Rischio Idraulico
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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
