AZIONE 2. Miglioramento delle conoscenze sulla pluviometria

AZIONE 2. Miglioramento delle conoscenze sulla pluviometria alpina.
Estensione e interconnessione transfrontaliera delle reti di misura
Contributo dei partner italiani
Virgilio ANSELMO, Luisa ALZATE
Università di Torino - Facoltà di Agraria - DEIAFA
Secondo BARBERO, Claudio MARCHISIO
Regione Piemonte - Direzione servizi tecnici di prevenzione- Settore meteoidrografico e
reti di monitoraggio
Contributo dei partner francesi
Michel LANG, José RIBOT-BRUNO, Céline BOUDARD
CEMAGREF Lyon - Division Hydrologie - Hydraulique
II-1. INTRODUZIONE
II-1.1. Origine del progetto
L’analisi del rischio d’inondazione si basa su uno studio approfondito dei fenomeni di
pioggia intensa (acquazzoni, temporali, ecc.). La regione alpina presenta caratteristiche
che rendono particolarmente difficile la conoscenza dei campi di precipitazione a scala
temporale piccola: forte variazione spaziale (presenza di rilievi, microclima, durata dei
fenomeni, ecc.), difficoltà ad effettuare le misure radar (effetto schermo), ecc.
A causa delle difficili condizioni d’accesso, le stazioni di misura pluviografica esistenti
sono più dense nelle zone pianeggianti che in quota. Per motivi economici, la
realizzazione di una rete di rilevamento pluviometrica sufficientemente densa è al di
sopra delle possibilità. Tuttavia è possibile migliorare questa densità su limitati siti
attrezzati, dai quali sarà possibile ricavare leggi sperimentali applicabili ad altre aree.
Un primo esperimento (TPG) è stato condotto dal CEMAGREF sulle Alpi Francesi a
partire dal 1987 ed ha permesso di ottenere dei risultati sulla relazione fra la pioggia e la
posizione geografica (altitudine, versante,…).
Il progetto INTERREG II contempla l’estensione della rete verso il Piemonte, coprendo
le attuali lacune (per le forti intensità) nella Savoia (Maurienne).
Questo permetterà di collegarsi alle stazioni piemontesi (abbastanza dense), e di
contribuire all’interconnessione delle reti di misura di queste due regioni, attività
peraltro prevista nell’azione 1 del progetto INTERREG II (« Condivisione dei dati
meteoidrologici in tempo reale, in differita e storici »).
II-1.2. Partner dell’azione 2
Gli organismi che partecipano all’azione 2 del progetto INTERREG II sono i seguenti:
− CEMAGREF Lyon, Division Hydrologie-Hydraulique;
− Università di Torino, Facoltà di Agraria, DEIAFA, Sezione Idraulica Agraria;
− Regione Piemonte, Direzione dei Servizi Tecnici di Prevenzione, Settore
Meteoidrografico e Reti di Monitoraggio.
II-1.3. Obiettivi
Il progetto di estensione della rete pluviografica permetterà di disporre di informazioni
dettagliate sui campi di precipitazione in zone alpine e di colmare la lacuna esistente
sulle stazioni pluviografiche del dipartimento della Savoia. Permetterà di assicurare una
continuità nella rete transfrontaliera di pluviografi, fra la Francia e l’Italia, per la Savoia
ed il Piemonte.
L’obiettivo specifico di quest’azione è di conoscere in modo più dettagliato la struttura
spazio-temporale del campo di precipitazione in zone alpine. La messa a punto di
modelli che legano la pioggia all’altimetria serve per il trasferimento di informazioni
dai siti dotati di misure a quelli privi.
II-2. ESTENSIONE DELLA RETE DI MISURA PLUVIOGRAFICA
AL VERSANTE FRANCESE
II-2.1. Localizzazione delle stazioni
L'obiettivo di questo lavoro è una migliore conoscenza della struttura spazio-temporale
delle intensità di pioggia nella zona alpina (Alpi Occidentali). Si contano una
cinquantina di stazioni distribuite lungo l'asse Lione - Torino (tabella II-1), 25 stazioni
nella Regione Piemonte e 27 nella regione Rhône -Alpes (figura II-1), che permettono
di misurare le intensità di pioggia in zone di montagna.
Tabella II-1: Stazioni pluviografiche situate lungo l'asse Lione - Torino
Da parte francese, 17 stazioni fanno parte della rete attuale della COURLY, di
EDF/DTG e di Météo France. Per completare queste misure nelle zone in quota, il
CEMAGREF gestisce direttamente dieci stazioni: cinque sono situate nel dipartimento
dell'Isère (Cessieu, La-Boutière, St-Laurent-du-Pont, La-Scia, Pipay) e fanno parte della
rete TPG più vecchia, funzionante dal 1987 al 1995; cinque sono situate nel
dipartimento della Savoia (St-Colomban, La-Toussuire, Albiez, Valmeinier-Lalosa,
ValFrejus-Le-Lavoir) ad altitudini comprese tra 1500 m e 2200 m. Queste ultime cinque
stazioni sono dotate di uno strumento di misura in continuo del peso delle
precipitazioni, meno sensibile degli strumenti classici a vaschette basculanti che
necessitano di un sistema di riscaldamento difficile da mantenere in quota.
Le schede tecniche delle dieci nuove stazioni pluviografiche si trovano nella relazione
dettagliata del CEMAGREF (Lang et al., 2000). Essa presenta uno schema che contiene
la localizzazione delle stazioni, le coordinate (X, Y, Z) e le caratteristiche principali
della strumentazione: tipo di sensore, tipo di centralina di registrazione, modo di
alimentazione e di acquisizione dei dati.
Tabella II-2: Coordinate delle 10 nuove stazioni pluviografiche
La tabella II-2 precisa la localizzazione definitiva delle stazioni gestite dal
CEMAGREF, dalla loro installazione o riattivazione durante il secondo semestre del
1998. La figura II-1 consente di localizzare l'insieme delle 17 stazioni pluviografiche
nella zona studiata, che comprende un settore ovest situato nel dipartimento dell'Isère ed
un settore est lungo la valle della Maurienne.
ZONA DELL'ISERE
Sono state ripristinate cinque stazioni della rete TPG. La strumentazione è stata
revisionata e riattivata all'inizio dell'autunno 1998.
ZONA DELLA MAURIENNE
L'installazione delle stazioni pluviografiche sui versanti della Maurienne è avvenuta nel
corso dell'autunno 1998; le nevicate di dicembre 1998 hanno imposto lo spostamento
dell'installazione della stazione di St-Colomban-les-Villards alla primavera 1999.
II-2.2. Scelte tecniche
DESCRIZIONE DEL SISTEMA DI PESATA
Il pluviometro scelto, contrariamente agli strumenti classici, non registra il volume di
precipitazione caduta ma il suo peso. Ogni evento, che si tratti di precipitazione liquida
o solida, corrisponde ad un aumento di peso nel recipiente collettore.
L'apparecchio di misura, una bilancia elettronica, considera il peso totale del vaso
collettore per ogni misura effettuata. I sensori utilizzati sono degli estensimetri, protetti
ermeticamente dall'umidità, il che garantisce una maggiore affidabilità sul lungo
periodo. Un sistema interno di compensazione delle temperature garantisce la qualità
del segnale in uscita, indipendentemente dalla temperatura.
Figura II-1: Localizzazione delle stazioni pluviografiche TPG, parte francese
L'amplificatore di precisione e il convertitore analogico - digitale forniscono un segnale
in uscita con una risoluzione di 25000 punti. Per un intervallo di misura di 250 mm
(5kg) la risoluzione è di 0,01 mm (0,2g). La chiusura del cilindro di protezione è
studiata in modo tale che le parti esterne non facciano presa, il che rappresenta
sicuramente un vantaggio nel caso di formazione di ghiaccio sulla parete esterna.
VANTAGGI RISPETTO AL SISTEMA A VASCHETTE BASCULANTI
Le dimensioni del contenitore corrispondono a quelle di un pluviometro secondo
Hellmann (normativa WMO). Il principio di pesata del pluviometro permette la
registrazione immediata di tutte le precipitazioni solide, senza che sia necessario nessun
sistema di riscaldamento per fare fondere la neve o la grandine. Questa possibilità
deriva dall'assenza di imbuto, e per tale ragione le precipitazioni finiscono direttamente
nel recipiente di raccolta sotto la bocca cilindrica.
L'evaporazione delle precipitazioni all'interno del recipiente collettore non falsa per
niente i risultati, poiché inizia dopo l'evento delle precipitazioni e la registrazione dei
dati. Il funzionamento invernale non richiede riscaldamento elettrico poiché lo
strumento non contiene circuiti ad acqua. In caso di gelo del contenuto del recipiente
collettore, il segnale di misura resta invariato. Inoltre il collettore resiste alla rottura fino
a -30° C.
II-2.3. Bilancio del funzionamento delle stazioni di misura nel 1999
Il 1999 è stato il primo anno di effettivo funzionamento della rete TPG est. L'insieme
dei dati misurati nel 1999 è raccolto in schede annuali (una per stazione) e in una tabella
di ricapitolazione contenente tutte le stazioni (si veda la relazione dettagliata del
CEMAGREF, Lang et al., 2000). L'installazione di stazioni in quota durante l'autunno
1998 (zona della Maurienne) non ha consentito di avere un funzionamento
soddisfacente durante il primo periodo invernale. Le difficili condizioni di accesso alle
stazioni dovute all'innevamento importante hanno impedito di disporre di un dispositivo
di misura subito operativo. Il periodo di taratura degli strumenti, inevitabile per una
nuova installazione, è stato prolungato per un periodo più o meno lungo durante il
primo semestre del 1999.
Da ciò deriva un numero importante di lacune giornaliere (tabella II-3). Le elevate
percentuali di lacune registrate in Maurienne sono in gran parte legate a questi
problemi.
Tabella II-3: Numero di giorni durante i quali le stazioni non hanno funzionato (anno
1999)
Le due stazioni in quota del dipartimento dell'Isère, situate nel massiccio della
Chartreuse (La Scia - 1700m) e di Belledonne (Pipay - 1820m) presentano un deficit di
funzionamento normale per strumentazioni tradizionali (vaschette basculanti non
riscaldate).
Se si prende in considerazione solo il periodo che va da maggio a dicembre, periodo di
riferimento per l'analisi delle precipitazioni liquide, la quantificazione delle lacune
(tabella II-4) riflette un’immagine più concreta del funzionamento della rete.
Tabella II-4: Numero di giorni durante i quali le stazioni non hanno funzionato (1999:
maggio - dicembre)
In questo periodo, se si esclude la stazione di Valfrejus, che ha realmente funzionato
solo da agosto 1999, si constata un netto miglioramento del funzionamento delle
stazioni in quota dotate dei sistemi di misura a pesata (Maurienne) rispetto a quelle con
strumentazione convenzionale.
II-2.4. Distribuzione dei valori pluviometrici lungo l'allineamento
E' abbastanza azzardato tirare conclusioni sul regime pluviometrico basandosi sui soli
dati del 1999 (tabella II-5, II-6 e figura II-2). Durante l'estate 1999, in cui la maggior
parte delle stazioni hanno funzionato, il massimo osservato sembra abbastanza
omogeneo dal punto di vista spaziale, a parte l'estremità est della Maurienne. Si può
tuttavia constatare una tendenza alla diminuzione del numero di giorni piovosi andando
da ovest verso est, il che sembra corrispondere a una preponderanza delle perturbazioni
di origine oceanica. La stazione di La Scia, nel massiccio della Chartreuse, non ha
registrato valori elevati nel 1999, mentre dalle osservazioni condotte nel periodo 19871995 la zona della Chartreuse risultava come una delle più piovose (per le piogge
cumulate su lunghe durate e per intensità di pioggia).
Tabella II-5: Distribuzione delle piogge giornaliere superiori ad un valore limite (da
maggio a dicembre)
Tabella II-6: Distribuzione delle piogge giornaliere superiori ad un valore limite (da
giugno ad agosto)
Figura II-2: Confronto del numero di giorni piovosi lungo l'allineamento
II-2.5. Rappresentazione spaziale delle precipitazioni
CARTOGRAFIA A SCALA GIORNALIERA
A titolo d'esempio sono stati cartografati i campi di precipitazione giornaliera sulla
striscia dell'allineamento di pluviografi per sette eventi (si veda la relazione dettagliata
del CEMAGREF, Lang et al., 2000). Per realizzare l'interpolazione tramite kriging
semplice dei dati delle dieci stazioni è stato usato il programma Surfer. La cartografia è
incompleta nella zona di Belledonne per gli ultimi tre eventi poiché le stazioni non
erano in funzione. A scala giornaliera è difficile evidenziare lo spostamento della
perturbazione, per i sette eventi dell'estate 1999: 26-31 giugno ; 4-9, 10-14 e 16-23
agosto ; 18-23 e 25-29 settembre ; 30 settembre - 5 ottobre.
CARTOGRAFIA A SCALA ORARIA
Abbiamo scelto altre due perturbazioni (5-6 e 27-28 luglio) e ripreso quella del 16
agosto, ma usando un passo temporale orario (si veda la relazione dettagliata del
CEMAGREF, Lang et al., 2000). Questa scala temporale permette di seguire in modo
più fine la dinamica spazio-temporale degli eventi. La stazione situata maggiormente ad
est, Valfrejus, non ha funzionato durante gli ultimi due eventi. Il secondo evento mostra
un esempio di perturbazione che coinvolge innanzitutto la parte est dell'allineamento,
mentre il secondo ed il terzo mostrano una progressione da ovest verso est. A titolo di
informazione si presenta la cartografia dei primi due eventi (figure 3 e 4).
5-6 LUGLIO (DALLE ORE 21.00 ALLE ORE 5.00)
La perturbazione è localizzata principalmente sul Basso Delfinato, con intensità da 10 a
15 mm/ora per una o due ore, e un massimo di 35-45 mm per piogge di 6 ore cumulate.
La perturbazione si sposta verso est, attenuandosi.
Figura II-3: Cartografia a scala oraria dell'evento del 5-6 luglio 1999
27-28 LUGLIO (DALLE ORE 18.00 ALLE ORE 5.00)
La perturbazione interessa innanzitutto la parte est dell'allineamento e si estende
successivamente a tutta la zona. Si osserva un'intensità massima di 7-8 mm/ora e un
totale cumulato dell'ordine di 10 mm sul Basso Delfinato, 20 mm sulla Chartreuse e su
Belledonne e 25 mm sulla Maurienne.
Figura II-4: Cartografia a scala oraria dell'evento del 27-28 luglio 1999
II-3. EFFETTO DELL'OROGRAFIA SULLE INTENSITÀ DI
PIOGGIA DEL VERSANTE ITALIANO
II-3.1. L’allineamento di pluviografi italiano (transetto tpgEST)
Per studiare la variazione della precipitazione con la quota, il CEMAGREF di Lyon
(Desurosne et al., 1996) ha identificato un segmento virtuale che attraversa da NO a SE
tre linee di cresta d’altitudine crescente, in modo perpendicolare al rilievo (seguendo
quindi i flussi di precipitazione che vanno verso le Alpi). Lungo questo segmento ha
installato una serie di stazioni pluviometriche, di cui le ultime sono state posizionate nel
settore della Maurienne grazie al progetto INTERREG II.
L’Università di Torino – DEIAFA ha invece utilizzato i dati di reti meteorologiche già
esistenti. Per tale ragione è stato tracciato un segmento che, non solo assicura una
continuità con l'allineamento di pluviografi francese che va da Lione a Modane,
attraversando i rilievi alpini e prealpini (valli Susa e Chisone) perpendicolarmente ai
versanti, ma anche sfrutta al meglio la distribuzione delle stazioni della rete facente
capo al Settore Meteoidrografico della Regione Piemonte.
Ne è risultata una fascia rettangolare di 20 km * 203 km orientata O-NO / SE-E (si
vedano la figura II-5 e la tabella II-7).
Figura II-5: Localizzazione dell'allineamento di pluviografi italiano e stazioni studiate
(tabella II-7).
Per svolgere le analisi pluviometriche sono state utilizzate due banche dati.
La prima (Settore Meteoidrografico della Regione Piemonte) ha serie storiche
relativamente brevi (meno di dieci anni), ma i dati sono archiviati a livello di basculata:
ragione per cui questi dati sono serviti per le analisi “ad evento” e soprattutto serviranno
in futuro per integrare i dati provenienti dalle nuove stazioni installate dal CEMAGREF
nell’ambito del progetto INTERREG II.
La seconda (Servizio Idrografico e Mareografico Nazionale, SIMN) raccoglie dati
pluviometrici che arrivano al dettaglio massimo di pioggia giornaliera. Ha però il
vantaggio di possedere serie storiche relativamente lunghe (almeno 15 anni per le
stazioni utilizzate) per i valori di massimi annui di 1, 3, 6, 12 e 24 ore, particolarmente
utili per creare delle distribuzioni di frequenza.
Tabella II-7: Elenco delle stazioni del Settore Meteoidrografico - Regione Piemonte e
del Servizio Idrografico e Mareografico Nazionale (in corsivo) utilizzate per il presente
studio (PR = Pluviografo riscaldato; N = Nivometro).
Nel corso del progetto è poi evoluta la scelta di studiare in modo dettagliato solo il
settore alpino e non tutta la zona attraversata dall'allineamento di pluviografi
piemontese; le ragioni vanno cercate nella mancanza di versanti posizionati
perpendicolarmente rispetto ai flussi di precipitazione e nella scarsità di stazioni con
serie storiche continue nel settore appenninico.
Inoltre analizzare lo spostamento delle precipitazioni lungo un asse di 200 km non
sempre dà risultati significativi; si osservano delle zone di precipitazione intensa ma
non una vera dislocazione lungo un asse. Occorrerebbe piuttosto studiare lo
spostamento delle masse d'aria (o meglio dei flussi delle perturbazioni). Il movimento è
evidente soprattutto in occasione di temporali estivi; ma proprio per la rapidità e il
carattere locale di questi eventi, la rete di pluviografi rischia di non percepire
correttamente il fenomeno. Le immagini radar diventano allora indispensabili.
II-3.2. Caratterizzazione pluviometrica del "transect tpg" piemontese
Un’analisi sintetica della variazione delle precipitazioni lungo l'allineamento di
pluviografi piemontese è stata da noi condotta partendo da dati parzialmente inediti
elaborati da C. Marchisio (in Biancotti et al., 1998, e in Regione Piemonte, 1997,
inedito). I dati utilizzati da C. Marchisio sono i massimi annui di precipitazione di
massima intensità (per durate di 6, 12 e 24 ore), di tutte le stazioni del Servizio
Idrografico e Mareografico Italiano situate in Piemonte, e aventi almeno 15 anni di
funzionamento tra il 1913 ed il 1986. La distribuzione di frequenza che egli ha applicato
è la General Exteme Value (Jenkinson, 1955), che è una legge di distribuzione a tre
parametri avente la forma seguente :
F(x) =
e


−


x−µ 

1 − k ( α ) 


1
k





Per la stima dei parametri α, µ, κ ha usato il metodo dei momenti di probabilità pesati
(Probability Weighted Moments ; Greenwood et al., 1979). In particolare ha seguito
l’approccio regionale dei Regionally Averaged Standardized Probability Weighted
Moments (Hosking et al., 1985), suddividendo la regione piemontese in due settori
(bacini alpini dal Ticino al Tanaro e bacini appenninici dal Bormida al Curone). Per
ognuna delle stazioni analizzate, ha calcolato i quantili di pioggia per durate di 6, 12 e
24 ore e per tempi di ritorno di 10 e 20 anni. Tramite moltiplicazione dei valori medi di
ogni stazione con i quantili, egli ha ottenuto i valori di precipitazione di durata e tempo
di ritorno assegnati, a partire dai quali ha ricavato mediante kriging delle cartografie
riferite ad una griglia (GRID) con maglie di lato 5km.
EVOLUZIONE DELLE QUANTITÀ DI PIOGGIA LUNGO L'ALLINEAMENTO DI PLUVIOGRAFI PER
DURATA E TEMPI DI RITORNO DIFFERENTI
Grazie alle griglie create da C. Marchisio, di cui sopra, abbiamo potuto tracciare
l’andamento delle precipitazioni di massima intensità lungo il "transect" piemontese
(durate 6, 12 e 24 ore e tempi di ritorno 10 e 20 anni).
Il profilo altimetrico è dedotto da una cartografia del Piemonte derivata dal modello
numerico DTM e riferita ad una griglia con maglie di lato 1km.
Figura II-6: Distribuzione delle precipitazioni lungo l'allineamento di pluviografi.
Si osserva un andamento simile a quello delle precipitazioni medie annue (Biancotti et
al., 1998): si hanno dei valori minimi in corrispondenza dell’Alta Val Susa e delle zone
di pianura, i massimi sugli Appennini e nelle Valli Pellice e Chisone.
I valori di precipitazione nella zona interna delle Alpi sono dunque inferiori a quelli
della zona appenninica. Nella zona alpina il rilievo appare molto vario poiché
l'allineamento di pluviografi attraversa zone di cresta e fondovalle: ma questo
andamento sembra non riflettere quello delle piogge. Si nota invece un andamento
crescente tanto dell’altitudine che delle precipitazioni passando dalla pianura alla zona
appenninica.
II-3.3.Costruzione dei diagrammi IdF (intensità, durata, frequenza) e
confronto con l’orografia
DATI UTILIZZATI
I dati da noi utilizzati per la costruzione di diagrammi IdF sono i massimi annui di
precipitazione per diverse durate (1,3, 6, 12 e 24 ore) di stazioni del Servizio Idrografico
e Mareografico Italiano aventi almeno 15 anni di funzionamento tra il 1913 ed il 1986.
Sono state prese in considerazione le stazioni elencate nella tabella II-7.
METODO DI CALCOLO
La distribuzione di frequenza da noi applicata è la General Exteme Value (Jenkinson,
1955; si veda sopra). Per la stima dei parametri α, µ, κ è stato usato il metodo dei
momenti di probabilità pesati (Probability Weighted Moments ; Greenwood et al.,
1979). Per ognuna delle 12 stazioni analizzate, abbiamo calcolato i quantili di pioggia
per durate di 1, 3, 6, 12 e 24 ore e per tempi di ritorno di 2, 5, 10, 20, 50 e 100 anni. I
quantili ottenuti per le diverse stazioni sono stati confrontati fra di loro, per verificare a
grandi linee se le precipitazioni hanno tendenza ad aumentare o decrescere
all’aumentare dell’altitudine.
Sono stati studiati tre gruppi di stazioni :
A) Cumiana (290 m) - Coazze (635 m) - Forno di Coazze (950 m);
B) S. Germano Chisone (486 m) - Villar Perosa (590 m) - Perosa Argentina (640 m) Roure (876 m) – (Pragelato 1524 m);
C) Bardonecchia (1360 m) - Rochemolles (1926 m).
La maggior parte delle stazioni pluviometriche prese in considerazione sono situate in
fondo valle: per tale ragione non abbiamo sempre potuto osservare una reale evoluzione
delle quantità di pioggia in rapporto alla quota. Il fenomeno si osserva bene nel caso
della Valle Chisone (gruppo B), in cui le variazioni delle precipitazioni appaiono
totalmente indipendenti dalla quota. Invece per i gruppi A e C le stazioni sono allineate
su un versante : in questo caso le precipitazioni sembrano realmente aumentare al
crescere dell’altitudine. Questi due gruppi di stazioni sono pertanto stati scelti per
definire un "coefficiente altimetrico" di incremento della pioggia di fondovalle.
La figura II-7 mostra la relazione fra la quota della stazione e le piogge di durata 24 ore
e tempi di ritorno di 10, 20 e 50 anni, per i gruppi A e C.
Figura II-7: Relazione fra l'altitudine della stazione e piogge di durata 24 ore.
II-3.4. Definizione di un coefficiente di incremento altimetrico (o
gradiente ipsometrico)
ANALISI DEI VALORI RICAVATI DALLE CURVE DI PROBABILITÀ PLUVIOMETRICA (DATI
S.I.M.I.)
La relazione fra precipitazioni e altitudine è stata approfondita sui gruppi di stazioni A e
C (un quarto caso, quello di Rosone - Pian Telessio, è stato preso in considerazione per
avere un riscontro in un'altra vallata alpina, la valle Orco) definendo un «gradiente
ipsometrico» che permette di stimare la pioggia giornaliera (con assegnato tempo di
ritorno) di una stazione in quota partendo dalla pioggia giornaliera (con stesso tempo di
ritorno) della corrispondente stazione situata in fondo valle.
La forma è la seguente (Desurosne et al., 1996, pag.92):
P(24H,T) = (1+aX) * Préf (24h, T)
•
•
•
•
P(24H,T): precipitazione di durata 24 ore e assegnato tempo di ritorno T della
stazione situata in quota;
Préf (24h, T): precipitazione di durata 24 ore e assegnato tempo di ritorno T delle
stazione di riferimento, situata in fondovalle;
X: dislivello fra stazione in quota e in fondovalle;
a: gradiente ipsometrico.
Il coefficiente "a" può anche essere visto come la percentuale della precipitazione della
stazione di riferimento da aggiungere alla stessa, per ogni metro di dislivello, per
ottenere la precipitazione in quota. 1
I valori ottenuti sono sempre positivi, quindi la precipitazione cresce con la quota; sono
dell’ordine di grandezza di 10–3 ÷10–4 (si veda figura II-8), dunque molto più piccoli di
quelli ottenuti dal CEMAGREF (dell’ordine di grandezza di 10–2 ).
ANALISI DEGLI EVENTI PIÙ INTENSI DEGLI ANNI 1990-1997 (DATI REGIONE PIEMONTE)
SUL SETTORE ALPINO DEL "TPGEST "
L’analisi delle variazioni di precipitazione con l’altitudine è stata in seguito
approfondita grazie ai dati provenienti dalla rete della Regione Piemonte – Settore
Meteoidrografico. Tali dati sono interessanti poichè comprendono alcune stazioni in
quota e permettono di ricavare i valori al passo temporale desiderato.
Siccome queste serie di dati sono brevi, come già spiegato in precedenza, esse non
hanno potuto essere analizzate dal punto di vista probabilistico, ma sono state usate per
esaminare il gradiente evento per evento, confrontandone il valore con quello ricavato
dalle stazioni del Servizio Idrografico e Mareografico Italiano.
SELEZIONE DEGLI EVENTI
Il procedimento di selezione degli eventi più intensi degli anni 1990-1997 si è svolto in
due fasi: la prima ha comportato l'analisi dei massimi annuali di tutte le stazioni gestite
dal Settore Meteoidrografico della Regione Piemonte, la seconda si è soffermata sulle
piogge giornaliere del solo settore alpino del "TPG".
Figura II-8: Distribuzione del gradiente ipsometrico (calcolato con dati delle stazioni
SIMI) in funzione del tempo di ritorno.
EVENTI SU TUTTO IL PIEMONTE
La prima fase di selezione degli eventi ha avuto lo scopo di individuare tutte le
precipitazioni di intensità uguale o superiore a 100 mm in 1 o 2 giorni per studiare degli
eventi di almeno 12 o 24 di durata 2 .
1
Ad esempio, se la pioggia di durata 24 ore e tempo di ritorno 20 anni della stazione A (situata a quota
600 m) é di 100 mm, e il gradiente ipsometrico é uguale a 0,002 (2*10-3 o 0,2%), per conoscere la pioggia
di durata 24 ore e tempo di ritorno 20 anni della stazione B (situata sullo stesso versante di A, a una quota
di 1600 m), occorrerà moltiplicare 100 mm per 1,2 ovvero aggiungere il 20% a tale pioggia. Infatti:
(1+aX) = 1+0,002 * (1600 -600) = 1,2
da cui la pioggia della stazione B:
P(24H,T) = (1+aX) * Préf (24h, T) = 1,2 * 100 = 120 mm
2
L'intenzione di studiare eventi piovosi di durata di 12-24 ore ha portato all'esclusione degli eventi
temporaleschi brevi: nonostante essi siano causa di danni nel settore alpino, purtroppo risultano più
difficili da caratterizzare tramite i dati della rete di pluviografi, proprio per la loro rapidità e il loro
carattere locale.
Per ogni anno sono emerse almeno tre o quattro date significative; ma la selezione non
ci è sembrata soddisfacente per due ragioni. Innanzitutto, utilizzando i valori massimi
annuali si rischia l'esclusione di altri valori elevati verificatesi nello stesso anno
(soprattutto nel caso di eventi molto gravi, come l'alluvione del novembre 1994, in cui
la maggior parte delle stazioni presenta un massimo alla stessa data); sembra pertanto
più corretto ricercare non solo le precipitazioni massime, ma tutte quelle superiori a un
"valore soglia", diverso per ogni stazione. In secondo luogo nella serie dei valori
massimi annuali "possono mancare i dati di alcuni anni poiché il criterio di validazione
adottato prevede che non siano calcolati i valori di pioggia intensa se nell'anno manca
anche un solo dato" (Regione Piemonte, 2000). E' questo il caso di quasi tutte le stazioni
del settore alpino del TPG, che presentano serie incomplete a causa del difficile
funzionamento nel periodo invernale.
La ricerca degli eventi piovosi più intensi è stata pertanto approfondita utilizzando
anche le piogge giornaliere.
EVENTI SOLO SUL SETTORE ALPINO DEL TPGEST
I valori di pioggia giornaliera (precipitazioni rilevate alle 09.00 S.M.T. e relative alle 24
ore precedenti) sono stati estratti dal CD ROM "Banca Dati Meteorologica 1990-1997"
(Regione Piemonte, 2000).
Le stazioni scelte sono indicate nella tabella II-7.
I valori giornalieri di pioggia di tali stazioni (dal 1/1/90 al 31/12/97) sono stati
confrontati con un valore "soglia" corrispondente alla pioggia di 12 ore avente tempo di
ritorno di 10 anni.
Siccome le stazioni della Regione Piemonte – Settore Meteoidrografico hanno serie
storiche relativamente brevi, abbiamo attribuito loro i caratteri statistici delle linee di
probabilità pluviometrica di alcune stazioni del Servizio Idrografico e Mareografico
Italiano. Inoltre sono stati utilizzati i parametri forniti dall'Autorità di Bacino del Fiume
Po, diversi per ognuna delle 23 zone pluviometriche omogenee in cui è suddiviso il
Piemonte. La relazione empirica contenente tali parametri permette di ottenere una
pioggia di durata e tempo di ritorno assegnati, introducendo come unica variabile
indipendente il tempo di ritorno.
La tabella II-8 mostra i valori di pioggia per durata di 12 ore e tempo di ritorno di 10
anni, ottenute con i due metodi descritti. Il valore usato come soglia è il più cautelativo
fra i due.
Siccome il valore massimo di un evento di durata 24 ore potrebbe non situarsi
nell'intervallo considerato dai dati usati (09.00 – 09.00 S.M.T.), si è deciso di abbassare
il valore soglia del 30%, in modo da poter individuare un numero più elevato di eventi
(chiamato “min”).
Tabella II-8: Precipitazioni di durata 12 ore e tempo di ritorno 10 anni e valori soglia
usati per la selezione degli eventi più intensi.
Abbiamo così individuato 19 eventi piovosi durante i quali la pioggia giornaliera di
almeno una stazione superava il valore soglia o il 70% dello stesso. La suddivisione
degli eventi per mese e per stazione è illustrata nella figura II-9.
In aggiunta ai dati degli anni 1990-1997, tutti validati dal fornitore, è stato preso in
considerazione un altro fenomeno recente e di una certa intensità, l'evento
pluviometrico del 3-5 maggio 1999, per le stazioni di Coazze e Cumiana. I dati di
pioggia ogni 10 minuti provengono dal "Servizio Antares", un’interfaccia creata dal
Settore Meteoidrografico della Regione Piemonte per permettere l'accesso in 'tempo
reale’, tramite password, alla banca dati meteorologica; i dati più recenti non sono
ovviamente validati. Per evitare la confusione con le piogge derivate da fusione della
neve all'interno dello strumento, sono stati esclusi gli episodi registrati nei mesi
invernali, e per l'autunno e la primavera è stato fatto un confronto con le precipitazioni
nevose (per le stazioni aventi un nivometro, si veda la tabella II-7) o con le temperature.
L'analisi dei pluviogrammi ha inoltre permesso di escludere alcuni temporali estivi di
brevissima durata (inferiore alle 10-12 ore).
Figura II-9: Distribuzione degli eventi piovosi analizzati per mese e per stazione
RICERCA DELLE PRECIPITAZIONI DI DURATA 1 ORA
Ognuno dei 20 eventi selezionati con i metodi indicati sopra è stato studiato con
maggior dettaglio grazie ai valori delle piogge orarie. Per ottenere le precipitazioni a
passo temporale di un'ora sono state usate due fonti (entrambe del Settore
Meteoidrografico della Regione Piemonte):
- dal 1990 al 1994 le registrazioni delle basculate per tutte le stazioni della Regione
Piemonte, trasformate in piogge orarie con il programma "mm3_5", creato dal DEIAFA
(Cantamessa, 1999) specificatamente per questo progetto;
- dal 1995 al 1997 dati orari forniti dalla Regione Piemonte in tabelle mensili: è
un'aggregazione standard distribuita all'utente che ne faccia richiesta. Il valore
affiancato ad ogni ora indica la pioggia cumulata dall'inizio del mese.
Come già detto in precedenza, i dati di maggio 1999 provengono dal "Servizio
Antares".
COSTRUZIONE DI PLUVIOGRAMMI E CALCOLO DEI VALORI MASSIMI DI 12 E 24 ORE
Le piogge giornaliere hanno permesso di costruire i pluviogrammi di ogni evento e di
ogni stazione. Il grafico che raggruppa la curva delle piogge orarie cumulate e
l'istogramma delle intensità orarie dà interessanti indicazioni sull'evoluzione del
fenomeno piovoso e permette di evidenziare in numero di scrosci, la loro durata, nonché
eventuali picchi di intensità oraria. Un esempio è presentato nella figura II-10.
La successiva aggregazione delle piogge di durata 1 ora in piogge di 12 e 24 ore è
servita per determinare il valore massimo verificatosi durante l'evento per tali durate.
Figura II-10: Pluviogrammi delle precipitazioni orarie (a partire dalle 09.00 del
25/6/94).
CALCOLO DEL GRADIENTE IPSOMETRICO PER OGNI EVENTO
Per calcolare il gradiente ipsometrico "a" relativo ad ogni evento, i valori massimi di 24
ore della stazione situata in fondovalle e di quella in quota sono stati introdotti nella già
citata relazione:
P(24H,T) = (1+aX) * Préf (24h, T)
Lo stesso coefficiente "a" è stato calcolato sostituendo le piogge massime di 24 ore con
quelle di 12 ore.
In generale si notano valori non superiori a 0,006 (6*10-3); i gradienti più elevati,
sempre positivi e dell'ordine di grandezza di 10-3, appartengono alla coppia CumianaCoazze. Nel caso delle tre coppie di stazioni dell'Alta Val Susa i valori non superano
0,001 (1*10-3), taluni sono prossimi allo zero o addirittura negativi. I gradienti degli
eventi studiati si situano in un intervallo di variazione simile a quello dei valori ricavati
dalle stazioni del Servizio Idrografico e Mareografico Italiano, ma presentano una
dispersione maggiore (massimi e minimi più elevati).
Il coefficiente "a" di ogni evento è anche stato confrontato con il tempo di ritorno
attribuito al valore massimo di 24 (o 12) ore della stazione di fondovalle, usando i
parametri della distribuzione GEV (secondo quanto illustrato in precedenza).
Osservando la figura II-11 si nota subito la carenza di fenomeni piovosi aventi un tempo
di ritorno significativo (almeno superiore a 10 anni), soprattutto per le stazioni dell'alta
Val Susa. Talvolta i tempi di ritorno delle piogge massime in fondovalle e in quota
verificatesi durante lo stesso evento possono presentare un valore diverso (soprattutto
per le stazioni di Cumiana e Coazze, come durante gli eventi del 23 settembre 1993 o
del 3-6 novembre 1994).
Non sembra esistere una relazione particolare fra la durata dell'evento e il gradiente
ipsometrico, come appare nella figura II-12.
Figura II-11: Distribuzione del gradiente ipsometrico (calcolato con dati delle stazioni
della Regione Piemonte) in funzione del tempo di ritorno.
Figura II-12: Distribuzione del gradiente ipsometrico (calcolato con dati delle stazioni
della Regione Piemonte) in funzione della durata dell'evento.
USO DEL GRADIENTE A FINI APPLICATIVI
Per verificare se l’incremento della precipitazione con la quota può essere rilevante ai
fini applicativi per la determinazione delle portate di progetto, è stato preso in esame il
caso di un bacino montano dell'Alta Val di Susa.
E' stata valutata la variazione della portata di progetto introducendo all'interno di un
modello "afflussi - deflussi" prima la pioggia oraria effettivamente verificatesi in una
stazione di fondovalle, poi la stessa moltiplicata per un gradiente ipsometrico.
Il bacino in questione (Rio Fenils, comune di Cesana) misura circa 10 km².
La pioggia introdotta è quella misurata alla stazione Oulx-Gad tra le 13.00 del 25/06/94
e le 20.00 del 26/06/94; il dislivello tra tale stazione e un punto situato nella parte alta
del bacino è di 500 m; il gradiente scelto è 5*10-4. Secondo la già citata relazione:
P(24H,T) = (1+aX) * Préf (24h, T)
si ottiene
Pquota = (1+aX) * Pfondovalle = (1+0,0005*500) * Pfondovalle
I valori di portata alla sezione di chiusura del bacino passano da 10 m3 /s ( con 74,2 mm
di pioggia in 32 ore) a 16 m3 /s (con 92,75 mm di pioggia nello stesso periodo). I risultati
sono presentati nella figura II-13.
Figura II-13: Portate Rio Fenils (ore a partire dalle 13.00 del 26/06/94).
Un incremento della pioggia di fondovalle del 25%, per ottenere la precipitazione in
quota, giustifica in questo caso un aumento di portata della stessa entità o anche
superiore se il processo idrologico comporta la formazione di lave torrentizie.
II-4. CONCLUSIONI E PROSPETTIVE
II-4.1. Conclusioni
VERSANTE FRANCESE
Il periodo 1998-1999 è servito per l'installazione delle nuove stazioni e per la gestione
dei loro dati. L'analisi spazio-temporale degli eventi registrati dall'estate 1999 dovrà
essere completata, in Francia, grazie ai dati delle reti di Météo France e di EDF/DTG, e
in Italia, grazie ai dati della Regione Piemonte. La banca dati del progetto INTERREG
II (azione 1) sarà utilizzata per arricchire la rete di dieci stazioni con le informazioni
provenienti da altre 50 già esistenti.
E' ancora troppo presto per utilizzare in modo sistematico i nuovi dati ottenuti dal 1999.
Per iniziare a fare stime affidabili dei quantili di pioggia occorrono almeno tre o quattro
anni di dati.
VERSANTE ITALIANO
1. Da quanto emerge dai casi esaminati, il gradiente di precipitazione sul versante
piemontese appare di un ordine di grandezza inferiore al gradiente sul versante francese
(10-3-10-4 nel primo caso e 10-2 nel secondo).
2. Le serie del settore alpino del TPG sono estremamente corte (al massimo 10 anni,
dati Regione Piemonte) e se si esclude la coppia di stazioni Cumiana - Coazze, gli
eventi aventi una certa intensità (e quindi cui può essere assegnato un tempo di ritorno
superiore a 10 anni) sono veramente pochi.
3. Il caso di Cumiana-Coazze, l'unico per il quale si ha un gradiente significativo (e
sempre positivo) potrebbe essere rappresentativo di tutta la zona pedemontana del
Piemonte.
4. La carenza di eventi di una certa importanza non consente ancora di verificare se il
gradiente diminuisce all'aumentare del tempo di ritorno.
5. Ai fini applicativi sembra che non esista (o sia irrilevante) il temuto incremento della
precipitazione con la quota. Quindi per un evento di piena di un piccolo bacino montano
non si può sistematicamente imputare un incremento delle portate ad un contributo
ignoto della pioggia sulla parte alta del bacino.
Sembra perciò lecito poter fare i calcoli all'interno di un modello afflussi-deflussi,
usando la pioggia di fondovalle su un caso in quota. Una correzione del 20-25% può
tuttavia essere ragionevole.
II-4.2. Prospettive
Un possibile sviluppo futuro dell’attività introdotta con il progetto INTERREG II
dovrebbe prevedere di:
- aumentare le stazioni situate sui versanti aventi la stessa esposizione (per esempio
secondo la disposizione della serie Pragelato, Lago Pilone, Gad) allo scopo di
approfondire il legame fra altezza di precipitazione-altitudine e altezza di
precipitazione-esposizione del versante, valutando l'influenza del vento sulla
precipitazione;
- migliorare la critica delle misure di precipitazioni liquide in alta quota (superiore a
2000 m). Si può pensare di studiare l'effetto del vento sul deficit di captazione delle
precipitazioni da parte degli strumenti di misura. In questo senso occorrerà
prevedere l'installazione di sensori supplementari (velocità e direzione del vento) e
la collaborazione con meteorologi (modelli meso-NH);
- utilizzare eventualmente il TPG per lo studio dell’evoluzione spaziale delle
precipitazioni. Quest'attività può essere sviluppata utilizzando, per la prima volta
dopo le note esperienze di Milano, valori orari e ricavando il coefficiente di
riduzione con l’area (ARF). Essa deve essere vista nella prospettiva del prossimo
impiego del radar meteorologico di Torino. Sarà quindi possibile conoscere lo
spostamento delle perturbazioni e soprattutto valutare la riduzione delle masse
d’aria durante la traversata delle Alpi. Si potrà inoltre analizzare il valore aggiunto
dalle dieci stazioni d’altitudine situate sul versante francese, confrontando la
cartografia delle precipitazioni ottenuta con il complesso delle stazioni
pluviografiche, con o senza le postazioni gestite dal CEMAGREF;
− definire il "tipo di tempo" a cui può essere associato ogni evento e studiare se
diverse situazioni meteorologiche possono influenzare la variazione del gradiente.