Stima delle aree inondabili mediante le caratteristiche geomorfiche e climatico-idrologiche del bacino

Un indice topografico (descrittore di inondazione) che combina la scala della profondità di piena con la morfologia è stato dimostrato per descrivere la tendenza di un’area ad essere inondata. Tuttavia, questo approccio dipende dalla qualità e dalla disponibilità delle mappe delle inondazioni e presuppone che i risultati possano essere direttamente estrapolati e ridimensionati. Questo lavoro tenta di rilassare questi problemi e rispondere a due domande: 1) Si possono stabilire relazioni funzionali tra un descrittore di inondazione e le caratteristiche geomorfiche e climatico-idrologiche del bacino? 2) In caso affermativo, possono essere utilizzate per una modellazione predittiva a bassa complessità delle estensioni delle piene? Le regressioni lineari stepwise e le regressioni random forest sono sviluppate sulla base dei risultati di classificazione di un descrittore di inondazione, utilizzando i risultati di modellazione delle inondazioni ad alta risoluzione come benchmark di formazione, e sulle caratteristiche del bacino. I bacini idrografici elementari di quattro bacini fluviali in Europa (Tamigi, Weser, Reno e Danubio) servono come set di dati di allenamento, mentre quelli del bacino del fiume Rodano in Europa servono come set di dati di test. Sono considerati due periodi di ritorno, il 10 e il 10.000 anni. La previsione delle estensioni delle inondazioni e delle aree soggette a inondazioni mostra che entrambi i modelli raggiungono alti tassi di successo rispetto ai benchmark di test. I valori medi sono stati trovati superiori al 60% e all’80% per i periodi di ritorno di 10 e 10.000 anni, rispettivamente. Nonostante un tasso di falsa scoperta da moderato ad alto, anche il valore dell’indice di successo critico è stato trovato da moderato ad alto. Si dimostra che mettendo in relazione i risultati della classificazione con le caratteristiche del bacino idrografico si può ottenere la previsione delle estensioni di inondazione dell’involucro per una data regione, compresi i bacini non bonificati.

Pubblicazione: Tavares da Costa, R., S. Zanardo, S. Bagli, A. G. J. Hilberts, S. Manfreda, C. Samela, e A. Castellarin, modellazione predittiva di estensioni di inondazione busta utilizzando caratteristiche geomorfiche e climatico-idrologiche bacino, Water Resources Research, (doi: 10.1029/2019WR026453), 2020.

Mappatura del rischio di inondazione su larga scala

La valutazione del rischio di inondazione su larga scala è essenziale per sostenere le politiche nazionali e globali, le operazioni di emergenza e la gestione dell’uso del territorio. Il presente studio propone un metodo efficiente in termini di costi per la mappatura su larga scala dei danni economici diretti delle inondazioni in ambienti con scarsità di dati. Il quadro proposto consiste in tre fasi principali: (i) derivare una mappa di profondità dell’acqua attraverso un metodo geomorfico basato su una classificazione binaria lineare supervisionata; (ii) generare una mappa di esposizione dell’uso del suolo sviluppata da immagini satellitari multispettrali Landsat 8 utilizzando un algoritmo di classificazione ad apprendimento automatico; e (iii) eseguire una valutazione dei danni da inondazione utilizzando uno strumento GIS, basato sul metodo delle curve di vulnerabilità (profondità-danno). Il metodo integrato proposto è stato applicato sull’intero paese della Romania (compresi i bacini di ordine minore) per un tempo di ritorno di 100 anni con una risoluzione di 30 m. I risultati hanno mostrato come la descrizione del rischio di inondazione può beneficiare specialmente della capacità del modello proposto, efficiente in termini di costi, di effettuare analisi su larga scala in ambienti con scarsità di dati. Questo approccio può aiutare a eseguire e aggiornare le valutazioni e la gestione del rischio, tenendo conto dei cambiamenti temporali e spaziali del pericolo, dell’esposizione e della vulnerabilità.

Pubblicazione: Albano, R.; Samela, C.; Crăciun, I.; Manfreda, S.; Adamowski, J.; Sole, A.; Sivertun, Å.; Ozunu, A. Large Scale Flood Risk Mapping in Data Scarce Environments: An Application for Romania. Water12, 1834, 2020.

Stima delle Piene Fluviali – AUTOIDRO

La stima della massima portata al colmo ovvero della massima pioggia corrispondente ad un prefissato tempo di ritorno rappresenta un elemento indispensabile per poter procedere ad un corretto programma di interventi per la difesa del suolo, la protezione idrogeologica e la prevenzione di catastrofi naturali. La finalità di questo lavoro è fornire uno strumento di natura essenzialmente didattica per il calcolo degli estremi idrologici nelle varie regioni italiane. Il lavoro raccoglie al suo interno l’esperienza degli studi svolti dal GNDCI e pubblicati nei rapporti Va.Pi. relativi ai vari compartimenti italiani. Questi studi sono divenuti per molte regioni italiane lavori di riferimento per la stesura dei piani di assetto idrogeologico. Sulla scorta di tale esperienza nasce il foglio Excel per il calcolo degli estremi idrologici denominato AUTOIDRO. Esso può essere utilizzato per una stima speditiva della portata al colmo di piena nell’ambito dei progetti dei corsi universitari delle discipline di Costruzioni Idrauliche, Idrologia, Impianti Speciali Idraulici, Protezione Idraulica del Territorio, ecc. 

AUTOIDRO consente di definire rapidamente, mediante l’identificazione della zona ed altre informazioni facilmente reperibili (e.g., area drenata del bacino, quota media del bacino e lunghezza dell’asta principale), le portate di progetto con assegnato periodo di ritorno e la curva di possibilità pluviometrica riferita alla zona selezionata. Queste informazioni sono fondamentali per una corretta progettazione di opere che interagiscono con il sistema fluviale o che servono alla regimazione delle acque pluviali.

Pubblicazione: Manfreda, S., L. Giuzio, V. Iacobellis, A. Sole, Guida tecnica al calcolo delle portate al colmo di piena (con software), Errecci Editore, pp. 57, (ISBN: 978-88-89970-61-4), 2011.   

Modello DREAM

L’articolo introduce un modello idrologico semi-distribuito, adatto a simulazioni continue, basato sull’uso di passi temporali giornalieri e orari. Il modello si chiama Distributed model for Runoff, Evapotranspiration, and Antecedent soil Moisture simulation (DREAM). Include un bilancio idrico giornaliero e un modulo di pioggia e deflusso orario su scala di evento. I due moduli possono essere usati separatamente o in cascata per una simulazione continua. I principali vantaggi di questo approccio risiedono nella parametrizzazione robusta e basata sulla fisica, che permette l’uso di informazioni precedenti e dati misurabili per la stima dei parametri. Il modello proposto è stato applicato su quattro bacini di medie dimensioni nell’Italia meridionale, che presentano notevoli differenze nel clima e in altre caratteristiche fisiche. Le capacità dei due moduli (giornaliero e orario) e dei cicli combinati sono stati testati rispetto ai dati misurati.

Pubblicazione: Manfreda, S., M. Fiorentino, V. Iacobellis, DREAM: a Distributed model for Runoff, Evapotranspiration, and Antecedent Soil Moisture SimulationAdvances in Geosciences, 2, 31-39, (SRef-ID: 1680-7359/adgeo/2005-2-31), 2005. [pdf]