tevere ha adottato
9 Piano di Assetto idrogeologico PAI (delibera n. 101 del 1° agosto 2002, GU 26
ottobre 2002)
9 Progetto di piano di bacino del Fiume Tevere - V Stralcio Funzionale - per il
tratto metropolitano da Castel Giubileo alla foce - P.S.5 (delibera n. 104 del 31
luglio 2003, GU 18 novembre 2003)
9 Prima elaborazione del Progetto di Piano di Bacino del Fiume Tevere
Autorità di Bacino del Tevere: PAI
PAI
9fascia A: limite delle aree di esondazione diretta della piena di riferimento con
T = 50 anni; la fascia A è considerata di pertinenza fluviale. Il PAI prevede per la
fascia A la possibilità di libere divagazioni del corso d‘acqua e del libero deflusso
delle acque della piena di riferimento; in questo senso ulteriori insediamenti,
rispetto a quelli già esistenti e perimetrati come aree a rischio, non sono
considerati compatibili con gli obiettivi di assetto della fascia.
9fascia B: compresa tra il limite delle aree di esondazione diretta e indiretta delle
piene con T = 50 anni e T = 200 anni. Il PAI riconosce a queste aree la necessità di
conservazione della capacità di laminazione della piena e individua criteri ed
indirizzi per la compatibilità delle attività antropiche
9fascia C: porzioni di territorio inondabili comprese tra le piene con T = 200 anni
e T = 500 anni e le aree marginali della piena con T = 200 anni. Per la fascia C il
PAI persegue il raggiungimento degli obiettivi di assetto attraverso indirizzi e linee
guida, nell‘ambito delle proprie competenze, per le Amministrazioni provinciali a
cui, ai sensi della legge 225/1992 compete la predisposizione dei Piani di protezione
civile.
Autorità di Bacino del Tevere:PAI
Autorità di Bacino del Tevere:PS5
fascia AA: aree sommergibili dove deve essere assicurato il massimo deflusso possibile
della piena
definizioni
La carta delle aree inondabili è una carta tecnica di lavoro da utilizzarsi
come base per carte di valore amministrativo come la
9
carta delle fasce fluviali
9
carta delle aree a rischio
9
piano di emergenza
e deve quindi contenere
9 i contorni delle aree inondabili differenziando le aree direttamente inondabili,
le aree inondabili da correnti esondate a monte, le aree protette da argini senza
franco di sicurezza
9 le caratteristiche della corrente quota pelo liquido, velocità media, numero di
Froude, carico totale
Modelli matematici
CARTA DELLE AREE INONDABILI
a PROBABILITÀ UNIFORME di INONDAZIONE
In linea di principio la procedura di identificazione
delle aree inondabili con assegnato tempo di ritorno richiede
la costruzione di N (numero molto grande) scenari di piena
equiprobabili
Impiegando il metodo Monte Carlo
9
modello di generazione casuale dell’evento pluviometrico
9
modello afflussi-deflussi per la formazione della piena
9
modello di propagazione in moto vario della piena in alveo
9
modello di esondazione e di espansione della piena fuori alveo
ANALISI DEL RISCHIO IDRAULICO DELLA CITTA’ DI ROMA
PONTE MILVIO
Costituisce un controllo idraulico
al deflusso della portata di piena
poiché provoca esondazione
in sponda destra e sinistra
Esondazione a Ponte Milvio del Dicembre 1937
PONTE MILVIO
RIPETTA
Le misure idrometriche a Ripetta
non informano su quanto accade a monte
Curva di ripartizione di probabilità delle portate al colmo
massime annue a Ripetta
9
7
3
Y
Gumbel
5
1
Momenti
Storico
-1
Massima verosimiglianza
-3
0
500
1000
1500
2000
2500
3
3000
Q (m /s)
3500
4000
4500
5000
5500
Le estrapolazioni delle misure a Ripetta non sono dunque significative per stimare
il pericolo di esondazione a monte
Ricostruzione della serie storica delle piene all'ingresso in Roma
dalla quale stimare la FDP dei colmi di piena
oppure
Analizzare la distribuzione statistica delle piene all’ingresso in Roma
con il metodo Monte Carlo ricostruendo un campione “statisticamente
significativo” di eventi di piena
Scelta del modello di generazione degli eventi di piena
concentrato contro distribuito
modello statistico della pluviometria distribuita sull’area
modello idrologico concettuale dei deflussi dai sottobacini
modello idraulico deterministico di propagazione delle piene
modello idraulico di inondazione urbana
Modello idrologico semi - distribuito
Suddivisione del bacino del Tevere a Roma in sottobacini
Modello stocastico delle precipitazioni giornaliere
medie su aree pluviometriche omogenee
suddivisione in zone pluviometriche
Curve di possibilità pluviometrica a vari tempi di ritorno
pioggia media sul bacino chiuso a Roma
250
T=200
T=100
T=50
200
T=10
T=2
h (mm)
150
100
50
0
0
1
2
3
4
d (gg)
5
6
7
100
90
80
i (mm/gg)
70
60
50
40
30
20
10
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
t (gg)
Disaggregazione dello scroscio in piogge orarie
30
i (mm/ora)
25
20
15
10
5
0
1
25
49
73
97
121
t (ore)
145
169
193
217
241
q
Modello “concettuale” di formazione dei deflussi
nei bacini tributari del Tevere
αp
f
S
q
deflusso
superficiale
IUH sup
(1-α)p
deflusso
in alveo
r
pioggia
f
SUOLO
αp
p
f
infiltrato
fi
p
IUH sot
deflusso
sotterraneo
p
∆
ff
(1−α) p
Sfi
Sff
∆ Sf
S
percolazione
profonda
p
f
p
i
S
Pi
S
∆
S
p
Pf
S
9Taratura del modello di formazione dei deflussi sui bacini strumentati
9Stima “regionale”dei parametri per bacini non strumentati
Carta della permeabilità del suolo
Carta dell’uso del suolo
Modello di propagazione delle piene
9rete idrografica simulata
9laminazione nel serbatoio di Corbara
Tevere a Ripetta
Campioni delle portate al colmo a vario tempo di ritorno
5
2_co
10_co
20_co
4
50_co
100_co
200_co
500_co
3
2
Y
Gumbel
1000_co
1
0
-1
-2
0
500
1000
1500
2000
2500
3
Q (m /s)
3000
3500
4000
4500
Validazione del modello di simulazione
Confronto tra FDP delle portate naturalizzate e delle frequenze Monte Carlo
Tevere a Ripetta
9
Momenti
7
Monte Carlo
Massima verosimiglianza
Y Gumbel
5
3
1
-1
-3
0
500
1000
1500
2000
2500
3
Q (m /s)
3000
3500
4000
4500
Validazione del modello di simulazione
Confronto tra FDP delle portate storiche e delle frequenze Monte Carlo
Tevere a Ripetta
9
Momenti
7
Massima verosimiglianza
MonteCarlo
Y Gumbel
5
3
1
-1
-3
0
500
1000
1500
2000
2500
3
Q (m /s)
3000
3500
4000
4500
Effetto della laminazione del serbatoio di Corbara
sulle piene del Tevere a Ripetta al variare del tempo di ritorno
λ = ∆Q/QNL
0,25
0,2
λ
0,15
0,1
0,05
0
0
100
200
300
400
500
T (anni)
600
700
800
900
1000
Localizzazione dei tratti di
sormonto di sponda
Confronto tra le frequenze campionarie aPonte Ferrovia e Ripetta
per Tempo di Ritorno 10 anni e 500 anni
5
P_Ferrovia
4
Y gumbel
3
Ripetta
10 anni
2
1
500 anni
0
-1
-2
0
1000
2000
3000
4000
portata (m3/s)
5000
6000
7000
Rapporto di laminazione della portata al colmo Ripetta / Ponte Ferrovia
a causa della esondazione a Ponte Milvio
1,00
R lam
0,95
0,90
0,85
0,80
0
100
200
300
400
500
T(anni)
600
700
800
900
1000
Analisi del rischio
analisi idrologiche
Portate con assegnato TR lungo l’asta torrentizia
1000
Q200
Q500
3
Q (m /s)
700
400
Voghera
Fiume Po
Rivanazzano
Casanova
100
0
Varzi
10
Ponte Nizza Godiasco
20
30
40
Prog (km)
A favor di sicurezza le portate sono considerate distribuite
lungo i singoli tratti dell’asta torrentizia
50
calcoli idraulici
Tracciamento dei profili di rigurgito
d
v 2  v 2 dβ βvq
Y + β  +
+
= −Sf − E L
2g  2g ds gA
ds 
dQ
=q
ds
FRESCURE
HEC-RAS
calcoli idraulici: delimitazione dell’alveo di piena
FRESCURE definisce i limiti delle aree inondabili e
della parte di sezione ove passa l’x % della portata
(alveo di piena)
Nell’esempio:
80% della portata
L’alveo di piena viene individuato sommando i contributi delle
singole parti della sezione a partire dall’alveo di magra
Descrizione attività
Fasi dello studio
•Scelta della scala di calcolo e cartografica
1:50 000 e inferiori carta tematica nessun calcolo idraulico
1:25 000
pianificazione di bacino
1:10 000
pianificazione regionale/provinciale
1:5 000 o maggiori
vincolistica comunale e piani regolatori
•Indagini storiche
Informazioni sulla frequenza delle inondazioni
Formazione degli scenari di inondazione
Elementi per la calibrazione del modello
•Elaborazioni Idrologiche
Valutazione delle portata al colmo di piena
di assegnata probabilità (tempo di ritorno)
nelle principali sezioni del corso d’acqua
Descrizione attività
•Acquisizione delle informazioni topografiche
Rilievo di:
sezioni trasversali
sommità arginali
cigli spondali,
e, ove possibile, piano quotato delle aree rivierasche
Integrazione delle informazioni rilevate con la base cartografica disponibile
•Sopralluoghi
Individuazione dei punti critici
Scelta dei coefficienti di resistenza dell’alveo
Evidenziazione di problemi particolari
Caratterizzazione delle modalità di esondazione
•Calcoli idraulici
Verifica delle ipotesi del calcolo idraulico
Tracciamento dei profili di rigurgito con portata variabile nello spazio
Effetto delle modifiche d’alveo (erosioni/ alluvionamenti)
•Mappatura delle aree a rischio uniforme di inondazione
Delimitazione delle fasce inondabili
indagini storiche
L’indagine storica è utile al tecnico per l’inquadramento generale del problema
Le informazioni storiche servono per:
definire l’importanza dei fenomeni calamitosi
la propensione al rischio delle aree rivierasche
IMPORTANTE: le condizioni di esondazione cambiano col tempo
le mappe andrebbero aggiornate ogni 10 anni
Fonti di informazione:
Studi precedenti:
giornali e riviste (soprattutto locali)
archivi di uffici tecnici (relazioni, disegni, ecc.)
archivi fotografici e video (pubblici e privati)
inventari di danni e rimborsi
elenchi di calamità: progetto AVI, ecc.
carte del rischio o delle calamità
carte delle fasce fluviali delle Autorità di Bacino
programmi di Previsione e Prevenzione/ piani di emergenza
indagini storiche
Le condizioni di efflusso sotto i ponti o in tronchi dalla geometria nota
(documentate con foto, misure o disegni) nel corso delle piene maggiori
consentono di stimare le portate di piena e corroborare i risultati dell’analisi
idrologica
indagini storiche
Descrizioni di recenti eventi di inondazione sono utilizzate per
ricostruire casi di interesse per la calibratura e la verifica del calcolo idraulico
indagini storiche