Dipartimento di Ingegneria Idraulica, Ambientale, Infrastrutture Viarie, Rilevamento Sezione di Costruzioni Idrauliche e Marittime e Idrologia Responsabile: Prof. Renzo Rosso Contratto di Consulenza tra Provincia di Imperia e Politecnico di Milano, DIIAR in tema di Valutazione delle portate e dei volumi idrici di piena del Torrente Argentina RREELLAAZZIIOONNEE FFIINNAALLEE Ottobre 2007 Politecnico di Milano Dipartimento di Ingegneria Idraulica, Ambientale, Infrastrutture Viarie, Rilevamento Sezione di Costruzioni Idrauliche e Marittime e Idrologia Piazza Leonardo da Vinci, 32 20133 Milano Tel. 02 2399 6226/6295 Fax 02 2399 6207 [email protected] www.diiar.polimi.it Questo rapporto è il prodotto della consulenza conferita da parte della Provincia di Imperia al Politecnico di Milano, Dipartimento di Ingegneria Idraulica, Ambientale, Infrastrutture Viarie e Rilevamento (DIIAR), Sezione Costruzioni Idrauliche e Marittime e Idrologia (CIMI) e attuata sotto la responsabilità del Prof. Renzo Rosso. Alla stesura di questo Rapporto ha collaborato l’Ing. Daniele Bocchiola, PhD, ricercatore presso la stessa Sezione CIMI del DIIAR, che ha contributo in modo sostanziale sia alle fase di raccolta ed elaborazione dei dati, sia alla definizione delle metodologie sviluppate in questa sede. Un ringraziamento va infine all’Ing. Cristian Arzoni, che ha coadiuvato i ricercatori nella fase di raccolta ed elaborazione dei dati idrologici e cartografici, nonché al Sig. Antonino Palomba della Regione Liguria, che ha fornito con sollecitudine e perizia il materiale storico relativo alle osservazioni pluviometriche e idrometriche di dettaglio archiviate in originale presso la stessa Regione Liguria. Renzo Rosso Milano, Ottobre 2007 Valutazione delle portate e dei volumi idrici di piena del Torrente Argentina – Relazione finale Pagina 2/126 Indice SINTESI............................................................................................................................................................................5 INTRODUZIONE............................................................................................................................................................7 1. ANALISI PRELIMINARE DEGLI STUDI PRECEDENTI....................................................................................9 1.1. PRECIPITAZIONI INTENSE E PORTATE DI PIENA DEL PIANO DI BACINO DELL’AMBITO 4, ARGENTINA.......................9 1.1.1. Regime pluviale dei nubifragi.........................................................................................................................9 1.1.2. Portata al colmo di piena..............................................................................................................................10 1.2. PRECIPITAZIONI INTENSE E PORTATE DI PIENA DEL TORRENTE ARGENTINA, UNIVERSITÀ DI TRENTO (2005)........11 1.2.1. Regime pluviale dei nubifragi.......................................................................................................................11 1.2.2. Portata al colmo di piena..............................................................................................................................12 1.3. OSSERVAZIONI.......................................................................................................................................................13 2. DEFINIZIONE DELLE METODOLOGIE DI ANALISI......................................................................................14 2.1. METODO DELLA PORTATA INDICE..........................................................................................................................14 2.2. VALUTAZIONE DEL FATTORE DI CRESCITA.............................................................................................................15 2.3. VALUTAZIONE DELLA PORTATA INDICE.................................................................................................................19 2.3.1. Metodo (diretto) AFS....................................................................................................................................20 2.3.2. Metodo (indiretto) della traslazione scala invariante di stime dirette.........................................................21 2.3.3. Metodo (indiretto) delle tracce storico-documentali.....................................................................................21 2.3.4. Metodo (indiretto) della simulazione dell’evento critico..............................................................................22 2.4. IDROGRAMMI DI PIENA DI RIFERIMENTO.................................................................................................................24 2.5. DATI TERRITORIALI E IDROLOGICI PER LO SVILUPPO DELLA METODOLOGIA...........................................................25 2.5.1. Dati territoriali..............................................................................................................................................25 2.5.2. Dati idrologici...............................................................................................................................................25 3. DATI IDROLOGICI E TERRITORIALI................................................................................................................26 3.1. RACCOLTA ED ORGANIZZAZIONE DEI DATI TERRITORIALI......................................................................................26 3.2. DERIVAZIONE DEL TEMATISMO RELATIVO ALLA CAPACITÀ DI ASSORBIMENTO DEL TERRENO (PARAMETRO CN) SU BASE CARTOGRAFICA......................................................................................................................................31 3.3. RACCOLTA ED ORGANIZZAZIONE DEI DATI IDROLOGICI.........................................................................................34 4. REGIME PLUVIALE DEI NUBIFRAGI................................................................................................................39 4.1. METODOLOGIA DI ANALISI STATISTICA..................................................................................................................39 4.2. METODO SIGEV (SCALE INVARIANCE GENERALIZED EXTREME VALUE).............................................................39 4.3. ANALISI DELLE SERIE CAMPIONARIE E PREVISIONI STATISTICHE............................................................................40 Valutazione delle portate e dei volumi idrici di piena del Torrente Argentina – Relazione finale Pagina 3/126 5. PORTATA AL COLMO DI PIENA.........................................................................................................................50 5.1. PORTATA DI PIENA DEL TORRENTE ARGENTINA A MERELLI: STIMA CON IL METODO DIRETTO AFS.......................50 5..1.1. Dati idrometrici disponibili e portata indice................................................................................................50 5.2. Portata di massima piena nella stazione di Merelli.........................................................................................50 5.2. PORTATA DI PIENA DEL TORRENTE ARGENTINA A MERELLI: ANALISI CON IL METODO DELLE TRACCE STORICHE..54 5.3. STIMA DEI COLMI DI PIENA IN SEZIONI NON STRUMENTATE TRAMITE TRASLAZIONE SCALA INVARIANTE...............56 5.4. PORTATA DI PIENA DEL TORRENTE ARGENTINA A MERELLI: STIMA CON IL METODO INDIRETTO DELLA SIMULAZIONE IDROLOGICA.............................................................................................................................58 5.4.1. Metodo dell’evento critico............................................................................................................................58 5.4.2. Calcolo della piena indice tramite evento critico.........................................................................................60 5.4.3. Calcolo della portata al colmo di piena T-ennale.........................................................................................61 5.5. STIMA DEI COLMI DI PIENA IN SEZIONI NON STRUMENTATE TRAMITE METODO DELL’EVENTO CRITICO..................62 5.5.1. Proprietà dei sottobacini di interesse............................................................................................................62 5.5.2. Calcolo della sollecitazione pluviometrica...................................................................................................62 5.5.3. Calcolo del fattore CN e dei tempi di ritardo................................................................................................65 5.5.4. Calcolo delle piene per assegnato periodo di ritorno...................................................................................66 5.6. CONFRONTO CON LE STIME DEL PIANO DI BACINO.................................................................................................67 6. IDROGRAMMI DI RIFERIMENTO.......................................................................................................................71 6.1. SIMULAZIONE DELL’EVENTO IDROMETEOROLOGICO CRITICO................................................................................71 6.2. SIMULAZIONE DEGLI IDROGRAMMI EQUIVALENTI.................................................................................................74 6.3. IDROGRAMMI DI PIENA NELLE SEZIONI NON STRUMENTATE...................................................................................75 6.4. IDROGRAMMI DI PIENA CONDIZIONATI...................................................................................................................75 7. CONSIDERAZIONI CONCLUSIVE.......................................................................................................................80 BIBLIOGRAFIA............................................................................................................................................................82 APPENDICE A. MODELLAZIONE DI EVENTI DI PIENA...................................................................................86 A.1. IMPOSTAZIONE DEL PROBLEMA DI IDENTIFICAZIONE DEL MODELLO.....................................................................86 A.2. MODELLO IDROLOGICO DI PIENA...........................................................................................................................86 A.2.1. Modello Auto-affine di attenuazione.............................................................................................................86 A.2.2. Metodo SCS_CN...........................................................................................................................................87 A.2.3. Metodo IUH_GAMMA..................................................................................................................................89 A.3. TARATURA E VALIDAZIONE DEL MODELLO...........................................................................................................89 A.3.1. Stima del parametro CN su base cartografica..............................................................................................89 A.3.2. Calibrazione tramite simulazione di evento..................................................................................................92 A.3.3. Validazione del modello................................................................................................................................94 APPENDICE B. CONSIDERAZIONI SULLE SCALE DI DEFLUSSO DEL TORRENTE ARGENTINA A MERELLI.........................................................................................................................................................96 B.1. LA STAZIONE DI MERELLI.....................................................................................................................................96 B.2. VALUTAZIONE DELLA SCALA DI DEFLUSSO PER L’ANNO 2004...............................................................................97 APPENDICE C. TABELLE DEGLI IDROGRAMMI DI RIFERIMENTO NELLE SEZIONI SALIENTI DEL BACINO DEL TORRENTE ARGENTINA................................................................................................102 Valutazione delle portate e dei volumi idrici di piena del Torrente Argentina – Relazione finale Pagina 4/126 Sintesi Il presente rapporto viene reso quale prodotto finale della consulenza conferita da parte della Provincia di Imperia al Politecnico di Milano, Dipartimento di Ingegneria Idraulica, Ambientale, Infrastrutture Viarie e Rilevamento, Sezione Costruzioni Idrauliche e Marittime e Idrologia, e attuata sotto la responsabilità del Prof. Renzo Rosso, responsabile della Sezione stessa. Il rapporto fornisce una valutazione della portata al colmo massima annuale con periodo di ritorno compreso tra 10 e 500 anni per le sezioni idrografiche di interesse del torrente Argentina e dei suoi affluenti, corrispondenti ai siti identificati lungo la rete idrografica in sede di pianificazione di bacino. A tal fine il lavoro svolto si avvale dei dati storici e delle osservazioni idrologiche disponibili, nonché dei dati territoriali dell’area in esame, che vengono impiegati onde particolarizzare nei siti di interesse la tecnica di valutazione regionale proposta del metodo VAPI del CNR-GNDCI, riferita alla zona omogenea in cui ricade la Liguria tirrenica. In questo contesto, è stato costruito, tarato e validato anche un modello di trasformazione afflussi-deflussi per la valutazione indiretta dalla piena indice e sono state elaborate le stime statistiche per la caratterizzazione del regime pluviale dei nubifragi. Il rapporto fornisce altresì gli idrogrammi di riferimento negli stessi siti, ai fini dello studio di dettaglio della pericolosità idraulica nelle aree potenzialmente inondabili e della progettazione di opere di sistemazione idraulica della rete idrografica. L’attività svolta ha quindi portato alle • valutazioni della portata temibile nelle sezioni salienti identificate dal vigente Piano di Bacino, riportate nella Tabella sotto riportata, ottenuta tramite l’applicazione della curva di crescita GEV regionale e la stima della portata indice con il metodo della simulazione idrologica dell’evento critico, nonché alle • valutazioni degli idrogrammi di riferimento per le stesse sezioni idrografiche, eseguita con il metodo della simulazione dell’evento idrometeorologico critico, i cui risultati sono riportati in forma tabellare in Appendice C. L’analisi condotta ha messo peraltro in luce la situazione di notevole carenza strumentale nel bacino preso in esame, tenendo conto che il torrente Argentina drena una superficie di più di 200 kmq. Per quanto riguarda le misure idrometriche, la presenza della sola stazione di Merelli comporta forti incertezze nelle valutazioni di piena e, più in generale, dei deflussi fluviali nei bacini montani. Sarebbe quindi opportuno procedere all’installazione di almeno due stazioni in siti fluviali di chiusura dei sottobacini principali. Sotto il profilo delle misure pluviometrico-pluviografiche, la rete è fortemente carente, con una densità dell’ordine di uno strumento ogni 70 Kmq. Essa non è quindi in grado di catturare in modo soddisfacente la variabilità delle precipitazioni con fattori importanti quali la quota, l’esposizione, la distanza dal mare e dallo spartiacque settentrionale. All’Amministrazione committente si consiglia quindi di prestare particolare attenzione a questa situazione, facendo presente l’importanza e l’urgenza di migliorare la rete idrometeorologica agli enti pubblici preposti alla installazione e alla gestione della rete di misura idrometeorologica. Per quanto risulta ai consulenti, l’ARPAL già sta cercando di ovviare a tale problema tramite nuove installazioni: una accelerazione di tale attività può consentire di ridurre in modo sostanziale la maggiore fonte di incertezza delle valutazioni idrologiche nel bacino del torrente Argentina, ossia la carenza strumentale. Valutazione delle portate e dei volumi idrici di piena del Torrente Argentina – Relazione finale Pagina 5/126 Stime dei valori di portata indice e per tempi di ritorno salienti nelle sezioni non strumentate del torrente Argentina. Metodo GEV regionale con portata indice stimata con il metodo della Simulazione dell’Evento Critico. Area q q q q q indice 50 100 200 500 Corso d’Acqua Sezione [Km2] [m3s-1] [m3s-1] [m3s-1] [m3s-1] [m3s-1] Argentina Alla foce 208.68 327 1074 1353 1690 2245 Argentina A Taggia 200.54 306 1004 1265 1579 2098 Argentina Merelli 192.20 299 982 1236 1544 2051 Argentina T. Oxentina v 183.39 281 923 1163 1452 1929 Argentina T. Oxentina m 155.96 251 825 1039 1297 1723 Argentina T. Carpasina m 130.52 221 725 914 1141 1516 Argentina Ponte nuovo 118.65 212 698 879 1097 1458 Argentina Ponte Aigovo 114.86 209 687 865 1080 1435 Argentina A Agaggio 108.68 203 668 841 1050 1395 Argentina Ponte Gavano 84.87 168 553 696 869 1154 Argentina R. Capriolo v 82.24 150 491 619 773 1027 Argentina R. Capriolo m 55.58 108 354 446 557 740 Oxentina T. Argentina 27.77 57 187 236 295 392 Oxentina R. Ruglio m 22.72 47 154 194 241 321 Carpasina T. Argentina 19.31 37 122 153 191 254 Carpasina R. S. Antonio m 16.36 32 104 131 163 217 Carpasina Ponte Passetto 14.69 29 94 118 148 196 Carpasina Ponte Salini 6.87 15 48 60 75 100 Capriolo T. Argentina 26.5 63 207 261 326 433 Capriolo R. Corte m 14.35 36 119 149 186 247 Capriolo Ponte Molino C. 12.74 33 109 138 173 229 Corte R. Capriolo 11.65 29 96 120 151 200 Agaggio T. Argentina 4.43 10 32 40 50 67 S. Antonio T. Carpasina 2.88 6 21 26 33 44 Valutazione delle portate e dei volumi idrici di piena del Torrente Argentina – Relazione finale Pagina 6/126 Introduzione La consulenza è finalizzata a fornire una valutazione della portata al colmo massima annuale con assegnato periodo di ritorno per le sezioni idrografiche di interesse della rete idrografica del torrente Argentina, corrispondenti ai siti già identificati a suo tempo lungo tale rete idrografica in sede di pianificazione di bacino. Essa fornisce altresì gli idrogrammi di riferimento negli stessi siti, ai fini dello studio di dettaglio della pericolosità idraulica nelle aree potenzialmente inondabili e della progettazione di opere di sistemazione idraulica della rete idrografica. A tale fine, lo studio ha integrato le informazioni e le elaborazioni a scala locale, in base ai dati storici ed alle osservazioni idrologiche disponibili per il bacino di interesse, con i risultati ottenuti tramite la regionalizzazione statistica, riferita alla zona omogenea in cui ricade la Liguria tirrenica, secondo le indicazioni del progetto VAPI del CNR-GNDCI. Nel corso dell’attività svolta, sono stati sviluppati i seguenti prodotti. Parametrizzazione della LSPP per ogni sito stazione dei bacini del Torrente Argentina secondo il modello probabilistico GEV (Generalized Extreme Value) scala-invariante. Il modello, necessario agli sviluppi successivi dello studio, consente la valutazione dell'altezza (o del tasso medio) di precipitazione temibile a scala locale al variare della durata temporale con qualsivoglia periodo di ritorno (compreso indicativamente tra 10 e 200 anni). Questo aspetto è trattato nel Capitolo 4. Sviluppo del tematismo cartografico dell’indice di assorbimento CN SCS. Il prodotto, necessario agli sviluppi successivi dello studio, fornisce una valutazione di dettaglio della capacità di assorbimento locale del terreno in ragione della natura geolitologica dei suoli e dell’uso del suolo. Questo aspetto è trattato nel Capitolo 3. Valutazione della portata al colmo per assegnato periodo di ritorno. Il prodotto, fornito in forma grafica e tabellare, consiste nei valori di portata al colmo temibile per assegnati valori del periodo di ritorno compresi tra 10 e 500 anni, per ciascuna sezione idrografica di interesse, identificata lungo la rete idrografica in sede di pianificazione di bacino. Questo aspetto è trattato nel Capitolo 5. Valutazione delle portate e dei volumi idrici di piena del Torrente Argentina – Relazione finale Pagina 7/126 Valutazione degli idrogrammi di riferimento. Il prodotto, fornito in forma grafica e tabellare, consiste nell'idrogramma critico associato al valore di portata al colmo 50-ennale, nonché gli idrogrammi equifrequenziali associati a valori pari al 90% e al 75% di tale portata. Lo stesso prodotto viene fornito con riferimento al valore della portata al colmo 200-ennale per ciascuna sezione idrografica di interesse, identificata lungo la rete idrografica in sede di pianificazione di bacino. Questo aspetto è trattato nel Capitolo 6. Per lo svolgimento dello studio, sono stati altresì esaminati in via preliminare alcuni precedenti studi, che furono condotti in passato ai fini delle valutazioni di piena, che sono stati forniti ai consulenti dalla committente Provincia di Imperia. Questo aspetto è trattato nel Capitolo 1. Nel Capitolo 2, infine, si richiamano le metodologie adottate in questa sede ai fini delle valutazioni condotte in materia di portata al colmo e di volume di piena, mentre nel Capitolo 3 si riferisce delle attività di raccolta e organizzazione dei dati utilizzati. Valutazione delle portate e dei volumi idrici di piena del Torrente Argentina – Relazione finale Pagina 8/126 1. Analisi preliminare degli studi precedenti In via preliminare, sono stati presi in esame gli studi idrologici sulle massime piene fatti pervenire dalla Provincia di Imperia. In particolare, si tratta (1) dello studio idrologico contenuto nel piani di bacino del torrente Argentina (contenuto nel Capitolo 2, Paragrafo 7, del Piano di Bacino dell’Ambito 4, Argentina); e (2) dello “Studio Idrologico del Torrente Argentina” a cura di R. Rigon, S. Franceschi e A. Antonello dell’Università di Trento. Nel seguito, si riporta una breve disamina di tali studi e dei risultati ottenuti, utile alla definizione delle metodologie da adottare ai fini della valutazione idrologica di portate e idrogrammi di piena per gli studi idrologico-idraulici di dettaglio, la pianificazione e la progettazione delle azioni di mitigazione del rischio alluvionale. 1.1. Precipitazioni intense e portate di piena del Piano di Bacino dell’Ambito 4, Argentina 1.1.1. REGIME PLUVIALE DEI NUBIFRAGI Per le stazioni pluviometriche di Merelli, Triora, Arma di Taggia (a titolo indicativo, in quanto si tratta di una stazione privata di tipo “hobbystico”, priva di controllo di consistenza della serie osservata rispetto agli standard dei servizi tecnici) sono stati presi in esame le piogge massime annuali per durate comprese tra 1 e 24 ore. In base a tali dati, tali serie sono state “regolarizzate” utilizzando sia la distribuzione di probabilità del valore estremo di I tipo (legge di Gumbel) sia la distribuzione lognormale (Legge di Gibrat-Galton) per la valutazione delle “curve di possibilità climatica”. Le relative parametrizzazioni e le conseguenti previsioni statistiche sono riportate e, quindi, è possibile condurre previsioni sul regime dei nubifragi. Il Piano di Bacino confronta anche tali risultati con quanto previsto dal modello DRIFT, citato ma non dettagliato nel Piano stesso e utilizzato in seguito per le valutazioni di portata al colmo. In particolare, si osserva come tale modello sovrastimi la pioggia massima oraria 50-ennale a Triora del 27% rispetto ai dati regolarizzati con la legge di Gumbel (71 mm contro 56 mm) e del 18% rispetto ai dati regolarizzati con la legge di Gibrat-Galton (71 mm contro 60 mm). La stessa grandezza viene sovrastimata a Merelli del 58% rispetto ai dati regolarizzati con la legge di Gumbel (71 mm contro 45 mm) e del 45% rispetto ai dati regolarizzati con la legge di Gibrat-Galton (71 mm contro 49 mm). In proposito, si rileva come l’ipotesi di regionalizzazione adottata in ingresso al modello DRIFT, ossia l’invarianza regionale dell’esponente di scala della “curve di possibilità climatica” sia statisticamente confutabile in base alle osservazioni locali di molte stazioni pluviografiche della Liguria Tirrenica (v. Fig. 1.1.1). Inoltre, le precipitazioni in ingresso al modello DRIFT trascurano la variabilità del parametro di scala (coefficiente pluviometrico) di tali curve, assumendo un valore costante con la longitudine (laddove, nel caso specifico, alle stazioni di Merelli e Triora viene a competere lo stesso valore sopra riportato di 60 mm, contro stime locali dalle osservazione che sono variabili tra 56÷60 mm a Triora e 45÷49 mm a Merelli). E’ quindi necessario provvedere a un aggiornamento della valutazione statistica delle caratteristiche dei nubifragi al fine di garantire l’informazione necessaria per l’esecuzione di studi idrologico- idraulici di dettaglio. Questa attività viene riportata nel Capitolo 4 del presente rapporto. Valutazione delle portate e dei volumi idrici di piena del Torrente Argentina – Relazione finale Pagina 9/126 Esponente di scala n al variare della longitudine in Liguria 0.60 0.50 0.40 ν 0.30 0.20 0.10 0.00 2 3 4 5 Longitudine riferita al meridiano di Monte Mario Figura 1.1.1. Variabilità campionaria dell’esponente di scala ν delle curve di possibilità climatica, ricavabile dalle osservazioni locali delle stazioni pluviometriche della Liguria Tirrenica. Le barre di errore sono riferite all’errore standard di stima (limiti sigma). La linea continua mostra l’ipotesi di invarianza dell’esponente di scala che è stata adottata nel modello DRIFT. 1.1.2. PORTATA AL COLMO DI PIENA In sede di Piano di Bacino una valutazione preliminare era stata condotta utilizzando semplici formule empiriche di valutazione della portata al colmo, che si basano sulla formula razionale e utilizzano in ingresso i valori di precipitazione ricavati delle curve di possibilità climatica stimati dal modello DRIFT. Tra le assunzioni fatte nell’applicazione di tali formule di calcolo speditivo, viene ipotizzata la coincidenza tra coefficiente di deflusso mensile e coefficiente di afflusso di piena (assumendo un valore di 0.98 per questo ultimo). Tale impostazione è estremamente cautelativa, in quanto basata sull’assunto della quasi totale impermeabilità delle superfici del bacino, che non è affatto congruente con quanto riportato nella stessa caratterizzazione delle aree scolanti che fa parte integrante del Piano di Bacino stesso. Né la metodologia, né i risultati vengono però riportati in dettaglio nella documentazione del Piano di Bacino stesso. Il Piano di Bacino riporta anche la serie osservata di portata al colmo massima annuale per la stazione di Merelli, per la quale è stata condotta una regolarizzazione con le leggi di Gibrat-Galton e Gumbel. Utilizzando questa metodologia, ovvero al regolarizzazione locale, sono valutate le seguenti portate al colmo alla foce: (cid:59) 1113÷1134 mc/s con periodo di ritorno 50-ennale, (cid:59) 1745÷1489 mc/s con periodo di ritorno 200-ennale, (cid:59) 2264÷1722 mc/s con periodo di ritorno 500-ennale. Valutazione delle portate e dei volumi idrici di piena del Torrente Argentina – Relazione finale Pagina 10/126