Previsione di innesco delle colate detritiche incanalate (debris flow)

Il Piemonte dispone di un Sistema di Allerta Regionale per il Rischio Idrogeologico e Idraulico, per finalità di protezione civile, approvato con specifica Delibera di Giunta Regionale, sviluppato e gestito da Arpa Piemonte. Il sistema di allerta regionale per la previsione dei processi di versante è stato sviluppato dal Centro Funzionale Regionale di Arpa Piemonte ed è basato sudiversi modelli concepiti ad hoc per fenomeni gravitativi di diversa tipologia, il cui innesco è generalmente determinato da precipitazioni di diversa durata e intensità, nonché da una diversa influenza esercitata dalle precipitazioni antecedenti.

Al Centro Funzionale Regionale di Arpa Piemonte è stato realizzato anche un sistema di monitoraggio e nowcasting dei fenomeni torrentizi denominato DEFENSE.

DEFENSE (DEbris Flows triggEred by storms - Nowcasting SystEm)

Attraverso un'architettura PostgresSQL/PostGIS si individuano i bacini alpini che sono, o saranno interessati da piogge potenzialmente pericolose, stimando il solido di precipitazione tramite il sistema di radar meteorologici, potendo così valutare la probabilità di innesco di processi torrentizi nei bacini stessi.

I bacini alpini sono stati classificati in tre tipologie partendo dalla litologia prevalente del loro substrato (classificazione Clay Weathering Index - CWI), la quale governa i processi che in questi avvengono:

- bacini Excellent Clay Maker (ECM) contraddistinti da conoidi alluvionali di forma irregolare, con pendenze moderate, di ridotte dimensioni rispetto all’area del bacino alimentante (5%) e caratterizzati da flussi detritici coesivi (comportamento viscoplastico). Tali bacini hanno una frequenza di inneschi molto elevata (in media regionale 1 innesco ogni 2 anni), sono sensibili a piogge di moderata intensità (≥20 mm/h) e la stagione prevalente di innesco è l’estate, dove sono più frequenti i temporali;

- bacini Good Clay Maker (GCM) contraddistinti da conoidi alluvionali a forma di ventaglio regolare, con profilo debolmente pendente, molto ampi rispetto all’area del bacino alimentante (20%), e caratterizzati da flussi detritici coesivi (comportamento viscoplastico). Tali bacini hanno una frequenza di inneschi moderatamente elevata (in media regionale 1 innesco ogni 5 anni), sono sensibili a piogge di forte intensità (≥30 mm/h) e la stagione prevalente di innesco risulta essere la tarda primavera (maggio-giugno), dove le precipitazioni sono caratterizzate da componenti sia convettive che advettive;

- bacini Bad Clay Maker (ECM) contraddistinti da conoidi alluvionali di forma lobata, con pendenze anche elevate in apice di conoide, di dimensioni variabili, ma con valori sempre al di sotto del 10% dell’area del bacino alimentante, sono inoltre caratterizzati da flussi detritici non coesivi (comportamento collisionale-frizionale). Tali bacini mostrano una bassa frequenza di inneschi (in media regionale 1 oltre i 10 anni), sono sensibili a piogge di intensità molto forte (≥50 mm/h) e le stagioni prevalenti di innesco risultano essere la primavera e l’autunno, dove le precipitazioni sono principalmente caratterizzate da dall’essere estese, prolungate e spesso a carattere estremo. In estate gli inneschi sono rari poiché causati da supercelle temporalesche di forte intensità o fronti temporaleschi caratterizzati da intensità e stazionarietà elevate.

Inoltre, secondo Tiranti et al. (2016) i bacini alpini sono stati ulteriormente suddivisi in bacini in grado di generare o meno colate detritiche in base alla morfometria e al rapporto tra l'area del substrato roccioso affiorante e la copertura vegetale.

È stato dimostrato che il rapporto tra l’area del substrato roccioso affiorante e quella della copertura vegetale all’interno di un dato bacino, e di conseguenza la capacità di un bacino di generare colate detritiche, è fortemente influenzato dal verificarsi di incendi boschivi che coinvolgono gran parte dell’area di un dato bacino (Tiranti et al., 2021). In caso di incendi che coinvolgano un bacino, le soglie di innesco per le colate detritiche possono abbassarsi dal 20% al 60% rispetto ai valori standard, poiché la distruzione delle aree vegetate aumenta le aree del bacino a minor permeabilità (assimilabili ad un substrato roccioso) facendo aumentare virtualmente e per un periodo di tempo limitato (qualche mese) la percentuale di substrato roccioso affiorante. Quotidianamente, le perimetrazioni degli incendi derivate dalle osservazioni satellitari (European Forest Fire Information System – EFFIS - Copernicus) sono acquisite e messe in relazione con i bacini alpini tramite intersezione delle rispettive geometrie in ambiente GIS, al fine di verificare l’eventuale interessamento di un bacino da parte di un incendio boschivo e procedere in automatico all’abbassamento delle soglie di innesco.

Per l'identificazione e il tracciamento dei temporali viene utilizzato un algoritmo denominato TREC (Tracking Radar Echoes by Correlation) in grado di seguire una o più celle temporalesche durante la loro evoluzione e definirne le caratteristiche principali. Quando una o più celle temporalesche di intensità nota interessano, o interesseranno nell’ora successiva, uno o più bacini sensibili a quel tipo di precipitazione, il sistema produrrà un’allerta.

Le ellissi nella figura sottostante rappresentano le celle temporalesche, identificate dal radar, a cui viene assegnata una colorazione in base a un indice di severità crescente (da 1 a 5). I tracciati in rosso rappresentano i percorsi osservati e previsti delle celle e i numeri nel centroide dell’ellisse possono indicare, l’ora di tracciamento o il valore massimo di riflettività del radar (in dBZ), che corrisponde a un’intensità di precipitazione in mm/h. Nella figura seguente è riportata a titolo d’esempio una situazione di allerta per un bacino (poligono in giallo) su cui sono indicate la data e l’ora di emissione dell’allerta a seguito della quale si è effettivamente verificato un fenomeno torrentizio.

Per le previsioni a breve-medio termine si utilizzano come input le previsioni meteorologiche quantitative (QPE/QPF) per valutare a cadenza oraria, nell’intervallo di 48 ore dal momento dell’acquisizione delle previsioni meteorologiche (emissione quotidiana alle ore 00:UTC), l’eventuale occorrenza di uno o più fenomeni di colata detritica che possono verificarsi al superamento dei valori soglia di precipitazione, in piccoli bacini alpini ricadenti all’interno di una più ampia sezione valliva del bacino principale (Macrobacini, rappresentati nella figura seguente). Al contrario delle simulazioni operate tramite l’input da radar meteorologico, che interessano singolarmente e separatamente i 2100 bacini alpini, le previsioni meteorologiche quantitative a cadenza oraria sono caratterizzate da una risoluzione spaziale più bassa rispetto alle stime radar, a causa dei limiti imposti delle dimensioni della griglia utilizzata dal modello previsionale COSMO-2I e ICON-IT (rispettivamente di 2,2 e 2,5 Km di risoluzione orizzontale). Per questo motivo, a tutti i piccoli bacini compresi in un dato Macrobacino è assegnato il medesimo valore di pioggia oraria prevista per le varie scadenze temporali.

Nella figura seguente è riportato a titolo d’esempio il confronto tra massimi di pioggia oraria previsti e le soglie di innesco assegnate ai bacini ricadenti all’interno del Macrobacino della Dora di Cesana Torrente (Dora Riparia).

Le elaborazioni riguardanti la probabilità di innesco di processi torrentizi operate dal modello DEFENSE hanno cadenza oraria e sono pubblicate quotidianamente (eccezion fatta per i giorni festivi in assenza di codice arancione e superiore) entro le ore 13. In caso di codice arancione o rosso, la sintesi delle elaborazioni del modello possono essere pubblicate più volte in un singolo giorno per fornire aggiornamenti sugli gli scenari di innesco dei debris flow nel corso di un evento pluviometrico severo.

Riferimenti bibliografici

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 - Tiranti D., Bertolotto P., Cremonini R., Gaeta A.R., Vela N. (2023) The Territorial Debris Flow Early Warning System of Piemonte (North-western Italy). E3S Web of Conf. 415 03030 (2023). 
-Tiranti D., Cremonini R., Sanmartino D. (2021) Wildfires effect on debris flow occurrence in Italian Western Alps: preliminary considerations to refine debris flow early warnings system criteria. Geosciences 2021, 11, 422. 
-Tiranti D., Crema S., Cavalli M., Deangeli C. (2018) An Integrated Study to Evaluate Debris Flow Hazard in Alpine Environment. Front. Earth Sci. 6:60. 
-Tiranti D., Cavalli M., Crema S., Zerbato M., Graziadei M., Barbero S., Cremonini R., Silvestro C., Bodrato G., Tresso F. (2016) Semi-quantitative method for the assessment of debris supply from slopes to river in ungauged catchments. Science of the Total Environment 554–555: 337–348. 
-Tiranti D., Cremonini R., Asprea I., Marco F. (2016) Driving Factors for Torrential Mass-Movements Occurrence in the Western Alps. Front. Earth Sci. 4:16.
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-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. 
-Deangeli C., Paltrinieri E., Tiranti D. (2013) Debris flow analysis: from lithological classification of the basin to deposition. Landslide Science and Practice V. 3: Spatial analysis and modeling, Chap. 2: Rapid landslide runout analysis. Margottini C., Canuti P., Sassa K. (Eds), 301-307; Springer-Verlag. 
-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 5 (1): 45-57.