SCENARI D'EVENTO E PREVISIONE DELLA RISPOSTA DEL SISTEMA VERSANTE-RETICOLO-OPERE DI DIFESA PER LA PREVENZIONE DEL DISSESTO IDROGEOLOGICO NEI BACINI MONTANI

Every year Italy is affected by several major hydro-geological events occurred in mountain or hilly basins. These phenomena can lead to dangerous situations on the human activity near streams. These can be summarized, as follows, in four types of phenomena: a) Shallow and deep landslides b) Debris/mud flows c) Debris-flood, bedload transport d) Flash – floods This project will focus especially on the second and third phenomenon. Sometimes it appears that events of great magnitude occur due to special situations (basin characteristics, rainfall patterns, ecc.) and not in relation to extreme hydrological input (return periode Tr = 100 - 200 years). One of the main aims of this study is to foresee the hazard concerning the whole of occurrence of alluvial events, when meteorological scenarios (extreme event or unfavorable succession of moderate events) are combined with possible scenarios of efficiency/vulnerability of defensive measures. Besides, the project aims to investigate the event influence on the system ‘hillslope-network-defense works’ with the purpose to identify interventions and prevention of natural disasters. It’s important to identify specific cases (small-medium basin, <= 100km2) and critical events which have showed set of hydrogeological problems in association with defense systems: - different storm patterns; climate change events; combined rainfall events; - snowmelt and antecedent soil moisture condition; - hydrogeological unfavorable conditions (karst, ecc..) These situations were used to analyze typical tools or methods to define design discharge (corrivation time and others) and call into question the influence of this parameters. Several post event back-analyses suggest scenarios of hazard of an intense event. Field observations were carried out in some cases at outlet of the basin and/or at subasin scale. The work of the thesis allowed to define quick empirical methods to measure the maximum discharge; these methods can be applied in other streams where hydraulic structures can obstruct the passage of unforeseen exceptional discharge. In addition, the project analyzes, for several case studies, if soil bioengineering techniques are functional and efficient during major alluvial events, combined with sediment. Literature already shows outcomes regarding the applicability of these methods in Alpine area; instead, a serious lack of information affects Prealpine areas, in particular concerning bankfull discharge and debris flood, ecc.. The aim, in this case, is to analyze the shear stress resistance of consolidation works (e.g. vegetated double-fence timber walls) in order to improve the design phase. The shear stresses, which were imposed by severe floods in six mountain streams, have been assessed through post event back analysis and field surveys. After the calculation of maximum shear stress at the bottom and at the banks, a dedicated database was created. This one was used to verify the efficiency of the protection works and to estimate their vulnerability accounting for contour shear stresses and form of sediment transport. The shear stress values were analyzed also to research a correlation with some morphological variables of stream reaches (local slope, channel width, stream power). Hydrodynamic modeling, such as FLO-2D, has been carried out to achieve useful information about the hazard conditions and to improve the design of defensive measures.The hazard mapping produced and the information identified by this thesis work will be useful tools for the assessment of Civil Protection acts and actions in organizing prevention and rescue activities. The study areas are located in the North-East Prealpine area (Veneto Region) and Bolzano autonomous Province, precisely in: - Alto Vicentino (Basins: Leogra e tributari); - Rio Secco basin (Brentino-Belluno, VR) - Corin creek basin (Follina, TV) - Rio Gadria basin (Lasa, BZ) - Rio Tulve basin(Val di Vizze, BZ)Il nostro Paese viene colpito ogni anno da numerosi gravi eventi di dissesto idrogeologico che interessano bacini montani o collinari. Tali fenomeni possono provocare situazioni di pericolosità sulle diverse attività antropiche localizzate nelle zone di influenza dei torrenti. Gli eventi di dissesto idrogeologico che maggiormente interessano il nostro paese, possono essere riassunti in quattro tipologie di fenomeno: a) Frane superficiali e profonde b) Colate detritiche o di fango (Debris o mud -flow) c) Trasporto solido (Debris – flood, bed trasport) d) Piene improvvise (Flash - flood) In questo studio si tratterà più nello specifico del secondo e del terzo fenomeno e in misura minore degli altri due. Talvolta eventi di forte magnitudo si verificano a causa di particolari situazioni (caratteristiche predisponenti a scala di bacino, pattern di precipitazione critici, ecc.) che non corrispondono necessariamente a input idrologici eccezionali (Tempo di ritorno Tr = 100, 200 anni). Uno dei principali obiettivi di questo studio è prevedere la pericolosità complessiva di eventi alluvionali, dove gli scenari meteorologici (un evento estremo, la presenza di fusione nivale, la successione sfavorevole di eventi più moderati) si combinano ai possibili scenari di efficienza/vulnerabilità dei sistemi di difesa. In bacini montani di piccola – media scala (<= 100 km2) è stata analizzata la probabile risposta all'evento conseguentemente alla presenza di situazioni predisponenti come: - lo sviluppo temporale dell'evento piovoso (diversi "storm pattern", scenari in linea con i cambiamenti climatici, multitemporalità di eventi piovosi); - la presenza del manto nevoso sul terreno (snowmelt) e condizioni di umidità antecedente; - idrogeologia sfavorevole (influenza del carsismo e delle falde sotterranee). Focalizzando sulle condizioni predisponenti che possono condizionare il successivo calcolo di progetto, volte anche a stimare la risposta del sistema "versante - reticolo - opere di difesa", si possono approfondire i classici metodi di stima della risposta liquida e solida (ad es. il tempo di corrivazione), in termini di pericolo, per analizzare anche eventi teoricamente di basso Tr ma che eguagliano, come conseguenze, eventi con un Tr più elevato. Si mette in discussione il concetto di Tempo di corrivazione critico (Tc) tramite l'analisi dell'importanza delle condizioni predisponenti. Lo studio della risposta idrologica è stato condotto in a scala di bacino e su fenomeni con scala spaziale e temporale diversa a seconda del territorio colpito dall'evento: - a livello di sezione di chiusura per analisi di scenari di pericolo per territori urbanizzati (mappatura del pericolo, determinazione di strumenti e prescrizioni di Protezione Civile atti a organizzare le attività di prevenzione e le eventuali operazioni di soccorso) - a livello di sottobacini per l'analisi dell’efficienza e dell’eventuale vulnerabilità dei sistemi di difesa presenti nel reticolo idrografico anche secondario (risposta delle opere e limiti di resistenza). Il lavoro è stato supportato da attente e precise indagini di campo condotte rispetto a uno o più eventi secondo la metodologia della back analysis su eventi di particolare impatto territoriale. Con tali informazioni, oltre a poter ben descrivere e ricostruire i vari eventi alluvionali analizzati, è stato possibile disporre di un database di dati conoscitivi e analitici (per ciascuna situazione) utili per ulteriori studi di ricerca o progettazioni all'interno del bacino. A scala di sottobacino, è stata analizzata l’influenza delle opere di Sistemazione Idraulico-Forestale (SIF) sugli eventi alluvionali intensi, con annesso trasporto solido. In area Alpina sono già presenti risultati in letteratura rispetto alla risposta di tali tecniche, per l'area Prealpina, invece - soprattutto in funzione di eventi come piene al bankfull, trasporto solido di massa, ecc. - le informazioni risultano scarse. L'obiettivo, in questo caso, è di ricercare soglie di applicazione delle tecniche di SIF per valori di massima sopportazione di sforzo tangenziale agente. Tali soglie sono utili per classificare le tipologie di intervento applicabili in diverse situazioni. Lo sforzo tangenziale è stato oggetto di un’analisi specifica per ricercare una possibile correlazione con alcuni parametri morfometrici dei tratti analizzati (pendenza del canale, larghezza del canale e stream power). Si sono utilizzate simulazioni idrologiche e idrodinamiche con modelli bidimensionali, come per esempio il modello FLO-2D, per restituire informazioni molto utili per la produzione di mappe di pericolo raffinate e per la realizzazione di opere di difesa mirate. La mappatura e le informazioni raccolte potranno essere utili per la determinazione di strumenti e prescrizioni di Protezione Civile atti a organizzare le attività di prevenzione e le eventuali operazioni di soccorso. Le zone di studio si estendono nell’area Alpina e Prealpina: - Torrenti Leogra e tributari (Alto Vicentino); - Rio Secco (Brentino-Belluno, VR) - Bacino del torrente Corin (Follina, TV) - Bacino del torrente Gadria (Lasa, BZ) - Bacino del torrente Tulve (Val di Vizze, BZ