Geologia, suoli e sismica

Predire gli effetti delle precipitazioni estreme sulla geomorfologia dei piccoli bacini montani

azioni per una migliore comprensione delle conseguenze per la biodiversità e gli ecosistemi d'acqua dolce

Nel 2015 un intenso nubifragio ha colpito le Valli del Trebbia, del Nure e dell'Aveto nell'Appennino settentrionale. In circa 6 h il sistema convettivo è stato capace di scaricare una quantità impressionante di pioggia pari a circa 340 mm, con un'intensità di precipitazioni orarie maggiori di 100 mm/h.

Figura 1 - Localizzazione dell'area di studio (in alto) e delle precipitazioni cumulative (in basso) dalle 23.00, ora locale, del 13 settembre alle 5.00 del 14 settembre, nei bacini idrografici della Regione Emilia Romagna. I dati pluviometrici registrati sono delle stazioni meteorologiche della rete regionale ARPAE SIMC

Figura 1 - Localizzazione dell'area di studio (in alto) e delle precipitazioni cumulative (in basso) dalle 23.00, ora locale, del 13 settembre alle 5.00 del 14 settembre, nei bacini idrografici della Regione Emilia Romagna. I dati pluviometrici registrati sono delle stazioni meteorologiche della rete regionale ARPAE SIMC.

L’evento ha innescato colate detritiche lungo i pendii e i canali dei torrenti, frane e inondazioni causando gravi danni.

Vi è quindi un forte interesse pratico nel prevedere la frequenza e l'intensità di questi effetti per la gestione delle emergenze e per ridurre la vulnerabilità del territorio.

Attraverso la combinazione dei dati delle precipitazioni, delle immagini dal radar meteo regionale e del dato geologico-geomorfologico, presentiamo un'analisi dettagliata che servirà come base per creare una correlazione quantitativa tra le precipitazioni e principali effetti al suolo su Unità Idrologiche Elementari (UIE). L’obiettivo è quello di fornire una base oggettiva per le previsioni future, partendo dal riconoscimento degli eventi meteorologici forzanti, per poi arrivare alla previsione dei fenomeni scatenanti con particolare attenzione alle colate di detrito in grado di provocare ingenti danni alle infrastrutture.

Figura 2 - (a) Modello di flusso che illustra l’evoluzione sotto corrnete di una colata di detrito dale ricostruzioni effettuate sul terreno. Sono indicate: l'area di origine (I), esempi degli argini (II), del canale (III) e del deposito (IV). b) Modello che illustra l’evoluzione di un piena ad alta concentrazione dalle osservazioni effettuate sul terreno. Sono indicate: l'area di origine (I), esempi degli effetti erosivi della piena (II e III) e i depositi, sia in condizioni aperte (IV) che confinate (V)

Figura 2 - (a) Modello di flusso che illustra l’evoluzione sotto corrnete di una colata di detrito dale ricostruzioni effettuate sul terreno. Sono indicate: l'area di origine (I), esempi degli argini (II), del canale (III) e del deposito (IV). b) Modello che illustra l’evoluzione di un piena ad alta concentrazione dalle osservazioni effettuate sul terreno. Sono indicate: l'area di origine (I), esempi degli effetti erosivi della piena (II e III) e i depositi, sia in condizioni aperte (IV) che confinate (V).

Inoltre, in considerazione della scarsità di informazioni su questo specifico argomento disponibili in letteratura, si intende anche documentare gli effetti di eventi estremi di precipitazione sulla biodiversità, la struttura e la funzione degli ecosistemi d'acqua dolce nei piccoli bacini montani.

Sotto la pressione del peggioramento delle conseguenze del cambiamento climatico, diversi studi hanno cercato di affrontare gli effetti ecologici degli eventi estremi sulle acque correnti. Tuttavia, gli eventi estremi includono generalmente inondazioni, incendi, ondate di calore e siccità. Ancora più importante, gli effetti ecologici considerati sono quasi sempre quelli sulle acque correnti, mentre risultano quasi completamente trascurati gli effetti sui sistemi delle acque sotterranee. In generale, gli effetti degli eventi estremi sugli ecosistemi delle acque interne sono altamente dipendenti dal contesto, e vanno da deleteri a benefici. Per questi motivi, forniamo sette osservazioni/casi studio sugli effetti degli eventi di precipitazione estrema sugli ambienti d'acqua dolce in piccoli bacini montani della regione.

Figura 3 - Immagini satellitari prima (a) e dopo (b) la piena ad alta densità nel settembre 2015 che ha interessato il lago Bino (commune di Ferriere, provincial di Piacenza). Da notare il trasporto solido che ha a lungo interessato il lago Bino (codice del sito IT 4020008)

Figura 3 - Immagini satellitari prima (a) e dopo (b) la piena ad alta densità nel settembre 2015 che ha interessato il lago Bino (commune di Ferriere, provincial di Piacenza). Da notare il trasporto solido che ha a lungo interessato il lago Bino (codice del sito IT 4020008).

Figura 4 - Esempio di rimozione della copertura vegetale lignea lungo l’alveo del torrente Nure. Le aree erose sono indicate in rosso

Figura 4 - Esempio di rimozione della copertura vegetale lignea lungo l’alveo del torrente Nure. Le aree erose sono indicate in rosso.

Figura 5 - Immagini satellitari prima (a) e dopo (b) la piena ad alta densità nel settembre 2015. La linea gialla definisce gli habitat della rete Natura 2000 (codice del sito IT4020008), mentre la linea rossa delimita il deposito grossolano depositato dalla piena. Da questo confronto è possible osservare i possibili effetti della piena e del suo deposito sugli habitat della Rete Natura 2000 cartografati per l’area di studio

Figura 5 - Immagini satellitari prima (a) e dopo (b) la piena ad alta densità nel settembre 2015. La linea gialla definisce gli habitat della rete Natura 2000 (codice del sito IT4020008), mentre la linea rossa delimita il deposito grossolano depositato dalla piena. Da questo confronto è possible osservare i possibili effetti della piena e del suo deposito sugli habitat della Rete Natura 2000 cartografati per l’area di studio

Figura 6 - Portata in l/s (linea tratteggiata rossa), comparsa di Niphargus, e dati di precipitazione (istogramma a barre blu) ottenuti da una sorgente perenne  monitorata nell'Appennino settentrionale

Figura 6 - Portata in l/s (linea tratteggiata rossa), comparsa di Niphargus, e dati di precipitazione (istogramma a barre blu) ottenuti da una sorgente perenne monitorata nell'Appennino settentrionale

Figura 7 - Esempio di alta concentrazione di Niphargus sp. aff. puteanus osservato in corrispondenza di una sorgente. Questa abbondante presenza di Niphargus è da mettere in relazione all'onda di pressione indotta dall'evento estremo di precipitazione del 5 novembre 2016. L'osservazione è stata fatta tre giorni dopo il nubifragio. La sorgente era stata visitata anche poco prima delle piogge estreme e questi organismi non erano presenti. La dimensione di questa specie depigmentata varia da un minimo di 3mm ad un massimo di 8mm

Figura 7 - Esempio di alta concentrazione di Niphargus sp. aff. puteanus osservato in corrispondenza di una sorgente. Questa abbondante presenza di Niphargus è da mettere in relazione all'onda di pressione indotta dall'evento estremo di precipitazione del 5 novembre 2016. L'osservazione è stata fatta tre giorni dopo il nubifragio. La sorgente era stata visitata anche poco prima delle piogge estreme e questi organismi non erano presenti. La dimensione di questa specie depigmentata varia da un minimo di 3mm ad un massimo di 8mm

In particolare, nel presente lavoro è stata effettuata l'analisi di un evento piovoso intenso, con l'obiettivo di indagare la quantità di pioggia utilizzando diversi intervalli di tempo (1 h, 2 h, 3 h, ...) in relazione agli effetti geomorfologici prodotti sul terreno. L'analisi delle precipitazioni, registrata dalla rete di stazioni meteorologiche dell'Emilia-Romagna e gestita da ARPAE-SIMC, ha mostrato che la mappa della distribuzione spaziale delle precipitazioni (in mm) nell'arco di tempo di 3 ore, dalle 23:00 del 13 settembre alle 02:00 del 14 settembre, ben si adatta all'area a più alta concentrazione di effetti geomorfologici causati dalle precipitazioni stesse. I dati meteorologici consentono di identificare le aree geografiche che hanno una posizione strategica rispetto al flusso atmosferico dominante associato ad eventi di precipitazioni intense. Le caratteristiche geologiche, geomorfologiche e vegetazionali del territorio colpito ci hanno permesso di identificare chiaramente le soglie di precipitazione ad alta intensità che innescano le colate di detrito.

Figura 8 - (a) Numero di debris flows riconosciuti per ogni Unità Idrologica Elementare (UIE) interessato dal nubigragio, in funzione delle precipitazioni (mm/3h) e della inclinazione media dell’UIE. I punti gialli corrispondono alle UIE dove non si sono attivati debris flows; i cerchi grigi sono le UIE interessati da debris flows. La dimensione dei cerchi è proporzionale al numero di debris flows riconosciuti, da un minimo di 1 (cerchi più piccoli) ad un massimo di 8 (cerchi più grandi). b) Sono riportati solo gli UIE con una inclinazione media superiore a 25°. La figura mostra la relazione tra la percentuale di debris flows attivati per UIE (quadrato rosso) e il numero di UIE in cui sono stati osservati debris flows (triangolo blu) in relazione alle precipitazioni medie per UIE in 3 ore

Figura 8 - (a) Numero di debris flows riconosciuti per ogni Unità Idrologica Elementare (UIE) interessato dal nubigragio, in funzione delle precipitazioni (mm/3h) e della inclinazione media dell’UIE. I punti gialli corrispondono alle UIE dove non si sono attivati debris flows; i cerchi grigi sono le UIE interessati da debris flows. La dimensione dei cerchi è proporzionale al numero di debris flows riconosciuti, da un minimo di 1 (cerchi più piccoli) ad un massimo di 8 (cerchi più grandi). b) Sono riportati solo gli UIE con una inclinazione media superiore a 25°. La figura mostra la relazione tra la percentuale di debris flows attivati per UIE (quadrato rosso) e il numero di UIE in cui sono stati osservati debris flows (triangolo blu) in relazione alle precipitazioni medie per UIE in 3 ore

Le variazioni del ciclo idrologico delle Alpi e degli Appennini non sono dovute solo ad eventi estremi di precipitazione che aumentano di frequenza e intensità, ma anche a ondate di calore e siccità, sempre più intense e prolungate. L'azione combinata di questi due fattori può avere e avrà importanti effetti sulla biodiversità degli ambienti montani di superficie e sotterranei.

Questa tendenza in atto richiede l'attivazione di attività di monitoraggio ambientale, misure di gestione, azioni di divulgazione e di sensibilizzazione per una migliore comprensione di come ridurre e mitigare gli effetti degli eventi climatici estremi e per poter includere adeguate misure di mitigazione nella pianificazione e nella gestione ambientale.

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