Obiettivi
- Modellare i meccanismi di infiltrazione e di trasferimento dell'acqua lungo i versanti e nei conoidi alpini con l'uso di mappe digitali del terreno ad alta risoluzione,dati satellitari, misure di campo e modelli geomorfologici ed idraulici del ciclo idrologico di nuova concezione.
- Determinare le zone di possibile innesco di frana a scala di bacino, i volumi movimentabili, gli eventi critici.
- Affinare procedure di ricostruzione di modelli digitali del terreno e di classificazione dell'uso del suolo a partire da dati telerilevati.
- Definire procedure semplificate di supporto alla progettazione di opere di difesa del suolo.
Descrizione del progetto
A differenza di quanto accade in pianura, il pericolo idrogeologico nei bacini montani è dovuto al concorrere di portate solide e liquide e non è possibile affrontare il problema separandole.
Per l'analisi del pericolo e del rischio conseguente nei bacini montani sono stati implementati nel corso degli anni una miriade di metodi, principalmente basati su analisi statistiche delle relazioni tra volume dei sedimenti e precipitazioni o sulla costruzione di check-list (Aulitzky, 1980; Kronfellner-Kraus, 1985; Meunier, 1991; Rickenmann, 1997). Metodi basati su una modellazione più fisica e geomeccanica dei fenomeni sono stati implementati presso l'Università di Kyoto dal gruppo del prof. Takahashi introducendo pero' semplificazioni rilevanti nella struttura stratigrafica e geologica dei depositi granulari. Soprattutto il problema idrologico al contorno era pero' ignorato nella sua complessità.
Un modello distribuito dello scivolamento superficiale a scala di bacino che usa pienamente le informazioni derivanti dai dati digitali del terreno e, potenzialmente, dai dati digitali derivanti da strumenti laser o di risoluzione comparabile, è stato implementato recentemente da Dietrich et al. (1992, 1995) e chiamato SHALSTAB. Il modello contempla l'analisi della topografia in una sintesi opportunamente semplificata dei processi idrologici di deflusso subsuperficiale e del modello di stabilità derivante dal pendio infinito.
Questi studi della scuola della Università di Berkeley costitutiscono la base di partenza della presente linea di ricerca che si propone, tra gli altri obiettivi meglio elencati in seguito, di costruire un modello altrettanto semplice delle instabilità generate dal deflusso superficiale (centrali a questo proposito sono anche gli studi di Iverson, 2000) e di caratterizzare meglio gli effetti derivanti dalla presenza o assenza di vegetazione e di diversi tipi geo-litologici.
Da un punto di vista pratico, la presente linea di ricerca si propone di ottenere dei modelli che servano a localizzare a scala di bacino dei siti in pericolo; di determinare la loro estensione e la massa inizialmente movimentabile (che rappresenta l'innesco del fenomeno ma non l'evoluzione dinamica del moto e dell'erosione). Inoltre si vuole contribuire alla determinazione degli eventi che possono generare i fenomeni di scivolamento (in funzione del variabile contenuto d'acqua del suolo ante evento e alla quantità di suolo presente).
Il problema della generazione del deflusso o della partizione dei deflussi idrici in superficiali e subsuperficiali (o il suo complementare della determinazione del contenuto d'acqua del suolo) è il problema idrologico principale studiato. Oltre ai modelli semplificati, il progetto si propone anche di sviluppare e validare il modello distribuito GEOTOP. Esso consente anche di studiare in modo accurato la dinamica della pressione interstiziale nei pori del suolo ampliando e completando gli studi di Hsu(1994), Wu e Sidle (1995) e Duan 91996). Studi recenti suggeriscono infatti che la variazione della pressione interstiziale lungo un versante si propaghino assai più celermente di quanto non avvenga per il movimento dell'acqua (Torres, et al., 1998, Reid et al 1997) anche se l'eterogenità dei mezzi naturali e della copertura del suolo rendono normalmente difficile ogni predizione accurata basata su strumenti puramente deterministici (Johnson and Sitar, 1990).
Naturalmente non sono trascurati gli aspetti idrometeorologici della questione ed, in particolare, la possibilità di connettere sia i modelli concettuali che i modelli idrologici distribuiti alla previsione e alla osservazione delle precipitazioni possibilmente migliorando, per esempio, i risultati già ottenuti da Walko et al. (2000).
Nell'ambito di questa ricerca ha un ruolo non secondario l'uso di strumenti o tecniche di misura non convenzionali (almeno nell'ambito operativo). Tra queste si vogliono promuovere le varie tecniche di rilevamento satellitare attraverso l'acquisizione e l'analisi di immagini anche in sequenza multitemporale e l'uso di modelli digitali del terreno ad altissima risoluzione (come quelli ottenuti da laser altimetro aviotrasportato o da tecniche ortofotogrammetriche dell'ultima generazione).
Sottoprogetti
Dati telerilevati e GPS
- Analisi della topografia attraverso l'acquisizione di dati digitali del terreno ad alta risoluzione
- Telerilevamento a classificazione della copertura del suolo
- Analisi dendrocronologica
- Rappresentazione coordinata dei dati su sistemi informativi territoriali (GIS) "Open Source"
- Change Detection (SAR - R.Genevois,Università di Padova)
Studi teorici di geomorfologia,dei processi erosivi e franosi
- Analisi delle relazioni pendenze - aree - curvature
- Analisi della produzione e dell'azione del deflusso superficiale
- Caratterizzazione dello spessore del suolo
- Determinazione di particolari soluzioni a scala di bacino dell'equazione di Richards e determinazione degli eventi che innescano le frane
Modellazione numerica distribuita del ciclo idrologico a scala di bacino
- GEOTOP
- Accoppiamento con un modello metereologico a scala limitata non idrostatico
- Studio degli effetti della vegetazione e dei cicli vegetativi sul ciclo ideologico
- Applicazione degli studi ad alcuni bacini sperimentali