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Approfondimenti » Rischio Idrogeologico » Fenomeni Torrentizi
 

Il modello DEFENSE

Dall'esperienza consolidata di Arpa Piemonte nello sviluppo di sistemi di allertamento nasce un metodo innovativo per la previsione tipologica e di occorrenza di quei fenomeni che interessano i piccoli bacini montani, noti nella letteratura internazionale con il nome di debris flow.
Lo scopo perseguito e raggiunto in tale ambito è stato quello di individuare alcune caratteristiche chiave, proprie dei bacini, tali da essere facilmente reperibili e sufficienti per definire in modo univoco ed a priori il tipo di fenomeno che può verificarsi a fronte una particolare tipologia di evento pluviometrico con date caratteristiche di estensione, durata e correlate altezze di pioggia.

I sistemi di allarme tradizionali sono di solito basati su soglie di precipitazione derivate da pluviometri, ma le reti a terra sono spesso inadeguate a descrivere dettagliatamente un campo di pioggia nelle zone di montagna. I radar polarimetrici sono invece in grado di fornire in tempo reale una stima affidabile delle precipitazioni con elevata risoluzione spaziale e temporale. Al Centro Funzionale di Arpa Piemonte è stato realizzato un sistema di monitoraggio e nowcasting dei fenomeni torrentizi denominato DEFENSE (DEbris Flows triggEred by storms - Nowcasting SystEm) (Tiranti et al., under review) basto sulla nuova classificazione dei bacini alpini e sull'identificazione dei temporali tramite il radar meteorologico che, attraverso l'utilizzo di un algoritmo per la loro identificazione e il loro tracciamento, denominato TREC (Tracking Radar Echoes by Correlation), è in grado di seguire una o più celle temporalesche durante la loro evoluzione. Attraverso un'architettura PostgresSQL/PostGIS si individuano i bacini alpini interessati dal temporale e  valutando il solido di precipitazione sul bacino dalla stima del radar meteorologico è possibile stabilire la probabilità che un processo torrentizio si inneschi in quei bacini.

Fenomeni considerati

I debris flow sono fenomeni frequenti nelle valli alpine e con un alto potenziale distruttivo. Recentemente è stata proposta una classificazione dei bacini alpini in tre tipologie partendo dalla litologia prevalente del loro substrato (Tiranti et al., 2008):

1) bacini di classe Excellent Clay Maker (ECM): costituiti da rocce metamorfiche a grana fine finemente foliate (es. calcescisti, scisti, filladi);

2) bacini di classe Good Clay Maker (GCM): costituiti da rocce carbonatiche massive e/o grossolanamente stratificate/foliate (es. dolomie, calcari, marmi);

3) bacini di classe Bad Clay Maker (ECM): costituiti da rocce cristalline massicce o a grana grossa (es. granitoidi, gneiss, serpentiniti).

 

La natura delle rocce presenti influenza la reologia, i processi sedimentari, gli stili deposizionali e l’architettura dei conoidi alluvionali, la frequenza di occorrenza e la stagionalità d’innesco delle colate detritiche che hanno origine nei bacini stessi. In particolare, la suddetta classificazione comprende le cause scatenanti come parametro classificatore e distingue per ogni classe di bacino il tipo di precipitazione che può generare un flusso detritico. In base alla capacità di una litofacies di produrre argilla, silt argilloso o minerali argillosimili, che andranno a costituire la frazione fine del detrito disponibile alla mobilizzazione, si avranno processi di trasporto in massa contraddistinti da reologie molto differenti che ne condizioneranno innesco, propagazione e deposizione. I bacini GCM e ECM sono in grado di produrre rispettivamente discrete ed abbondanti quantità di argilla, silt argilloso o argillosimili (da cui deriva un comportamento viscoplastico dei flussi detritici), mentre i bacini di tipo BCM producono trascurabili quantità di tali costituenti della frazione fine (da cui un comportamento collisionale-frizionale dei flussi detritici). Le caratteristiche dei processi torrentizi determinano direttamente le caratteristiche dei conoidi alluvionali, i quali saranno contraddistinti a seconda del gruppo litologico di appartenenza del bacino che li alimenta, come segue:

1) ECM: conoide alluvionale di forma irregolare e di ridotte dimensioni rispetto all’area del bacino alimentante, caratterizzato da pendenze moderate;

2) GCM: conoide alluvionale con forma a ventaglio regolare, con un profilo debolmente pendente, molto ampio rispetto all’area del bacino alimentante;
3) BCM: conoide alluvionale con forma lobata e di ridotte dimensioni rispetto all’area del bacino alimentante, caratterizzato da pendenze anche elevate in apice di conoide.
 

Inoltre, in base alle caratteristiche morfometriche dei bacini è possibile distinguere il tipo di processo torrentizio che più probabilmente si può manifestare all’insorgere delle cause innescanti. In particolare, a seconda di tali caratteristiche (inclinazione e lunghezza del canale principale, pendenza media e dimensioni del bacino, ecc.) si possono verificare prevalenti:
flash flood (piene torrentizie con concentrazioni di sedimento basse);
debris flood (flussi iperconcentrati con alte concentrazioni di sedimento trasportato ma ancora subordinato alla componente liquida);
debris flow (con altissime concentrazioni di sedimento trasportato, dove la componente solida prevale la liquida).

Principali caratteristiche distintive per le 3 classi di bacino

 Classe di bacino

Area conoide/bacino [%] media

Processo principale

Stile deposizionale

ECM

(ottimo produttore di argilla)

5

Flussi detritici coesivi (comportamento viscoplatico)

Cordoli asimmetrici con fianchi molto inclinati; lobi

GCM

(buon produttore di argilla)

20

Flussi detritici coesivi (comportamento viscoplatico)

Cordoli simmetrici con fianchi poco inclinati; lobi

BCM

(scarso produttore di argilla)

5

Flussi detritici non coesivi (comportamento collisionale-frizionale)

“Treni” di blocchi; lobi-coni detritici

Classe di bacino

Intervallo di occorrenza [anni]

Intensità di pioggia minime per l’innesco

Stagione dei maggiori inneschi

ECM

(ottimo produttore di argilla)

2

Temporali di intensità moderata

(≥20 mm/h)

Estate

GCM

(buon produttore di argilla)

5

Temporali di intensità elevata

(≥30 mm/h)

Tarda primavera

BCM

(scarso produttore di argilla)

20

Temporali di intensità molto elevata

(≥50 mm/h)

Autunno e primavera (raramente in estate)

 

Riferimenti

Tiranti D., Cremonini R., Marco F., Gaeta A.R., Barbero S. (2014) The DEFENSE (DEbris Flows triggEred by storms - Nowcasting SystEm): an early warning system for torrential processes by radar storm tracking using a Geographic Information System (GIS). Computers & Geosciences 70: 96-109; Elsevier. DOI: 10.1016/j.cageo.2014.05.004

 

Tiranti D., Bonetto S., Mandrone G. (2008) Quantitative basin characterization to refine debris-flow triggering criteria and processes: an example from the Italian Western Alps. Landslides, Volume 5, Number 1/February 2008 “Debris Flow Hazards”, Pages 45-57; Springer-Verlag. DOI: 10.1007/s10346-007-0101-4