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MODELLO PER LA CLASSIFICAZIONE DEGLI EVENTI METEO_CLIMATICI PLUVIOMETRICI SIA ORDINARI CHE CRITICI E MODELLO PER IL MONITORAGGIO A DISTANZA DEGLI EFFETTI A TERRA DEGLI STESSI REALIZZATO IN AMBIENTE GIS

SOMMARIO

PREMESSA

 INTRODUZIONE

1_CRITERI E STRUMENTI DI ANALISI

2_EVENTO METEOROLOGICO ED EVENTO CLIMATICO

3_LE GRIGLIE DI ANALISI

4_GEOMETRIE DI EVENTO E RICOSTRUZIONE DI EVENTO

5_SOLUZIONE GRAFICA DI SINTESI PER L’ANALISI, IL CONFRONTO E LA CLASSIFICAZIONE DEGLI EVENTI METEOROLOGICI E CLIMATICI

6_IL METODO (IL BACINO del "FOSSO CUPO" GALLESE (VT)

7_RIFERIMENTI SPAZIALI, TEMPORALI, QUANTITATIVI E 

DOCUMENTO DI SINTESI

PREMESSA

In un generico contesto territoriale, la cui morfologia ed il clima si mantengono costanti nel tempo ed in condizioni di quiete tettonica, il regime degli afflussi di un qualsiasi evento meteo_climatico di tipo pluviometrico, presenta caratteristiche ricorrenti nel tempo e nello spazio, dette peculiarità, che permettono di identificarlo e di riconoscerlo qualora si sia già manifestato nel passato o qualora debba manifestarsi in un futuro prossimo. Le peculiarità dell’evento sono messe in evidenza dalle geometrie dell’evento esaminato durante il suo ciclo evolutivo, inteso come successione nel tempo di geometrie di evento ed analizzato nelle tre dimensioni dello spazio nonché nell’intervallo di tempo durante il quale si manifesta.

INTRODUZIONE

Il bacino idrografico può considerarsi come una struttura che opera con costanza nel tempo nel drenaggio delle acque correnti superficiali sin quando non intervengono modifiche al territorio fisico ad opera di agenti esogeni, endogeni o antropici.

Se si considerano i processi di interazione tra acque di precipitazione e territorio fisico, in un contesto in cui la morfologia del bacino si mantiene costante tra le principali variabili dei processi figurano i volumi d’acqua che vi cadono all’interno ovvero gli afflussi, la loro distribuzione geografica e/o spaziale e la variazione della loro distribuzione geografica e/o spaziale nel tempo o durante l’evolversi di un evento meteo_climatico che si manifesta.

Nella trattazione che segue si propone un modello di caratterizzazione di questi eventi basato proprio sulla sola analisi della distribuzione spaziale e temporale degli afflussi in contesti territoriali delimitati e discretizzati, con vari criteri ed attraverso delle griglie di analisi, in unità territoriali minori, al fine di ottenere dei riferimenti spaziali o geografici e temporali che permettano di definire le peculiarità di tali eventi.

Le peculiarità di un generico evento, meteorologico o climatico che sia, sono date dalle sue geometrie dette geometrie di evento, intese come distribuzione geografica degli afflussi nel generico istante Tx dell’evento in corso e definite in ogni istante durante il quale l’evento si manifesta.

Le peculiarità, inoltre, sono date dal ciclo evolutivo dell’evento, inteso come successione continua nel tempo di geometrie di evento, il quale si compie in un intervallo di tempo compreso tra un tempo di inizioT0 ed un tempo di cessazione Tf, che, seppure possano sembrare arbitrari, sono comunque sottoposti a regole predefinite.

La ricostruzione del ciclo evolutivo di un generico evento, attraverso le sue geometrie, in un intervallo di tempo noto è detta ricostruzione dell’evento e ogni passaggio viene realizzato sia sul piano orizzontale o in pianta che lungo la direzione verticale o lungo la quota.

In ultimo, nel modello che si propone il ciclo evolutivo di un generico evento lo si può rappresentare in una soluzione grafica di sintesi da utilizzare come strumento per l’analisi, il confronto e la classificazione degli eventi meteo climatici di qualsiasi natura e per verificare l’insorgere di un evento anche calamitoso ed il danno conseguente attraverso la determinazione di tutte quelle caratteristiche che lo rendono unico e lo distinguono dagli altri eventi e che permettono, quindi, di riconoscerlo qualora si sia già manifestato nel passato o si debba manifestare in un futuro prossimo.

1_CRITERI E STRUMENTI DI ANALISI

Il bacino idrografico può considerarsi come una struttura che opera con costanza nel tempo nel drenaggio delle acque correnti superficiali sin quando non intervengono modifiche al territorio fisico ad opera di agenti esogeni, endogeni o antropici.

IL PERCORSO IDRAULICO

Nel modello che si propone, per generico percorso idraulico lungo un versante si intende la più probabile via di scorrimento delle acque di precipitazione che defluiscono in superficie lungo un generico versante.

Sia data una generica porzione di versante parallelo delimitato a monte da una linea di displuvio ed a valle da una linea di impluvio.

FIGURA 1

FIGURA 2

Si consideri un generico punto A posto lungo la linea di displuvio e da tale punto si consideri, inoltre, una generica massa d’acqua che precipita e defluisce in superficie seguendo un percorso, detto appunto idraulico, che si sviluppa lungo il versante e si conclude nel punto G posto lungo la linea di impluvio.

FIGURA 3

Nel modello che si propone, il percorso idraulico segue le direzioni di massima pendenza lungo il tratto di versante considerato e pertanto, dato un punto di origine posto lungo la linea di displuvio, il suo tracciato è definibile seguendo delle regole di costruzione ben precise.

Si tracci la tangente alla linea di displuvio nel punto A e si tracci successivamente la perpendicolare in A alla tangente. Quest’ultima retta rappresenta la direzione di massima pendenza che diparte dal punto A.

Tale retta, inoltre, interseca l’isoipsa posta immediatamente a valle dello spartiacque nel punto B (isoipsa 45 metri s.l.m. in FIGURA 3) .

Individuato il punto B, si ripetono le stesse azioni condotte per A e si individua quindi la direzione di massima pendenza che diparte dal punto B.

Questa interseca la curva di livello immediatamente a valle nel punto C e per questo punto si ripetono le stesse azioni condotte per A e B.

In questo modo si ricostruisce un ipotetico percorso idraulico che diparte da A e si conclude nel punto G posto lungo la linea di impluvio.

In generale, seguendo delle regole di costruzione in carta, è possibile individuare numerosi percorsi idraulici che si sviluppano lungo il tratto di versante parallelo considerato.

FIGURA 4

DRENAGGIO

Nel modello che si propone per processi di interazione acqua territorio fisico si intendono il sia il drenaggio delle acque di precipitazione che eccedono e defluiscono in superficie che tutti quei processi in cui le acque di precipitazione meteorica hanno un ruolo evidente, quali frane ed altri processi gravitativi.

In generale si intendono tutti quei processi idrologici e geomorfologici che si attivano durante il manifestarsi di un generico evento meteo_climatico.

In un generico contesto territoriale, la cui morfologia si mantiene costante nel tempo, i processi di drenaggio superficiale degli afflussi meteorici eccedenti mantengono caratteristiche geometriche ricorrenti nel tempo sin quando fattori tettonici, climatici, geomorfologici e/o antropici non intervengono a mutarne radicalmente l’assetto geomorfologico.

Possono considerarsi come mutamenti radicali della morfologia del territorio tutti quei mutamenti che inducono ad una variazione radicale dell’andamento della curva ipsografica/ipsometrica di tale generico contesto territoriale.

Si consideri una generica porzione di territorio priva di vegetazione, priva di ogni sorta di elemento antropico ed il cui substrato è totalmente impermeabile.

In tale contesto le acque di precipitazione in parte evaporano ed in parte defluiscono in superficie. Questa porzione di territorio è descritta in pianta dalle curve di livello.

FIGURA 5

FIGURA 6

Le acque che defluiscono in superficie seguono dei percorsi idraulici definiti e controllati dalla morfologia del contesto territoriale indagato.

In generale le acque che defluiscono in superficie seguono le direzioni di massima pendenza lungo il versante.

FIGURA 7

Si consideri ora tale porzione di territorio durante l’istante T1 di un generico evento meteorico di tipo pluviometrico.

La morfologia della superficie topografica è descritta in pianta dalle curve di livello mentre la distribuzione geografica dei valori delle altezze di precipitazione all’istante T1 è descritta in pianta dall’andamento delle isoiete.

FIGURA 8

Si considerino ora i punti di intersezione tra le isoiete all’istante T1 e le curve di livello.

In tali punti sono noti la quota del punto topografico ed il valore delle altezze di precipitazione all’istante T1.

FIGURA 9

Di questa altezza di precipitazione una parte viene restituita all’atmosfera attraverso i processi di evaporazione mentre le eccedenze defluiscono in superficie.

Si considerino ora le eccedenze che defluiscono in superficie, queste, indipendentemente dalle quantità, nel modello territoriale sopra descritto, seguono per definizione le direzioni di massima pendenza lungo i versanti sino all’impluvio di riferimento da dove proseguono poi sino alla sezione di uscita del loro bacino.

Si consideri ora il generico punto P della superficie topografica di tale contesto territoriale posto lungo una generica curva di livello.

FIGURA 10

Durante il manifestarsi di ogni evento meteorico per questo punto passa sicuramente un’isoieta indicante l’altezza di precipitazione che qui vi cade e ripetendo le operazioni sopra descritte è possibile definire per questo punto P la direzione di massima pendenza ed un ipotetico percorso idraulico che da qui diparte.

FIGURA  11

Durante il manifestarsi di un evento meteorico si consideri la disposizione delle isoiete all’istante T1.

In particolare si consideri l’isoieta passante per il generico punto P indipendentemente dal valore delle altezze di precipitazione indicato.

In tale punto è nota la quota e l’ipotetico valore dell’altezza di precipitazione che vi cade ed è nota, inoltre, la direzione di massima pendenza di un ipotetico tracciato che da questo punto diparte per poi proseguire lungo il versante.

FIGURA 12

Durante il manifestarsi del evento le caratteristiche di questo mutano e con queste muta l’andamento delle isoiete ma non muta la morfologia del territorio entro cui l’evento si manifesta.

FIGURA 13

FIGURA 14

FIGURA 15

In particolare muta l’andamento dell’isoieta passante per il generico punto P della superficie topografica.

Si ipotizza che per questo punto la quota rimanga costante e si ipotizza, inoltre, che rimanga costante anche la direzione di massima pendenza del ipotetico tracciato che da qui diparte.

Negli esempi sopra descritti, si ipotizza che se non vi sono radicali e significative modifiche alla morfologia della porzione di territorio indagata e descritta dalle curve di livello, durante l’evento, il processo di drenaggio delle acque che defluiscono in superficie presenta un assetto geometrico definito che si mantiene nel tempo sino a quando la morfologia dello stesso non subirà modifiche significative.

In generale, dato un generico contesto territoriale questo opererà con costanza nel drenaggio delle acque superficiali sino a quando fattori e/o processi antropici, geomorfologici, tettonico_strutturali e/o climatici non apporteranno modifiche significative alla sua morfologia.

2_EVENTO METEOROLOGICO ED EVENTO CLIMATICO

3_LE GRIGLIE DI ANALISI

Nel modello che si propone la geometria di evento o la distribuzione geografica degli afflussi di un generico stadio del ciclo evolutivo di un evento pluviometrico e\o climatico viene determinata attraverso delle unità territoriali di riferimento definite attraverso le griglie di analisi.

Per gli scopi e le esigenze del presente lavoro e nei casi applicativi riportati, sono state impiegate griglie di analisi di tipo conforme e/o funzionali. Queste sono state costruite tenendo conto della morfologia del bacino e delle possibili geometrie dei processi di interazione tra acqua e suolo e nell’insieme queste consentono un minor numero di passaggi da compiere durante il processo di caratterizzazione dell’evento e, quindi, ben rispondono alla funzione richiesta.

Un esempio di queste griglie sono quelle costruite discretizzando il territorio in esame per fasce di quota

In generale, sono griglie i cui elementi sono rappresentati dalle sole fasce altimetriche del sistema idrologico analizzato.

La scelta di impiegare delle griglie in cui gli elementi sono dati dalle fasce di quota o che tengano conto delle quote è giustificata anche dal fatto che i parametri climatici e meteorologici variano oltre che in funzione della latitudine anche in funzione della quota.

In generale, per caratterizzare un evento meteo_climatico possono essere impiegate griglie di analisi di qualsiasi tipo griglie costituite dai poligoni di Thiessen, griglie con limiti tra classi di acclivita’, pixels, meshs, limiti geologici, griglie a maglie quadre ecc ecc.

La suddivisione del territorio in elementi finiti quadrati, ad esempio, permette una caratterizzazione dell’evento ma non è funzionale in quanto richiede ulteriori passaggi per la ricostruzione dell’evento lungo la quota e, inoltre, queste griglie non sono conformi in quanto non tengono conto della morfologia del territorio.

4_GEOMETRIE DI EVENTO E RICOSTRUZIONE DI EVENTO

Suddiviso il territorio indagato in elementi territoriali minori, attraverso le griglie di analisi, all’interno delle singole unità si determinano nel generico istante Tx il valore dell’altezza di precipitazione Px e, essendo noto il valore della superficie delle unità della griglia Ax, si determina inoltre il volume degli afflussi intesi come volumi d’acqua Vx caduti all’interno di tali unità nell’istante o nell’intervallo di tempo considerato.

La rappresentazione nel piano della distribuzione geografica dei volumi d’acqua caduti all’interno delle varie unità della griglia nel generico istante Tx dell’evento rappresenta la geometria dell’evento stesso nell’istante o nell’intervallo di tempo considerato.

La rappresentazione nel piano ed in ordine cronologico di più geometrie di evento relative alle varie fasi del ciclo evolutivo del fenomeno analizzato rappresenta la ricostruzione dell’evento nel tempo.

Ad ogni geometria di evento rappresentata sul piano orizzontale corrispondono soluzioni grafiche/grafici che la descrivono o la caratterizzano anche lungo la direzione verticale o lungo la quota.

Una singola geometria di evento rappresenta quindi la distribuzione spaziale o geografica degli afflussi all’interno del bacino considerato e, in tale contesto, l’evoluzione dell’evento è descritto da più geometrie di evento che indicano la variazione nel tempo della distribuzione geografica o spaziale dei volumi d’acqua precipitati all’interno dell’imbrifero.

5_SOLUZIONE GRAFICA DI SINTESI PER L’ANALISI, IL CONFRONTO E LA CLASSIFICAZIONE DEGLI EVENTI METEOROLOGICI E CLIMATICI

I processi di analisi e caratterizzazione sono finalizzati a definire dei riferimenti spaziali, temporali e quantitativi che permettono di identificare, attraverso le sue peculiarità, ogni evento meteorico al fine di riconoscerlo qualora si sia già manifestato in passato o si debba manifestare in futuro.

In tal senso si costruisce il documento di sintesi per l’analisi, il confronto e la classificazione degli eventi meteo_climatici.

Nel modello che si propone, il processo di caratterizzazione si ritiene completo quando si mettono a confronto in un grafico a dispersione le aree delle singole unità della griglia di analisi adottata e gli afflussi in esse precipitati.

Questo passaggio permette di costruire il principale documento di sintesi del modello in discussione, in quanto permette di definire i limiti temporali e quantitativi di riferimento.

In un grafico a dispersione, per ogni geometria di evento, si riportano lungo l’asse delle X i valori delle aree delle singole unità della griglia di analisi impiegata, mentre lungo l’asse delle Y si riportano i volumi dei relativi afflussi relativi al generico istante Tx.

Si ottiene così un grafico o una soluzione grafica in cui rappresentare le geometrie di evento ed il ciclo evolutivo dello stesso, in cui operare l’analisi dell’evento rappresentato, in cui operare il confronto con gli eventi passati e futuri ed attraverso il quale classificare l’evento che si manifesta all’interno del bacino.

6_METODO

Per illustrare quanto esposto nella presente trattazione, ci si è avvalsi di più casi di studio e in fase di analisi e, in ogni caso, è stata creata una griglia di analisi discretizzando i territori indagati in unità territoriali minori di riferimento, applicando vari criteri.

Gli ambiti territoriali indagati sono rappresentati da 4 bacini idrografici che sono il bacino del Rio Maggiore o Fosso della Rustica, il bacino del Fosso Cupo, il bacino del Fiume Marta ed il bacino del Fiume Tevere, di cui i primi 3 sono posti in contesti territoriali e climatici aventi caratteristiche simili mentre il Fiume Tevere vista, la sua estensione superficiale, è caratterizzato da forti e marcate diversità sia morfologiche che climatiche.

IL BACINO DEL FOSSO CUPO

Il Fosso Cupo è un affluente in sinistra orografica del Rio Maggiore o Fosso della Rustica, a sua volta affluente in destra orografica del Fiume Tevere, e si distende per circa 14 km2 circa in direzione Nord_Nord_Ovest - Sud_Sud_Est, tra i territori comunali di Gallese (VT), Orte (VT) e Vasanello (VT).

L’imbrifero è compreso tra quota 311 m. s.l.m. in località “Casa Porchiaroni” di Orte (VT) (Coord.: 284527, 4702222; ED_1950_UTM_ZONE_33) e quota 67/65 m. s.l.m. presso località Monticello poco ad Est del centro storico dell’abitato di Gallese (VT) (Coord.: 287334, 4694608; ED_1950_UTM_ZONE_33).

L’intero settore ricade interamente all’interno della provincia Viterbese (VT) e ricade inoltre all’interno del foglio della carta geologica d’Italia (I.G.M. scala 1:100000) numero 137 Viterbo.

In merito ai riferimenti cartografici, il bacino risulta variamente distribuito all’interno delle seguenti sezioni topografiche (C.T.R. 1:10000 Regione Lazio): Magliano sabina 356020, Gallese 356010, Vasanello 346130 e Casa Trippetti 346140.

FIGURA 16: UBICAZIONE GEOGRAFICA DEL BACINO DEL FOSSO CUPO.

LA GRIGLIA DI ANALISI E L'EVENTO CLIMATICO

In questo caso è stato considerato come evento climatico l’anno solare e per ogni mese è stata ricostruita la relativa geometria di evento sul piano integrata da soluzioni grafiche/grafici che la descrivono anche lungo la quota.

I criteri di costruzione della griglia di analisi tengono conto del fattore quota ma le unità della griglia non sono fasce di quota bensì settori del bacino drenanti a quote predefinite.

Ovvero noto il tracciato principale del reticolo idrografico lungo questo sono state individuate a quote note un generico numero di sezioni idrauliche dalle quali dipartono i relativi displuvi e le aree comprese tra due di questi displuvi conseguenti costituiscono i settori o le unità della griglia di analisi.

Si ottiene cosi una griglia di analisi conforme e funzionale costituita da settori che si succedono con la quota e delimitati da tratti di displuvio delle sezioni poste a quote note.

Per ogni unità territoriale ottenuta è stata definita l’estensione superficiale, sono stati ricavati i valori medi mensili delle precipitazioni, su base trentennale, dai dati messi a disposizione da vari enti pubblici (annali idrologici Regione Lazio e dati ARSIAL) ed in ultimo, per ognuna di loro, è stato definito il relativo regime dei valori medi mensili degli afflussi.

FIGURA 17: COLLETTORE PRINCIPALE E CURVE DI LIVELLO DEL BACINO.

FIGURA 18: COLLETTORE PRINCIAPLE E SEZIONI CONSIDERATE.

FIGURA 19: CRITERI PER LA DELIMITAZIONE DELLE AREE DI PRESA.

FIGURA 20: CRITERI PER LA DELIMITAZIONE DELLE AREE DI PRESA. 

FIGURA 21: DISTRIBUZIONE DELLE SEZIONI CONSIDERATE E RALTIVE AREE DI PRESA O SETTORI DEL BACINO DEL FOSSO CUPO.

FIGURA 22: ESTENSIONE SUPERFICIALE DEI VARI SETTORI.

CURVA IPSOMETRICA ED INCREMENTO DELLE AREE DRENATE DAL COLLETTORE PRINCIPALE

Per un confronto tra le aree drenate dal collettore principale e l’incremento delle aree della superficie di bacino man mano che ci si sposta da monte a valle, costruisco la curva ipsometrica secondo i criteri classici e riporto nella stessa soluzione grafica i valori normalizzati delle prime rispetto al valore massimo ovvero rispetto all’area del bacino, in quanto alla sezione di chiusura del bacino il collettore principale drena il 100% dell’imbrifero.

FIGURA 23: INCREMENTO DELLA SUPERFICIE DRENATA DAL COLLETTORE PRINCIPALE E CONFRONTO CON L'INCREMENTO DELLA SUPERFICIE DI BACINO.

Data una generica quota espressa dalla relativa curva di livello lungo la quale sono presenti NIz sezioni drenanti e tra queste vi è quella del collettore principale, inteso come il tracciato più lungo della rete idrografica.

Considerando la curva di livello posta in h = 0.6 (210 metri s.l.m. circa) nella soluzione grafica di Fig. 8 questa presenta a monte una superficie di presa per le NIz sezioni pari a circa il 61% dell’intera superficie del bacino, valore valutato lungo la curva ipsometrica nella soluzione grafica di Fig. 8.

Il solo collettore principale drena alla medesima quota il 40% della superficie del bacino esiste pertanto un importante differenza tra l’area di bacino drenata dal solo collettore principale e quella delle restanti sezioni idrauliche.

Nel caso specifico per h = 0.6, la differenza è pari a 2666700,726 m2 ovvero è pari al 20% circa della superficie dell’imbrifero e questa superficie rappresenta l’area drenata o l’area di presa delle NIz sezioni – 1 (collettore principale) poste lungo h = 0.6 o quota 210 metri s.l.m. circa.

Considerando un valore medio mensile di altezza di precipitazione uniformemente distribuito per il mese di Novembre pari a 110 mm che convertito in metri sarebbero 0.11 metri all’interno della superficie posta a monte di quota 0.6 cadono V = 0.11 x 2666700.726 = 293337.08 m3 circa di acqua e di questi  117334.832 m3 (il 40%) defluiscono attraverso il collettore principale mentre la restante parte va suddivisa in proporzioni varie tra le NIz sezioni – 1 (collettore principale) poste lungo la quota 0.6 nella soluzione grafica di Fig. 8.

CARATTERISTICHE CLIMATICHE E REGIME DEGLI AFFLUSSI

Il bacino del Fosso Cupo si distende in un intervallo di quota limitato (244 metri circa) e pertanto non si possono individuare marcate variazioni delle caratteristiche climatiche tra una fascia climatica e l’altra o tra un settore e l’altro della griglia di analisi.

Dall’analisi dei dati a disposizione e da quelli ricavati si nota che all’interno del bacino il mese più umido risulta essere il mese di Novembre mentre il mese più arido risulta essere il mese di Luglio.

Risulta, inoltre, che l’andamento dei valori medi mensili delle precipitazioni all’interno dei vari settori è estremamente variabile con una tendenza generale ad aumentare nei settori di valle durante l’anno solare.

Il bacino in esame ricade in un contesto territoriale più ampio caratterizzato da un regime pluviometrico di tipo sublitoraneo_appenninico (Tonini 1959, Minella 1967) con un trimestre estivo maggio giugno luglio molto arido ed un trimestre autunnale settembre ottobre novembre caratterizzato da abbondanti piogge.

Per l’imbrifero indagato risulta allo stesso modo un periodo estivo secco o arido caratterizzato da bassi valori delle precipitazioni medie mensili che si aggirano intorno ai 30 mm del mese di Luglio e da un periodo autunnale con valori delle precipitazioni medie mensili che superano, in ogni settore, i 100 mm nel mese di Novembre.

FIGURA  24: VARIAZIONE DEI VALORI DELLE PRECIPITAZIONI MEDIE MENSILI AL VARIARE DEL SETTORE DI RIFERIMENTO.

FIGURA 25: REGIME DEI VALORI MEDI MENSILI DELLE PRECIPITAZIONI ALL'INTERNO DI OGNI SETTORE.

REGIME DEGLI AFFLUSSI DISTINTI PER SETTORE

FIGURA 26: REGIME DEI VALORI MEDI MENSILI DEGLI AFFLUSSI ALL'INTERNO DI OGNI SETTORE.

ANDAMENTO DEI VALORI DEGLI AFFLUSSI DURANTE L'ANNO ALL'INTERNO DEI VARI SETTORI

FIGURA 27: REGIME DEI VALORI MEDI MENSILI DEGLI AFFLUSSI ALL'INTERNO DI OGNI SETTORE.

FIGURA 28: VALORI MEDI MENSILI DELLE ALTEZZE DI PRECIPITAZIONE E RELATIVA DISTRIBUZIONE GEOGRAFICA DEGLI AFFLUSSI ALL'INTERNO DEL BACINO.

FIGURA 29: VALORI MEDI MENSILI DELLE ALTEZZE DI PRECIPITAZIONE E RELATIVA DISTRIBUZIONE GEOGRAFICA DEGLI AFFLUSSI ALL'INTERNO DEL BACINO.

PRESENTAZIONE 1: REGIME PLUVIOMETRICO E DISTRIBUZIONE GEOGRAFICA DEI VALORI MEDI MENSILI DELLE PRECIPITAZIONI ALL'INTERNO DEL BACINO, REGIME DEGLI AFFLUSSI E DISTRIBUZIONE GEOGRAFICA DEGLI STESSI ALL'INTERNO DEL BACINO.

Il confronto tra la distribuzione geografica dei valori medi mensili delle altezze di precipitazione e la distribuzione geografica dei valori dei relativi volumi d’acqua affluenti, durante i mesi dell’anno, mette in evidenza il fatto che i primi sono estremamente variabili sia nello spazio che nel tempo o durante l’anno mentre i volumi d’acqua che precipitano presentano distribuzioni geografiche ricorrenti anche nel tempo. Infatti, il valore massimo ed il valore minimo ricadono sempre in corrispondenza degli stessi settori così come i valori intermedi.

7_RIFERIMENTI SPAZIALI, TEMPORALI, QUANTITATIVI E 

DOCUMENTO DI SINTESI

Nel modello che si propone, il processo di caratterizzazione si ritiene completo quando si mettono a confronto in un grafico a dispersione le aree delle singole unità della griglia di analisi adottata e gli afflussi in esse precipitati.

Questo passaggio permette di costruire il principale documento di sintesi del modello in discussione, in quanto permette di definire i limiti temporali e quantitativi di riferimento.

In un grafico a dispersione, per ogni geometria di evento, si riportano lungo l’asse delle X i valori delle aree delle singole unità della griglia di analisi impiegata, mentre lungo l’asse delle Y si riportano i volumi dei relativi afflussi relativi al generico istante Tx.

Nel caso di una singola geometria si ottiene una nuvola di punti disposti intorno ad una linea di tendenza passante per l’origine. Quest’ultimo punto è dato dall’apice dello spartiacque o dalla fascia di quota in prossimità di questo dove l’area è pari a zero o tendente a zero e di conseguenza anche il valore degli afflussi è pari a 0 o tendente a 0.

Ogni singolo punto ha come coordinate l’area della fascia di quota o dell’unità di riferimento considerata ed il volume delle acque in essa precipitata nell’istante Tx.

La pendenza della linea di tendenza è data dal rapporto tra la variazione dei volumi e le variazioni delle aree delle unità di riferimento ed è pari ad un’altezza. Questo valore indica il valore medio di altezza di precipitazione qualora questa fosse uniformemente distribuita all’interno del bacino.

FIGURA 30: RICOSTRUZIONE DI UN SINGOLO ISTANTE O DI UN INTERVALLO DI TEMPO DEFINITO DELL'EVENTO METEO_CLIMATICO INDAGATO ATTRAVERSO LA DETERMINAZIONE DELLE RELAZIONI CHE INTERCORRONO TRA AREA DEL SETTORE E RELATIVI AFFLUSSI. 

ELEMENTI CARATTERISTICI DI UNA GEOMETRIA DI EVENTO

Nel documento di sintesi e nella rappresentazione della geometria di evento riferita ad un generico istante Tx di un generico evento si distinguono due elementi caratteristici che sono rispettivamente l'angolo α che la linea di tendenza forma con l'asse delle X ed il relativo coef. angolare m.

Tra questi, il secondo elemento, come già accennato in precedenza, rappresenta il valore dell'altezza delle precipitazioni che stanno cadendo nel istante Tx all'interno del ambito territoriale indagato qualora fossero ivi uniformemente distribuite.     

FIG. 31: ELEMENTI CARATTERISTICI DI UNA GEOMETRIA DI EVENTO.

Quindi, all'interno di ogni contesto territoriale, ogni geometria di evento presenta elementi caratteristici che permettono di distinguerla dalle altre o di riconoscerla qualora si sia già manifestata in passato o si debba manifestare in un futuro prossimo. 

Le geometrie di evento, infatti, all'interno di un generico contesto territoriale opportunamente discretizzato, possono ripetersi con caratteristiche simili se non eguali anche nel decorso di un singolo evento meteo_climatico.

RICOSTRUZIONE DI EVENTO

La ricostruzione di un generico evento meteo_climatico, quindi, si realizza attraverso la rappresentazione nella stessa soluzione grafica di più geometrie dell’evento stesso in ordine cronologico e disposte tra il Ti tempo di inizio e Tf tempo di cessazione dell’evento.

FIGURA 32: RICOSTRUZIONE DELL'INTERO EVENTO CLIMATICO (ANNO SOLARE) CON LE VARIE GEOMETRIE DI EVENTO (NUVOLE DI PUNTI) CHE SI SUCCEDONO NEL CORSO DEL TEMPO. 

Alla latitudine dei casi in esame il mese più secco è dato dal mese di Luglio, mentre il mese più piovoso o umido è dato dal mese di Novembre e tra i valori medi mensili delle precipitazioni e degli afflussi di questi due mesi sono compresi tutti gli altri valori relativi agli altri mesi dell'anno.

FIGURA 33: LIMITE WETTED E LIMTE DRY NEL CASO DEL BACINO DEL FOSSO CUPO.

Il mese di Luglio rappresentato nella soluzione grafica Volumi_Aree fornisce il limite di aridità o “dry”, mentre il mese di Novembre fornisce il limite umido o “wetted”e tra le nuvole di punti relative a questi due mesi vi sono comprese nel grafico quelle relative tutti gli altri mesi.

Ad ogni nuvola di punti corrisponde una linea di tendenza con le caratteristiche sopra descritte e, inoltre, ad ogni nuvola di punti corrisponde una geometria di evento.

Quindi, alla latitudine e alle quote del bacino in esame, l’area del grafico risulta suddivisa in tre settori dei quali uno è posto al di sotto del limite “dry”, uno è compreso tra il limite “dry” ed il limite “wetted” ed il terzo è posto al di sopra del limite “wetted”.

Tra questi il settore compreso tra i due limiti rappresenta il settore degli afflussi frequenti (regime degli afflussi consolidatosi nel tempo) o delle geometrie di evento caratteristiche per il bacino durante l’anno, mentre gli altri due settori rappresentano il campo dei valori degli afflussi poco o meno frequenti e/o poco noti.

Una persistenza delle geometrie di evento poste al di sotto del limite dry indica una condizione di aridità mentre una persistenza di geometrie di evento al di sopra del limite wetted sta ad indicare condizioni eccezionali, critiche e poco note.

Da questi due limiti, riferiti a due distinte geometrie di evento, estraggo i valori limite di altezza di precipitazione media nel caso di valori uniformemente distribuiti all’interno del bacino attraverso il calcolo dei coef. angolari delle linee di tendenza.

Conoscendo il valore delle aree delle unità della griglia di riferimento si può procedere nel senso inverso e definire dei limiti arbitrari ipotizzando una distribuzione delle altezze di precipitazione uniforme all’interno del bacino ad esempio di 10 mm, di 50 mm, di 100 mm e cosi via.

In generale dal confronto e dalla rappresentazione dei parametri considerati all’interno della soluzione grafica adottata si hanno delle prime indicazioni sui limiti temporali e quantitativi da usare come riferimento per le valutazioni sugli eventi in atto, passati e futuri.

Nel caso di eventi in evoluzione, infatti, il confronto sul piano della successione delle geometrie di evento ed il confronto nella soluzione grafica, con un evento noto e di cui sono noti gli effetti verificatesi permette di definire se l’evento in atto presenta le stesse caratteristiche.

Mentre operando con dati previsionali, in particolare con i dati meteo, si può agire allo stesso modo e, confrontando il ciclo evolutivo dell’evento previsto sia sul piano che nella soluzione grafica, allo stesso modo si cerca di risalire agli effetti che questo avrà.

ELEMENTI CARATTERISITICI NELLA RICOSTRUZIONE DI EVENTO

FIG: 34 ELEMENTI CARATTERISTICI IN UNA RICOSTRUZIONE DI EVENTO

Gli elementi caratteristici in una ricostruzione di evento sono dati dagli angoli che le linee di tendenza delle geometrie di evento, che si succedono durante il decorso di un generico evento, formano con l'asse delle X.

Rappresenta altresì un elemento caratteristico l'angolo β compreso tra le linee di tendenza relative ai limiti "dry" e "wetted". 

Un ulteriore elemento caratteristico è rappresentato dal valore massimo dell'estensione superficiale delle unità territoriali di riferimento attraverso le quali è stato suddiviso l'ambito indagato ed indicata come "area massima" nella soluzione grafica di sintesi.

Gli elementi caratteristici tutti, sia delle singole geometrie di evento che delle ricostruzioni di evento, permettono di caratterizzare ogni singolo evento meteo_climatico che si manifesta all'interno di un generico contesto territoriale opportunamente discretizzato.

Durante il manifestarsi di un generico episodio, le geometrie di evento possono ripetersi con gli stessi elementi caratteristici e, in particolare, possono ripetersi anche quelle che descrivono distribuzioni geografiche critiche degli afflussi ovvero quelle che inducono ad una risposta idrologica_geomorfologica severa.

Porzioni di territorio contigui o adiacenti possono presentare elementi caratteristici simili qualora siano simili le caratteristiche climatiche locali e le caratteristiche morfologiche del territori indagati ma mai eguali in quanto a parità di condizioni meteo_climatiche risulta diverso il contesto geomorfologico. Pertanto "LA RISPOSTA IDROLOGICA" risulta mutevole nello spazio ed è, infatti, detta "LOCALE".

FIGURA 35

FATTORI CLIMATICI E FATTORI TOPOGRAFICI

I valori dei volumi d’acqua affluenti dipendono dal valore delle aree delle unità territoriali di riferimento considerate (FATTORI TOPOGRAFICI) e dai valori delle altezze di precipitazione (FATTORI CLIMATICI).

All'interno di un generico contesto territoriale il parametro volumi affluenti è funzione dei valori delle aree delle unità territoriali di riferimento e dei valori delle altezze di precipitazione, i quali questi ultimi mutano nello spazio e nel tempo anche durante il manifestarsi di un generico vento meteo_climatico. 

All'interno di tale contesto territoriale, il parametro area delle unità territoriali di riferimento, invece, è da considerarsi come una variabile indipendente o per lo meno che dipende da altri fattori detti fattori topografici, di cui si discuterà in seguito.

In generale, quindi, l’andamento delle linee di tendenza e di conseguenza il valore dei loro coef, angolari sono suscettibili di variazioni nel tempo e nello spazio al mutare delle variabili altezza di precipitazione e area delle unità territoriali di riferimento.

FATTORI CLIMATICI

Dato un generico bacino ed ipotizzando che i valori del parametro “ai”, aree delle unità territoriali di riferimento, si mantengano costanti nel tempo, allora le variazioni della posizione dei limiti “dry” e “wetted” sono da imputarsi esclusivamente alle variazioni nel tempo e nello spazio dei valori della variabile hp altezza di precipitazione.

In particolare il processo di caratterizzazione dell’evento climatico anno solare è effettuato attraverso l’analisi e l’impiego dei valori medi mensili delle altezze di precipitazioni, che insieme ad altri parametri (), contribuiscono a descrivere le peculiarità climatiche locali o del contesto territoriale analizzato.

In questo caso, è stato considerato il regime delle precipitazioni medie mensili le cui variazioni nel tempo sono da imputarsi ai mutamenti climatici , sempre in essere, e di difficile determinazione, mentre sono note le loro variazioni nelle spazio.

Infatti, dall'analisi su scala globale dei dati ricavati dai casi esaminati è risultato che le posizioni dei limiti "dry" e "wetted", definita dagli elementi caratteristici di cui sopra, sono funzione della posizione geografica del contesto territoriale indagato e tale aspetto, appunto, è una conseguenza della variazione del clima locale che varia al variare della posizione geografica.

FATORI TOPOGRAFICI

Discretizzato l’ambito territoriale in esame in unità minori conformi e funzionali, in ragione dei criteri di indagine adottati nel presente modello, si procede alo studio di un generico evento meteo climatico, anche critico, sul piano orizzontale.

Per ogni unità minore della griglia di analisi costruita, si valuta ad intervalli di tempo regolari il valore o i valori medi delle altezze di precipitazione che in essa vi cadono ed in base a questi si valutano gli afflussi, intesi come volumi d’acqua, preferibilmente espressi in metri cubi.

La misura ad intervalli regolari si effettua discretizzando il lasso di tempo, durante il quale si è manifestato o si manifesta l’evento, in intervalli regolari minori appunto, la cui durata è funzione di molteplici fattori tra cui le caratteristiche dei dati a disposizione.

Gli annali idrologici ad esempio forniscono relativamente ad ogni evento registrato sia dati ad intervalli orari che dati ad intervalli giornalieri.

In funzione delle caratteristiche dell’evento analizzato, la cui durata può essere minore o maggiore del giorno, si può si adottano gli uni o gli altri.

Scelto il valore dell’intervallo di tempo da adottare, in fase di analisi, si procede a definire sul piano orizzontale la distribuzione geografica dei volumi d’acqua affluenti all’interno della griglia di analisi di riferimento.

Il presupposto su cui si basa il modello che si propone è dato dal fatto che considera unico e peculiare ogni evento meteo climatico di tipo pluviometrico se si considera la sola distribuzione spazio temporale dei valori delle altezze di precipitazione, ma ricorrente se si considera la distribuzione spazio temporale degli afflussi, intesi come volumi d’acqua caduti all’interno dell’ambito territoriale indagato.

ANALISI DELL’EVENTO SUL PIANO ORIZZONTALE

Sulla base dei presupposti sopra enunciati, si considera la variabile altezze di precipitazione estremamente mutevole nello spazio e nel tempo e, quindi, di difficile controllo, mentre la variabile volumi d’acqua di più facile controllo.

Per un generico bacino, definita la griglia di analisi sul piano orizzontale, si può ipotizzare che se non mutano radicalmente le caratteristiche morfologiche di questo nei tempi storici l’imbrifero risponde all’impulso meteo_climatico con modalità simili e ricorrenti al manifestarsi di eventi simili e ricorrenti.

Per caratteristiche simili si intendono le caratteristiche geometriche dei processi di interazione acque di precipitazione territorio fisico descritte attraverso la distribuzione geografica dei valori dei volumi d’acqua affluenti all’interno della griglia di analisi costruita.

In generale si ipotizza che ad eventi meteo_climatici descritti attraverso la distribuzione geografica degli afflussi all’interno di una griglia di analisi di riferimento corrisponde una risposta idrologica simile se non eguale detta anche locale in quanto differisce da bacino a bacino.

In sintesi, la distribuzione geografica degli afflussi ad ogni istante viene detta geometria di evento e la loro successione nell’intervallo di tempo durante il quale si manifesta l’evento meteo_climatico viene detta ricostruzione di evento.

Se due eventi presentano ricostruzioni di evento eguali vengono detti eguali e ricorrenti, mentre sono differenti se le relative ricostruzioni di evento differiscono radicalmente. 

Tra i casi estremi si verificano i casi simili e dissimili.

Nel modello che si propone l’evento ricorrente lo si riconosce se, messi a confronto, due eventi presentano in ogni istante geometrie di evento eguali o molto simili ovvero presentano la stessa ricostruzione di evento.

Dato un evento critico e noto manifestatosi in passato per questo si provvede alla sua ricostruzione così come dettato in precedenza e lo si assume ad evento di riferimento.

Per questo evento si definisce il relativo codice di evento dato dal nome della località in cui ha prodotto maggiori danni e dalla data in cui si è manifestato.

Per ogni bacino in funzione della sua storia recente si può supporre che possano esistere più eventi noti e quindi più eventi di riferimento.

Per un evento critico e di riferimento, inoltre, si provvede alla realizzazione della sua ricostruzione di evento sul piano orizzontale nei modi suddetti ed in seguito alla realizzazione del grafico di sintesi e di altre soluzioni grafiche che forniscano un quadro completo in un contesto spaziale tridimensionale.

Si mettano a confronto le geometrie di evento, ovvero la ricostruzione di evento, dell’evento di riferimento noto e quelle di un generico evento in corso e se in ogni istante queste coincidono o sono simili si può supporre che per le ragioni suddette il danno atteso sarà confrontabile altrimenti differente o riferibile ad altro evento critico noto e di riferimento.

FIUME MARTA 15_11_2005

MARZO 2023: IMPLEMENTAZIONE DEL MODELLO PREDITTIVO RISPOSTA IDROLOGICA LOCALE V.03_2023