Istituto Nazionale di Economia Agraria
L’INTERRIMENTO DEGLI INVASI
AD USO IRRIGUO NELLE
REGIONI MERIDIONALI:
RILIEVI DIRETTI, METODOLOGIE
E MODELLISTICA
Rapporto irrigazione
L’INTERRIMENTO DEGLI INVASI AD USO IRRIGUO NELLE REGIONI MERIDIONALI: RILIEVI DIRETTI, METODOLOGIE E MODELLISTICA
ISBN 978-88-8145-173-9
Volume non in vendita
L'INEA partecipa alle iniziative della Giornata Mondiale dell'Alimentazione come membro
del Comitato Nazionale per le celebrazioni ufficiali italiane
Gestione Commisariale
ex Agensud
a cura di
Paolo Bazzoffi e Silvia Vanino
Istituto Nazionale di Economia Agraria
L’INTERRIMENTO DEGLI INVASI
AD USO IRRIGUO NELLE
REGIONI MERIDIONALI:
RILIEVI DIRETTI, METODOLOGIE
E MODELLISTICA
a cura di
Paolo Bazzoffi, Silvia Vanino
Il presente lavoro è stato elaborato nell’ambito del progetto “Attività di assistenza tecnica e supporto agli Enti concessionari nel settore dell’uso irriguo delle risorse idriche", affidato all’INEA dal MIPAAF, Gestione
Commissariale ex Agensud.
Lo studio è stato redatto dal personale CRA e da alcuni consulenti esterni, con la supervisione ed il referaggio di un
comitato tecnico-scientifico all’uopo costituito, formato da:
-
Ing. Antonino Casciolo – funzionario Gestione Commissariale ex Agensud, Responsabile unico del progetto;
-
Dr. Guido Bonati - responsabile INEA Servizio 4;
-
Dr. Pasquale Nino - coordinatore INEA del progetto;
-
Prof. Ing. Agostino Farroni – Professore aggregato del corso Idraulica e sistemazioni fluviali presso la Facoltà
di Ingegneria dell’Università degli Studi dell’Aquila;
-
Ing. Giacomo Romano - ingegnere idraulico, consulente della Gestione Commissariale ex Agensud.
Coordinamento editoriale: Federica Giralico
Progettazione ed impaginazione grafica: Mannozzi Sofia
AUTORI
Dott. Paolo Bazzoffi – Dirigente di Ricerca c/o CRA-ABP Firenze (Responsabile dell’Azione “Efficienza e sicurezza delle dighe e piccoli invasi”del progetto) ha redatto i capitoli 1, 2, 3, 4, 5 e 6.
Dr.ssa Silvia Vanino – INEA (Referente INEA dell’Azione “Efficienza e sicurezza delle dighe e piccoli invasi”) ha
redatto l’Introduzione.
COLLABORATORI
Dr. Rosario Napoli - CRA RPS Roma
- Rilievi in campo
- Applicazioni GIS
Dott. Giovanni Allegri - CRA ABP Firenze
- Applicazioni GIS
Dr.ssa Vanessa Palermo - CRA ABP Firenze
- Coordinamento-contatti con enti gestori degli invasi.
- Rilievi in campo
- Applicazioni GIS
Per. Agr. Andrea Rocchini – CRA ABP Firenze
- Rilievi in campo
- Lettura tracce ecoscandaglio
- Analisi Fisiche
Dr. Giorgio D’Egidio – CRA ABP Firenze
- Rilievi in campo
Prof. Carlo Gaggi - Dipartimento di Scienze Ambientali, Università degli Studi di Siena
- Analisi ed indagini chimiche sui sedimenti
Dott. Adriano Bassignana. Collaboratore esterno al CRA
- Sviluppo del codice di navigazione SHOWKEA
Dott. Alessandro Fatighenti. Collaboratore esterno al CRA
- Rilievi in campo e assistenza nei rilievi bato-sedimentometrici
Foto di copertina: Paolo Bazzoffi
PResenTAzIOne
L'irrigazione rappresenta uno dei fattori fondamentali nello sviluppo dell’agricoltura negli ultimi
decenni, non solo perché ha consentito di ottenere produzioni elevate e di qualità, ma soprattutto perché
ha reso possibile una flessibilità nella scelta degli ordinamenti produttivi da parte degli imprenditori agricoli, svincolandoli dalla scarsità ed incertezza degli apporti idrici derivanti dalle precipitazioni.
L’impiego dell’acqua in agricoltura, quale mezzo tecnico della produzione, pone delle problematiche peculiari rispetto agli altri fattori produttivi in quanto risorsa naturale e pertanto non producibile
industrialmente e per la sua caratteristica di escludibilità nel consumo, che comporta una forte competizione con gli altri usi (civili, industriali, potabili, ricreativi, etc.).
L’INEA, con il servizio “Ricerche su ambiente e risorse naturali in agricoltura” ed in coerenza con
gli attuali indirizzi comunitari tesi a garantire un approccio sostenibile alle risorse naturali, realizza studi
specifici volti a promuovere un’efficiente gestione delle risorse idriche in agricoltura sia dal punto di vista
economico che ambientale. Le attività del servizio pertanto, sono mirate allo sviluppo di strumenti agronomico-territoriali di supporto alla pianificazione e programmazione dell’uso delle acque, in un’ottica di
contenimento dei consumi, e ad approfondire gli aspetti di carattere tecnico-ingegneristico, per fornire
agli Enti gestori della risorsa un supporto per quanto riguarda le innovazioni tecnologiche adottate nei
sistemi irrigui.
Questo lavoro in particolare, nasce dalla collaborazione tra INEA e Gestione Commissariale ex
Agensud, che hanno dato vita al progetto di “Assistenza tecnica e supporto agli Enti concessionari nel
settore dell’uso irriguo delle risorse idriche”.
Il progetto costituisce la prosecuzione e l’approfondimento di precedenti studi effettuati dall’INEA
(“Studio sull’uso irriguo della risorsa idrica, sulle produzioni agricole irrigate e sulla loro redditività”,
finanziato con le risorse del QCS 1994-1999 nell’ambito del Programma Operativo Multiregionale
“Ampliamento e adeguamento della disponibilità e dei sistemi di adduzione e distribuzione delle risorse
idriche nelle regioni dell’Obiettivo 1” – sottoprogramma III, misura 3; studio “Assistenza tecnica nel settore delle risorse idriche” linee C, D ed E del Progetto Operativo, facente parte del “Programma
Operativo Nazionale Assistenza Tecnica e Azioni di Sistema QCS Obiettivo 1 2000-2006” (PON ATAS) –
misura 1.2: Azioni di assistenza tecnica e supporto operativo per l’organizzazione e la realizzazione delle
attività di indirizzo, di coordinamento e orientamento delle Amministrazioni Centrali), volti a fornire supporto scientifico, tecnico e operativo alla Gestione Commissariale ex Agensud per ampliare e approfondire le conoscenze sull'agricoltura irrigua nelle regioni meridionali, allo scopo di ottimizzare l’uso delle
risorse finanziarie disponibili con l’individuazione degli interventi strutturali a maggiore valenza economica.
Dal punto di vista operativo il progetto è rivolto principalmente al sostegno dell’attività degli Enti
operanti nel settore irriguo – Consorzi di Bonifica ed altri soggetti pubblici – ed è articolato nelle seguenti quattro linee direttrici:
- Linea A: studi a carattere territoriale sulle aree irrigue;
- Linea B: studi ed indagini sull’utilizzo della risorsa idrica;
- Linea C: elementi e linee guida per la progettazione di impianti irrigui;
- Linea D: supporto tecnico agli enti concessionari per l’accelerazione degli interventi e per le attività connesse alla gestione degli impianti.
III
Ciascuna Linea è articolata in diverse Azioni secondo lo schema seguente:
Nell’ambito delle diverse Linee del progetto sono state sviluppate le seguenti Azioni:
Azione 1 - Uso della risorsa idrica, strutture di distribuzione e tecniche irrigue nelle aree non servite
da reti collettive dei Consorzi di Bonifica;
Azione 2 – Monitoraggio qualitativo dei corpi idrici utilizzati a scopo irriguo;
Azione 4 - Intrusione marina e possibilità di trattamento delle acque con elevato contenuto salino;
Azione 5 – Utilizzo delle acque delle reti di bonifica;
Azione 6 - Controllo delle perdite nelle reti in pressione;
Azione 7 - Utilizzazione a fini naturalistici degli invasi a prevalente uso irriguo;
Azione 8 - Linee guida sulla scelta e l’impiego delle apparecchiature idrauliche, sugli impianti di
sollevamento, sugli impianti di filtraggio;
Azione 11 - Efficienza e sicurezza delle dighe e piccoli invasi;
Azione 12 - Supporto all’attività di rendicontazione;
Azione 14 - Supporto all’attività di progettazione;
Azione 15 - Analisi di rilevanti esperienze di progettazione a livello internazionale.
L’azione 11 ha dato luogo a questa ricerca, il cui obiettivo principale è stato quello di fornire un
modello collaudato di stima della sedimentazione negli invasi artificiali, che è un fattore di depauperamento quantitativo e qualitativo delle risorse idriche. I sedimenti che vanno ad interrire gli invasi sono
generati dall’erosione idrometeorica del suolo o da masse terrose che si originano nei movimenti franosi.
Pertanto è necessario conoscere il tasso di produzione di sedimento bacinale al fine di programmare gli
interventi di gestione e conservazione di queste risorse.
On Lino Carlo Rava
Presidente INEA
Ing. Roberto Iodice
Commissario Ad Acta Ex Agensud
InDICe
InTRODUzIOne
CAPITOLO 1
InqUADRAmenTO DeLL’ATTIvITà
1.1
Le dighe e le problematiche relative all’intervento
5
CAPITOLO 2
meTODOLOgIe DI RILIevO ADOTTATe e nUOvI sTRUmenTI
PeR L’InDAgIne BATImeTRICA e seDImenTOmeTRICA
2.1
Operazioni preliminari al rilievo batimetrico e sedimentometrico.
9
2.1.1 Definizione Delle Condizioni Di Misura
9
2.1.2 Individuazione di punti stabili di riferimento per la georeferenziazione delle misure
9
2.1.3 Georeferenziazione dei punti stabili di riferimento mediante allacciamento alla rete GPS IGM 95
9
2.2
Rilievi batimetrici e sedimentometrici
10
2.2.1 Tracciato delle range lines
10
2.2.2 Strumentazione utilizzata
11
2.2.3 Limiti di applicazione della tecnologia sub-bottom profiler
16
2.3
Presentazione dei report standard dei rilievi batimetrici e sedimentometrici ai fini
del progetto di gestione degli invasi
16
2.3.1 Contenuti del report
16
2.3.2 Illustrazione del report “tipo”
18
2.4
22
nuovi strumenti per l’indagine batimetrica e sedimentometrica sviluppati
2.4.1 Introduzione
22
2.4.2 Sviluppo del codice di navigazione ShowKea
26
2.4.3 Descrizione del software ShowKea e illustrazioni
27
CAPITOLO 3
ATTIvITà DI RILIevO sU InvAsI PILOTA PeR svILUPPO e TARATURA
DeL mODeLLO FLORenCe PeR LA PRevIsIOne DeLL’InTeRRImenTO
3.1
gli invasi e i valori di interrimento
31
3.2
Ubicazione degli invasi pilota
31
3.3
Invasi del sud Italia : applicazione del modello FLORenCe
33
3.4
qualità dei sedimenti
34
3.4.1 Componenti inorganici
35
3.4.2 Componenti organici
38
3.4.3 Carbonio e Sostanza organica
41
V
3.5
Composizione granulometrica e densità dei sedimenti
42
3.6
stima della densità dei sedimenti.
43
CAPITOLO 4
mODeLLO FLORenCe: mOTIvAzIOnI, APPLICAzIOne e RIsULTATI ATTesI
4.1
Inquadramento nel contesto del progetto di gestione degli invasi
45
4.2
Descrizione del modello FLORenCe
46
4.3
natura del dataset e variabili del modello FLORenCe
47
4.4
sovra-apprendimento e generalizzazione
49
4.5
verifica di affidabilità del modello FLORenCe
51
4.5.1 Confronto fra valori osservati ed attesi
51
CAPITOLO 5
PRODUzIOne DeL mODeLLO CALIBRATO FLORenCe2
5.1
verifica di affidabilità del modello FLORenCe 2
60
5.1.1 Confronto fra valori osservati ed attesi
60
5.2
Applicazione del modello FLORenCe2 agli 86 invasi del sud Italia
62
5.3
metodologia applicativa del modello FLORenCe2
64
5.3.1 Preparazione Basi Dati
64
5.3.2 Struttura Base Dati Invasi
64
5.3.3 Struttura Base Dati Bacini
65
5.3.4 estrazione dei bacini idrografici
65
5.3.5 Derivazione dei parametri per il modello FLoReNCe
66
5.3.6 Fonti Dati impiegate
66
5.4
estrazione dei parametri per l’applicazione del modello FLORenCe2
66
5.5
Base dati bacini finale: struttura e stato dell’arte
67
CAPITOLO 6
mODeLLO FLORenCe sU weB
6.1
6.2
Procedura online per l’applicazione semplificata del modello ad uso degli enti
gestori, per la preparazione del progetto di gestione degli invasi
69
Istruzioni per l’applicazione del software FLORenCe2 v. 1.0
69
BIBLIOgRAFIA
75
VI
IntroduzIone
In Italia l’agricoltura irrigua contribuisce per più del 50% alla produzione totale agricola e per più del
60% al valore totale dei prodotti agricoli (OECD, 2006). L’acqua destinata all’agricoltura è poco meno
dei due terzi delle risorse idriche nazionali disponibili, circa il 60%, su una superficie che è solo il 21%
della superficie totale agricola (EEA, 2009). Un uso così intensivo d’acqua per fini agricoli può indebolire le risorse, portando in alcune aree anche alla definitiva perdita delle risorse irrigue. Le fonti idriche
disponibili sono costituite dalle precipitazioni meteoriche, dalle acque superficiali ( fiumi, laghi ed invasi
artificiali) e dalle acque sotterranee.
Gli invasi artificiali rappresentano una risorsa moderna e costosa (Di Silvio, 1996), ma consentono di
accumulare acqua nei periodi di abbondanza, generalmente in autunno ed in inverno, e di rilasciarla in
caso di necessità, per uso agricolo, uso potabile o per la produzione di energia-idroelettrica.
Dagli inizi del secolo scorso si è assistito ad un rapido incremento nelle costruzioni delle grandi
dighe. Attualmente in Europa si contano più di 7.000 grandi invasi artificiali, con una capacità totale che
rappresenta il 20% delle risorse di acqua disponibile (EEA, 2009). La FAO stima che l’area totale di
superficie irrigata in tutto il mondo sia di circa 389 milioni di ettari. Secondo la Commissione Mondiale
sulle Dighe, tra il 30 ed il 40% di quell’area oggi è irrigata grazie alle grandi dighe, più di 45.000 in tutto
il mondo, e produce il 10% di cibo e di fibra disponibile oggi nel mondo.
Secondo un’indagine su 118 Consorzi condotta dall’Associazione Nazionale Bonifiche ed
Irrigazione (ANBI), la quasi totalità dell’acqua impegnata per le esigenze irrigue delle aziende viene
deviata dai corsi d’acqua (54%) o accumulata all’interno di serbatoi artificiali (38%) dai quali viene successivamente prelevata e distribuita. Le regioni dove è maggiore l’uso di invasi sono l’Umbria ed il
Molise (100%), la Sardegna (98%) e la Puglia (97%). Dai dati ANBI si evince che in Italia le opere di
irrigazione sono in totale 1.224, 663 traverse e 564 invasi e vasche, per un totale di 2.475 milioni di m3 di
acqua.
Nel tempo, però, i serbatoi possono perdere parzialmente o totalmente la loro capacità di invaso a
causa dell’interrimento. Ed è per questo motivo che bisogna controllare e limitare la sedimentazione nei
bacini per permettere la salvaguardia di una risorsa ambientale ed economica.
Le cause dell’interrimento vanno generalmente ricercate nelle attività antropiche condotte a monte
dell’invaso. Il disboscamento, l’espansione dell’urbanizzazione e l’agricoltura nel tratto a monte, spesso
incrementano l’erosione del suolo con il conseguente trasporto ed accumulo di sedimenti nell’invaso.
L’entità e la velocità di accumulo dipendono dalle caratteristiche idrologiche del bacino, dal regime fluviale del corso d’acqua intercettato e dalle caratteristiche geomorfologiche del bacino stesso.
Il fenomeno dell’interrimento degli invasi artificiali costituisce un grave problema anche a livello
mondiale, infatti secondo i dati FAO (2002) circa l’1% del volume totale di acqua immagazzinata nei
maggiori bacini idrici del mondo viene perso annualmente a causa della sedimentazione e ciò corrisponde a circa 60 km3 di acqua. L’apporto solido è estremamente variabile, per un notevole numero di serbatoi in Italia si è valutato un apporto compreso tra l’1% ed il 7% della capacità totale; questo significa che
in assenza di interventi mirati a limitare gli effetti della sedimentazione la vita media di questi invasi è
compresa tra 100 e 15 anni (Bianchini, ENEL).
E’ quindi necessario, soprattutto nelle aree in cui la scarsità di acqua è il fattore limitante dello
sviluppo, considerare con attenzione il problema della prevenzione dell’interrimento, della sua mitigazione e della riabilitazione degli invasi interriti.
1
Introduzione
Gli effetti negativi della sedimentazione vanno distinti in tre gruppi, quelli che si riflettono direttamente sulla struttura, quelli che si riflettono sul corso d’acqua sbarrato e quelli ambientali. I danni potenziali che possono interessare le strutture sono:
- riduzione del volume di invaso con conseguente minore capacità di regolazione dei deflussi e di laminazione delle piene;
- possibile blocco delle opere di derivazione e degli scarichi di fondo;
- abrasione delle opere civili (sfioratori, gallerie) e dispositivi elettromeccanici (turbine e paratoie);
- aumento della sollecitazione sulla diga e possibili erosioni localizzate al piede della stessa.
Gli effetti sul corso d’acqua sbarrato sono i seguenti:
- sovralluvionamento del letto a monte del serbatoio, con possibili maggiori rischi di inondazioni;
- abbassamento generalizzato dell’alveo a valle del serbatoio, con possibili erosioni localizzate, pericoli
per la stabilità delle infrastrutture e riduzione di apporti solidi verso i litorali.
Oltre a questi effetti negativi, spesso ci possono essere delle ripercussioni anche a livello ambientale:
- effetti negativi sulla qualità delle acque dei corpi idrici;
- danni agli ecosistemi acquatici quali le zone umide, che possono minacciare la produttività e la biodiversità (scomparsa di specie vegetali e riduzione del patrimonio faunistico);
- riduzione della possibilità di usi ricreativi di laghi e corsi d’acqua.
Le strategie, che si possono attuare per controllare e ridurre le sedimentazione, possono essere
suddivise in due categorie:
- Strategie finalizzate a ridurre l’ingresso dei materiali nel bacino;
- Strategie finalizzate alla rimozione dei materiali accumulati nel bacino.
Il primo gruppo di interventi tende a ridurre il volume di sedimenti che raggiungono l’invaso controllando i processi di erosione nel bacino imbrifero a monte del serbatoio. La costruzione di briglie per
creare bacini di raccolta dei detriti, la creazione di barriere vegetazionali o di canali bypass costituiscono
azioni efficaci per ridurre gli apporti di sedimento nell’invaso.
Il secondo gruppo di interventi è finalizzato alla rimozione diretta del materiale che già si è depositato nell’invaso. Esistono diversi metodi per l’asportazione dei sedimenti. Lo svaso prevede lo svuotamento parziale o totale del serbatoio, ma l’abbassamento del livello del lago consente solo ad una limitata quantità di materiale sedimentato in prossimità dello scarico di fondo di andare a valle. Le operazioni
di sfangamento hanno invece il fine di eliminare totalmente o parzialmente il materiale accumulato nel
serbatoio e possono essere effettuate mediante spurgo (flushing), utilizzando l’acqua come fluido vettore
per erodere i sedimenti. Le altre operazioni di sfangamento prevedono l’asportazione di materiale a serbatoio pieno (dragaggio meccanico o idraulico) o a serbatoio vuoto con mezzi meccanici. Le tecniche di
dragaggio rappresentano una soluzione di sicura efficacia al problema dell’interrimento, ma comportano
dei costi elevati che variano da 10 €/m3 ai 30 €/m3. (Molino, 2004)
In alternativa si può procedere prima allo svuotamento totale dell’invaso e poi alla rimozione del
sedimento utilizzando escavatori e pale meccaniche. Questa operazione risulta meno costosa per quanto
riguarda le spese per i mezzi meccanici, ma nel complesso è più onerosa. In ogni caso, comunque, il
materiale rimosso va analizzato, caratterizzato chimicamente, fisicamente e granulometricamente e
vanno eseguiti i test ecotossicologici.
Se il sedimento è alterato viene sistemato in luoghi opportuni di stoccaggio o portato in discarica;
tale opzione comporta un costo considerevole. Il costo dello stoccaggio definitivo è ampiamente variabile. Nel caso di un utilizzo in agricoltura può essere negativo (ad esempio i sedimenti del Nutting Lake;
Massachussets-USA, furono venduti a 2,5 €/m3 e i sedimenti del lago Trummen, Svezia, a 3,15 €/m3)
2
Introduzione
mentre nel caso di presenza di sostanze tossiche e nocive, il costo di smaltimento può raggiungere circa
41,5 €/m3 (Autorità di Bacino del fiume Po, 2001).
Nel caso in cui il sedimento non presenta contaminazioni, esso può essere considerato una risorsa;
può risultare di notevole qualità ai fini di un utilizzo in svariati settori, da quello industriale a quello agricolo.
In ambito industriale, il sedimento prelevato dal fondale di un invaso artificiale può trovare impiego nella fabbricazione del cemento (Bernardo et al, 2000) in sostituzione della frazione argillosa.
Invasi non distanti dalla foce possono essere causa o concausa dei fenomeni di arretramento dei
litorali. In questi casi, una volta verificata la compatibilità granulometrica, fisico-chimica, microbiologica e batteriologica dei sedimenti presenti nell’invaso, è possibile trasportare il materiale rimosso nelle
zone costiere dove questo può consentire il ripristino delle superfici di sabbia.
In ambito agricolo si può utilizzare il sedimento come ammendamento, contribuendo così anche a
rallentare, se non arginare, il processo di desertificazione che caratterizza molte aree del mondo. Infatti in
uno studio fatto sui sedimenti dell’invaso Camastra (Molino, 2006), si è visto che il suolo ammendato ha
un aumento della capacità di immagazzinamento idrico e delle condizioni strutturali del suolo come
porosità, infiltrazione, abitabilità dell’apparato radicale.
Affinché si preservi un approvvigionamento idrico adeguato sia sotto il profilo quantitativo che
qualitativo è necessario che ci sia una buona gestione dei corpi idrici.
La legge principale in materia di risorse idriche è la cosiddetta legge Galli del 1994: con questa
legge viene sancito che l’acqua è un bene pubblico. Inoltre questa legge stabilisce che l’acqua deve essere governata ed utilizzata secondo i principi della solidarietà e del risparmio idrico, garantendo prioritariamente l’uso umano, quello agricolo e poi quello industriale. Sempre secondo la legge Galli, l’utilizzo
dell’acqua deve avvenire secondo criteri di sostenibilità, garantendo cioè alla popolazione di oggi di fruire del bene senza pregiudicarla alle generazioni future.
Per quanto riguarda la tutela delle risorse idriche, una delle norme più importanti è il decreto legislativo n. 152/99, con il quale sono state emanate importanti disposizioni in materia di protezione delle
acque dall’inquinamento. Tale decreto si prefigge lo scopo di prevenire e ridurre l’inquinamento, attuare
il risanamento dei corpi idrici inquinati, proteggere in modo adeguato quelle destinate a particolari usi e
perseguire usi sostenibili e durevoli delle risorse idriche.
Nel 2000 è stata emanata un’importante Direttiva Europea detta “Water Framework Directive”,
mediante la quale il problema della crisi idrica è stato affrontato con un approccio nuovo ed opposto alle
strategie produttivistiche. La direttiva europea si prefigge l’obiettivo di prevenire le crisi idriche promuovendo l’adozione di apposite strategie di risparmio idrico, tutelando gli ecosistemi idrici così importanti
per la tutela dell’ambiente e della biodiversità.
Nel 2006 è stato varato il “Codice dell’Ambiente” (decreto legislativo 152/2006) che ha varato
importanti innovazioni in materia di gestione e di tutela delle risorse idriche.
Un primo contributo della Direttiva è quello di stabilire tempi, scadenze, modalità per una ricognizione della quantità e della qualità delle acque e degli usi che devono essere economicamente e socialmente giustificati; quindi il costo di recupero di un metro cubo d’invaso “annullato” dall’interrimento
tende ad essere competitivo con il costo dello stesso metro cubo “creato” per mezzo di una nuova diga.
Diventa fondamentale riconsiderare ex-novo la gestione dei sedimenti intercettati dai serbatoi, l’obiettivo
sarà quello di trasformare gli invasi a vita limitata in infrastrutture durature, utilizzabili dalle generazioni
future.
I cambiamenti climatici stanno causando un graduale aumento della temperatura ed alterando la
distribuzione della piovosità; questo processo comporta un certo impatto sul ciclo dell’acqua e sugli ecosistemi. Questo ci deve condurre a combattere contro le cause di questi fenomeni ed ad anticipare strate3
Introduzione
gie di gestione dell’acqua per il futuro. L’aumento della richiesta di acqua per l’irrigazione potrebbe raggiungere il 20% in più rispetto alla situazione attuale con un aumento della competizione nell’uso dell’acqua tra utenze civili, industriali ed agricole.
Per le emergenze idriche, ogni comprensorio irriguo dovrebbe avere un proprio piano di gestione
per affrontare la siccità minimizzando i danni. In queste situazioni prima di richiedere nuovi ed ulteriori
accumuli d’acqua, sarebbe necessario ed opportuno organizzare una gestione ragionata dell’emergenza,
attuando una buona gestione dei bacini artificiali in modo da fornire i quantitativi d’acqua richiesti, preservare e migliorare la qualità delle acque irrigue.
Per preservare le risorse idriche in modo da contrastare i periodi di siccità, è opportuno attuare una
più attenta gestione delle esistenti risorse non rinnovabili, come sono appunto i bacini artificiali. La scarsa disponibilità di nuovi volumi di invaso rende sempre più conveniente la conservazione di quelli esistenti e ciò porta a cercare di allungare il periodo di vita utile dei serbatoi, cercando di prevenire la sedimentazione all’interno dei bacini.
Con la presente attività di ricerca si è voluto definire una metodologia per rilevare l’interrimento
degli invasi artificiali al fine di pianificare gli interventi necessari a ridurre i fenomeni di erosione e
deposito all’interno dei bacini idrografici, e per programmare le attività di gestione e conservazione della
risorsa idrica.
Lo studio è organizzato come segue. Nel capitolo 1 si presenta una descrizione delle attività che
sono state svolte all’interno del Progetto. Il capitolo 2 presenta le metodologie dei rilievi bato-sedimentometrici adottate nelle campagne di rilievo e descrive la strumentazione utilizzata in campo. Il capitolo 3
descrive l’attività di campagna che si è svolta nelle regioni obiettivo1: vengono descritte tutte le fasi, da
quelle preliminari al rilievo in campo, alle analisi effettuate sui sedimenti prelevati dai fondali lacustri. I
rilievi di campo sono stati effettuati per sviluppare e tarare il modello “Florence” che serve per una stima
dell’interrimento nei bacini artificiali. Il capitolo 4 illustra il modello “Florence” e presenta i risultati
della stima dei volumi sedimentometrici derivati dall’applicazione del modello su un database di bacini
artificiali. Nel capitolo 5 si presenta il modello “Florence2” che è un miglioramento del precedente
modello, perché introduce ulteriori variabili nei dati di input. Il capitolo 6 descrive la procedura di applicazione dei modelli “Florence”e “Florence2” su web.
4
CapItolo 1
Inquadramento dell’attIvItà
1.1
le dighe e le problematiche relative all’interrimento
Le “grandi dighe”, definite dalla legge 21 ottobre 1994, n. 584 come opere di sbarramento di
altezza maggiore di 15 metri o che determinano un volume di invaso superiore ad un milione di metri
cubi, sono circa 555 di cui 494 in esercizio, con capacità potenziale di invaso di circa 10.854 Mm3.
Il numero dei piccoli invasi, secondo differenti stime, è compreso fra 8.843 e 15.400, con capacità
potenziale di invaso complessiva dell’ordine di 300 Mm3 (tabella 1).
tabella 1. numero di invasi in Italia, suddivisi per regione
Regioni
Abruzzo
Basilicata
Calabria
Campania
Emilia Romagna
Friuli Venezia Giulia
Lazio
Liguria
Lombardia
Marche
Molise
Piemonte
Puglia
Sardegna
Sicilia
Toscana
Trentino Alto Adige
Umbria
Valle d’Aosta
Veneto
Totale
Numero invasi da telerilevamento
Grandi invasi
Piccoli invasi
631
146
111
150
1058
26
266
27
122
754
114
606
60
392
1664
1741
49
843
23
60
8843
15
16
26
16
26
11
21
15
75
17
8
58
8
56
51
58
36
13
11
18
555
616
130
85
134
1032
15
245
12
47
737
106
548
52
336
1613
1683
13
830
12
42
8288
La capacità totale di invaso è una risorsa scarsamente rinnovabile e le problematiche di impatto
ambientale derivanti dalla realizzazione dei serbatoi riducono notevolmente il numero di aree idonee alla
realizzazione di nuovi invasi (Penta, 1980). Ciò vale sia per i grandi invasi che per i laghi di medie e piccole dimensioni.
Si stima che in Italia il tasso potenziale di interrimento nei grandi invasi sia compreso fra un valore minimo dello 0,1% ed un massimo dell’1%, rispettivamente in condizioni di bacino idrografico boscato o ad agricoltura intensiva. Negli invasi di medie e piccole dimensioni questi valori variano fra 0,3% e
2%.
Considerando ambedue le tipologie di invasi, la perdita di capacità di invaso annua media risulterebbe di circa l’1,59%. (Gazzolo e Bassi 1961, Chisci 1986, Bazzoffi et al. 1989, Bazzoffi e Chisci 1995,
Chisci e Bazzoffi 1995).
5
Capitolo 1
In una indagine condotta su 13 grandi serbatoi situati in Sicilia, è stata rilevata una notevole perdita di capacità di invaso a causa dei depositi sedimentari, che è passata da 489 Mm3 a 432 Mm3; pari a
una perdita complessiva di circa il 12% del volume (Tamburino et al., 1989; Barbagallo e Tamburino,
1989).
In uno studio condotto su 268 grandi dighe costruite in Italia negli ultimi 50 anni è stato dimostrato che l’1,5% risultavano interrite completamente; il 17,5% erano interrite del 20% ed il 4,5% avevano
perso il 50% della capacità d’invaso (Tomasi 1996).
Oltre alla considerazione dei costi elevati di sfangamento, è necessario tenere presente che i sedimenti appena rimossi dal fondo dei laghi sono, in larga misura, anaerobici, con alte concentrazioni di
ferro e manganese solubili (forme ridotte), di S--, S- e H2S (Pearsall 1920; Barko et al. 1986; Nichols
1992). Essi, pertanto, risultano fortemente tossici per le piante e possono causare problemi di impatto
ambientale (Tomasi 1996); cosicché spesso si ricorre ad un rimedio temporaneo, spostandoli dalla zona
prossima alla diga, ove creano i maggiori problemi alle opere idrauliche, a zone più lontane all’interno
del medesimo invaso.
Come mostrato in tabella 1, in Italia i laghetti collinari sono più di 8000, con una capacità di invaso complessiva di appena il 3% di acqua rispetto ai grandi serbatoi. Nonostante ciò, queste riserve d'acqua sono importanti per la loro polifunzionalità e per la dislocazione strategica sul territorio; essendo
presenti in quelle zone della collina seccagna, ove l’acqua non è facilmente reperibile e l’adduzione da
grandi invasi sarebbe troppo costosa.
Oltre alla funzione originaria di riserva idrica per il sostegno della produzione agricola in collina,
attribuita originariamente ai laghi di medie e piccole dimensioni, oggi a queste risorse vengono riconosciute altre funzioni ambientali, fra le quali prevalgono: la difesa antincendio, gli aspetti ricreativi e paesaggistici, l’incremento della biodiversità e l’eventuale regimazione delle piene in ambito locale.
Queste componenti assumono una rilevanza tale da giustificare la conservazione e l’incremento
del numero dei laghi nelle aree collinari del Paese.
La realizzazione di nuovi laghetti collinari e la manutenzione di quelli esistenti è oggi incoraggiata da contributi pubblici. Infatti molti programmi regionali attuativi della PAC prevedono la tutela del
patrimonio forestale, anche attraverso la disponibilità di invasi per l’approvvigionamento di acqua contro
gli incendi.
In relazione all'enorme importanza delle risorse idriche nel contesto delle attività umane, la sedimentazione negli invasi artificiali, quale fattore di depauperamento quantitativo e qualitativo di tali risorse, desta notevoli preoccupazioni. I sedimenti che vanno ad interrire gli invasi sono generati dall’erosione idrometeorica del suolo o da masse terrose che si originano nei movimenti franosi. Pertanto è necessario conoscere il tasso di produzione di sedimento bacinale al fine di programmare gli interventi di gestione e conservazione di queste risorse.
Sulla base di queste premesse, l’attività di ricerca dell’azione 11 del progetto è stata finalizzata sui
seguenti obiettivi:
1) Fornire un modello collaudato di stima della sedimentazione negli invasi, attraverso la calibrazione e la riformulazione di un precedente modello previsionale denominato FLORENCE in modo da
renderlo maggiormente adatto alla previsione della sedimentazione negli invasi di medie dimensioni
(comprese fra 100.000 e 1.000.000 m3).
2) Rilevare la sedimentazione occorsa in un gruppo di invasi-pilota con la duplice finalità:
a) della calibrazione del modello FLORENCE 2,
b) di supportare l’attività degli enti gestori nella redazione del Progetto di Gestione (art. 114
D.Lgs 3 aprile 2006 n. 152 e Decreto MATTM 30 giugno 2004).
L’attività della linea è stata realizzata attraverso le seguenti fasi:
6
Capitolo 1
1. Definizione ed individuazione degli invasi-pilota da rilevare per ampliare il dataset di misure necessarie alla calibrazione/validazione modello nelle Regioni Meridionali;
2. Recupero permessi di accesso, preparazione documentazione preliminare ed effettuazione delle campagne di rilevo degli invasi-pliota;
3. Elaborazione dati rilevati e interpretazione dei profili e delle tracce da rilievo ecoscandaglio con creazione del dataset di punti bato-sedimentometrici per ogni invaso-pilota. Spazializzazione dati e creazione reportistica per ogni invaso-pilota;
4. Creazione della base dati invasi del sud comprensiva di:
a) invasi rilevati;
b) invasi su cui applicare il modello FLORENCE;
5. Definizione geografica dei bacini imbriferi degli invasi su cui applicare il modello in tutte le Regioni
Meridionali; recupero parametri di input per il modello FLORENCE sui bacini scontornati.
6. Applicazione del modello e restituzione dei risultati.
7
CapItolo 2
metodologIe dI rIlIevo adottate e nuovI strumentI per l’IndagIne
batImetrICa e sedImentometrICa
2.1
operazioni preliminari al rilievo batimetrico e sedimentometrico
Prima dell’effettuazione dei rilievi. Su ciascun invaso si sono condotte le seguenti operazioni preliminari:
1) Ricognizione delle sponde e dei punti di accesso;
2) Definizione delle condizioni di misura;
3) Individuazione dei punti stabili di riferimento per la georeferenziazione delle misure,
4) Allacciamento dei punti stabili di riferimento alla rete geodetica GPS IGM95.
Le attrezzature fondamentali utilizzate sono le seguenti:
1) Barca in alluminio a fondo piatto o Battello gonfiabile trasportato da Jeep;
2) Ecoscandaglio Knudsen 320BP con funzione di profilatore eco di sottofondale (sub-bottom profiler);
3) Sistema di georeferenzazione GPS geodetico RTK Leica 1200;
4) Benna per il prelievo di sedimenti.
2.1.1 Definizione delle condizioni di misura
Durante lo svolgimento delle campagne di misura, i valori batimetrici sono stati riferiti alla quota
altimetrica dello specchio libero dell’invaso. Tali valori sono stati successivamente riportati alla quota di
invaso indicata dall’ente gestore (quota di sfioro, coronamento ecc.).
Inoltre, poiché le misure eseguite con l’ecoscandaglio sono riferite al pelo libero dell’acqua, si è
registrato, nel corso dei rilievi batimetrico-pachimetrici, l’andamento delle oscillazioni del livello idrico
per poter correggere, in fase di elaborazione dei dati, le profondità relative rilevate dall’ecoscandaglio
riferirle all’altimetria indicata dall’ente gestore (m s.l.m.).
2.1.2 Individuazione di punti stabili di riferimento per la georeferenziazione delle misure
Il sistema di posizionamento plano-altimetrico utilizzato per l’allacciamento dei rilievi è di tipo
satellitare GPS (Global Position System). Tale sistema si basa su coordinate spaziali riferite all’ellissoide
WGS84 che richiedono una rototraslazione per il passaggio ad una qualsiasi altra rappresentazione cartografica piana.
Nel nostro studio è stata adottata la rappresentazione conforme di Gauss o proiezione UTM
(Universal Trasversal Mercator) standard che consente di posizionare nel piano qualsiasi punto in coordinate metriche rettangolari o cartesiane.
2.1.3 Georeferenziazione dei punti stabili di riferimento mediante allacciamento alla rete GPS IGM 95
La georeferenziazione assoluta delle basi individuate a terra (materializzate con chiodi o altri
segnali topografici) ha richiesto la conoscenza di elementi della rete GPS IGM 95 localizzati nell’area di
indagine, possibilmente entro un raggio di 10 km. Le informazioni riportate sulle monografie relative ai
vertici GPS IGM 95 hanno consentito di effettuare con precisione (grazie ai parametri sito specifici di
9
Capitolo 2
passaggio tra i diversi sistemi geografici di riferimento riportati sulla monografia) la rototraslazione dal
sistema WGS84 al sistema UTM utilizzato per la georeferenziazione dei rilievi. Per allacciare i punti stabili di riferimento al sistema UTM, si è operato nel seguente modo:
- come prima operazione si è provveduto all’acquisizione dei punti GPS IGM 95, scelti tra i più prossimi al bacino da rilevare, di cui almeno 2 collegati a capisaldi della rete altimetrica nazionale, in modo
da approssimare al massimo le quote altimetriche ellissoidiche misurate con GPS a quelle geoidiche
locali s.l.m.
- Scelto un punto di stazione presidiato e sicuro, lo si è materializzato con apposito contrassegno.
- Mediante centramento forzato si è messa in stazione l’antenna del ricevitore base GPS sul punto individuato e contrassegnato. Con il ricevitore rover si è provveduto a stazionare su uno o più capisaldi di
riferimento presso la diga e sulle sponde dell’ invaso, ove ha stazionato la stazione base per l’esecuzione del rilievo batimetrico-pachimetrico di dettaglio, nell’ambito della stessa sessione di misure.
- La sessione di misure di inquadramento è stata effettuata con il metodo statico: metodo in cui le misure acquisite dalla base e quelle acquisite dalla rover hanno la stessa valenza, per cui si può ottenere la
massima precisione (1+2 ppm), con tempi di stazionamento di non oltre 30 minuti.
Completata la sessione di misure in campo, si è proceduto al post processo delle baseline tramite il
software Leica GeoOffice, ottenendo un sistema radiale rigido a compensazione lineare in coordinate
ellissoidiche WGS84.
2.2
rilievi batimetrici e sedimentometrici
2.2.1 Tracciato delle range lines
Per l’acquisizione delle batimetrie e delle pachimetrie sedimentarie si è seguito la metodologia universalmente nota del rilievo con ecoscandaglio su punti regolarmente distanziati lungo sezioni trasversali
agli assi principali del lago individuate sulla base della cartografia esistente. Questa metodologia, (denominata Range method) consigliata dal Corpo degli Ingegneri Civili Americani (U.S.D.A., 1979) resta
ancora valida, anche se i moderni sistemi satellitari GPS (Global Positioning System) per la definizione
delle coordinate dei punti di rilievo (Figura 1), consentendo l’acquisizione di un elevatissimo numero di
punti in tempi molto rapidi, permettono di svincolarsi da una maglia di rilievo eccessivamente rigida.
Figura 1. (a) rilievo dei punti bato-pachimetrici per mezzo del profilatore echosounder di
sotto-fondale e del sistema satellitare gps. (b) schema di rilievo di un lago.
10
Capitolo 2
2.2.2 Strumentazione utilizzata
Nella figura 2 viene mostrato l’ecoscandaglio subbottom profiler 320BP (Knudsen Engineering)
ed il trasduttore 200/28 kHz usati per i rilievi.
Nella figure 3, 4, 5 e 6 sono illustrate le attrezzature utilizzate per la navigazione e per la georeferenziazione.
Figura 2. ecoscandaglio sub-bottom profiler 320bp e trasduttore 200/28 kHz usati per i rilievi
Figura 3. Il trasduttore montato sotto una tavola da surf consente il mantenimento
della verticalità del beam.
In linea di massima si è proceduto stabilendo uno o più allineamenti base ben individuabili
attraverso capisaldi di riferimento.
Spostandosi lungo la sezione
con una barca attrezzata, il rilievo viene effettuato su punti
aventi una distanza massima
pari alla distanza che intercorre
fra sezione e sezione.
La determinazione della profondità dell'acqua e dello spessore
dei sedimenti avviene per
mezzo di profilatore Sonar di
sotto-fondale abbinato al GPS.
In pratica, stazionando su ciascun punto della maglia di rilievo per il tempo necessario
all’acquisizione del dato GPS in
modalità “stop and go”, si acquisiscono sia la posizione che gli spessori bato-pachimetrici di stazione
attraverso un Ping echo in grado di penetrare nel pacco sedimentario e di rilevare la differenza di densità
del sedimento rispetto al fondo originario.
11
Capitolo 2
Figura 4. barca attrezzata utilizzata per i rilievi
Alle misure eco si sono aggiunte alcune misure di
profondità dell'acqua mediante una rotella metrica munita all’estremità di un disco di ferro, di
forma e dimensioni tali da consentire di percepire
con notevole precisione il raggiungimento del
livello del sedimento. Questa operazione deve
essere effettuata per verificare la funzionalità del
profilatore durante tutta la campagna di rilievo e
per operare le opportune calibrazioni relative alla
trasmissione del segnale in funzione della densità
e della temperatura dell’acqua.
Il rilievo della linea di sponda è stato effettuato
da immagini satellitari di buona qualità e dettaglio attraverso la digitalizzazione a video in
ambiente GIS.
È comunque necessaria la conoscenza della data
di acquisizione delle immagini, al fine di poter
attribuire la quota esatta alla linea di sponda.
Quota che viene dedotta direttamente dalle registrazioni effettuate dal personale di guardia della
diga.
Durante il rilievo si sono prelevati campioni di sedimento in vari punti dell’invaso, per la determinazione delle caratteristiche fisico chimiche. Nel presente studio si è utilizzata una benna campionatrice
a strascico (Figura 7) ed una benna Ekman (Figura 8), interamente realizzata in acciaio inox al fine di
non inquinare il campione sedimentario con residui di ruggine.
Figura 5. zattera attrezzata di proprietà enas utilizzata per i rilievi sugli invasi sardi
12
Capitolo 2
Terminati i rilievi in campo si è proceduto all’interpretazione delle tracce Sonar. In questa operazione l'esperienza dell'operatore riveste una particolare importanza. La traccia eco, infatti, mette in evidenza una differente permeabilità sonora in relazione alla densità del mezzo attraversato ed il riconoscimento dell’interfaccia fra il fondo originario ed il sedimento non sempre é di facile interpretazione.
L’acquisizione degli spessori di sedimento è stata effettuata in ambiente ArcView 3.2, creando uno
shapefile dei punti all’interfaccia acqua-sedimento sui marker rilevati in campo (punti rossi di figura 9).
Successivamente lo shapefile è stato duplicato ed i punti della replica sono stati editati con il comando
drag, trascinandoli all’interfaccia sedimento-fondo originario (punti gialli della medesima figura 9).
Nella figura 10 si riporta un esempio di interpretazione dello spessore sedimentario.
Nelle seguenti figure sono mostrate alcune tracce eco di diversa struttura, al fine di esemplificare
la complessità e la diversità dei fondali dei 21 invasi rilevati.
Figura 6. georeferenziazione dei punti di rilievo tramite gps differenziale rtK leica 1200
Figura 7. benna campionatrice a strascico
13
Capitolo 2
Figura 8. benna campionatrice tipo ekman usata da enas negli invasi sardi
Figura 9. esempio di interpretazione e digitalizzazione della traccia sub-bottom profiler.
14
Capitolo 2
Figura 10. esempio di interpretazione dello spessore sedimentario in un tributario sommerso
dell’invaso santa rosalia (rg).*
* Il tracciato corrisponde alla sezione evidenziata in giallo sulla planimetria sovrimposta all’ortofoto.
Figura 11. tracciato eco di una sezione trasversale dell’invaso pertusillo.*
* Si noti la valle sommersa del fiume Agri, riempita di sedimenti (spessore > 6 m).
15
Capitolo 2
2.2.3 Limiti di applicazione della tecnologia sub-bottom profiler
La tecnologia sub-bottom profiler ha alcuni limiti:
1) I profilatori di sottofondale non penetrano la roccia, i massi, la ghiaia, le tasche gassose;
2) Le caratteristiche dei sedimenti variano da invaso ad invaso e da zona a zona all’interno del medesimo
invaso, determinando risposte eco variabili (interpretazione esperta);
3) Se il sedimento è rimasto all’aria e si è consolidato potrebbe non essere distinguibile;
4) La precisione nella determinazione degli spessori è variabile (con 28 kHz è intorno a 10 cm);
5) Non si può distinguere ciò che non è distinguibile (es: sedimento di sponda lavorato con l’aratro).
Generalmente i sedimenti che si depositano nei pressi della diga posseggono una natura limosoargillosa con rara presenza di sabbie fini; pertanto la metodologia risulta applicabile nella maggioranza
dei casi.
Una volta associati a ciascuna posizione GPS i valori batimetrici e pachimetrici, i punti di rilievo e
i punti rilevati sulla linea di massimo invaso vengono combinati in un unico data-set di posizioni.
Si ottengono così tre files di punti ASCII (X,Y,Zm): uno della profondità dell'acqua (batimetria)
uno per lo spessore del sedimento (X,Y,Zp) ed uno della profondità originaria dell'acqua riferita all'entrata in esercizio (X,Y,Z0), derivato dalla somma dei valori di spessore di acqua e di sedimento (Z0=Zm+Zp).
Dai files così ottenuti si ricavano, in ambiente ArcGis, i grid derivanti dall’interpolazione e la relativa rappresentazione grafica.
Con l'applicazione di un programma di analisi geostatistica o attraverso la classica interpolazione
topografica si possono ottenere:
1) la restituzione geografica delle curve iso-batimetriche attuali;
2) le curve iso-pachimetriche del sedimento e le curve iso-batimetriche originarie del serbatoio.
I files GRD vengono infine utilizzati per la determinazione delle due curve di regolazione (Quotevolumi) dell’invaso; ovvero della curva originaria e di quella alla data del rilievo (entrambe riferite al
massimo invaso o alla quota desiderata dal gestore dell’invaso).
2.3
presentazione dei report standard dei rilievi batimetrici e sedimentometrici ai
fini del progetto di gestione degli invasi
Fra i risultati metodologici acquisiti, di particolare importanza è la standardizzazione sia delle
operazioni di rilievo della sedimentazione sia della preparazione dei report di presentazione dei risultati
acquisiti.
Si ritiene opportuno indicare brevemente un “modello tipo” di report che, se adottato su vasta
scala negli studi necessari alla preparazione dei progetti di gestione degli invasi italiani, contribuirebbe
alla creazione di una repository nazionale coerente con le esigenze dettate dal Decreto Legislativo 3
Aprile 2006 n. 152 e dal Decreto MATTM 30 giugno 2004.
2.3.1 Contenuti del report
Il report dovrebbe contenere:
1)
Una copertina (fig. 12) con un cartiglio che contenga:
a) il nome dell’invaso;
b) la data dei rilievi ;
c) la proiezione geografica di riferimento;
16
Capitolo 2
2)
3)
4)
5)
6)
7)
8)
9)
10)
11)
12)
13)
d) il nome della ditta o dell’Ente che ha effettuato i rilievi;
e) una fotografia che identifichi visualmente l’invaso.
Un’immagine degli strumenti usati per i rilievi;
L’indice del report;
Le caratteristiche salienti dell’invaso utili alla comprensione dei risultati;
La sintesi dei risultati fra cui il volume totale di sedimento alla data del rilievo, il volume totale
dell’invaso all’origine ed il volume totale residuo alla data del rilievo. I suddetti totali volumi
dovranno essere riferiti ad una quota di interesse dell’ente gestore (es: massima regolazione, massimo invaso ecc.);
La quota dello specchio dell’invaso alla data dei rilievi in m s.l.m. Qualora le quote rilevate in
campo differissero da quelle dichiarate in diga o da quelle dei documenti di riferimento se ne farà
menzione nel report. Comunque le quote rilevate (es: coronamento, massima/minima regolazione
ecc.) dovranno essere forzate su quelle dei suddetti documenti di riferimento, al fine di non creare
pericolose confusioni che potrebbero indurre l’ente gestore ad errori nella erogazione dei volumi
d’acqua agli utenti;
Una figura georeferenziata che identifichi su foto aerea o satellitare la posizione dei punti di rilievo
(figura 13);
Una figura georeferenziata che identifichi su foto aerea o satellitare la batimetria originaria dell’invaso, riferita ad una quota significativa (es: alla massima regolazione o al massimo invaso) (figura
14);
Una figura georeferenziata che identifichi su foto aerea o satellitare la batimetria dell’invaso alla
data del rilievo, riferita ad una quota significativa (es: alla massima regolazione o al massimo invaso) (figura 15);
Una figura georeferenziata che identifichi, su foto aerea o satellitare, gli spessori sedimentari all’interno dell’invaso alla data del rilievo (figura 16);
Un grafico che riporti le curve di regolazione originaria e al momento del rilievo (curva delle quote
vs. volumi) (figura 17);
Il libretto delle quote e dei volumi invasati in forma numerica (figura 18);
La tabella dei punti di rilievo contenente, per ciascun punto, le coordinate piane nel sistema
WGS84 UTM, la batimetria riferita ad una quota significativa di interesse dell’ente gestore (es: alla
massima regolazione o al massimo invaso), lo spessore del sedimento, la quota originaria e la quota
al momento del rilievo del fondo dell’invaso (figura 19).
17
Capitolo 2
2.3.2 Illustrazione del Report “Tipo”
Nelle figure che seguono sono esemplificati i contenuti del report.
Figura 12a. Frontespizio del report con Cartiglio identificativo
Figura 12b. strumenti utilizzati
18
Capitolo 2
Figura 13. Illustrazione dei punti di rilievo su foto (da google earth)
Figura 14. batimetria originaria riferita ad una quota significativa (generalmente la massima
regolazione)
19
Capitolo 2
Figura 15. batimetria riferita alla data del rilievo, riferita ad una quota significativa (generalmente la massima regolazione)
Figura 16. Curve di regolazione: originaria e alla data del rilievo batimetrico. quote-volumi
20
Capitolo 2
Figura 17. spessori di sedimento alla data del rilievo
Figura 18. libretto dei volumi e delle aree alle diverse quote al passo di 1 cm
21
Capitolo 2
Figura 19. libretto dei punti di rilievo bato-sedimentometrico, georeferenziati, con batimetria e spessore del sedimento.
2.4
nuovi strumenti per l’indagine batimentrica e sedimentometrica sviluppati
2.4.1 Introduzione
Le metodologie classiche di rilievo dei sedimenti depositatisi negli invasi sono sostanzialmente
tre:
a) carotaggi su una griglia di punti ed interpolazione degli spessori;
b) confronto di modelli digitali delle quote del fondo dell’invaso;
c) rilievo diretto pachimetrico stratigrafico degli spessori, tramite ecoscandaglio (profilatore di sottofondale).
Nonostante le tre metodologie differiscano molto fra loro, esse hanno in comune sia la necessità
della corretta esecuzione del lavoro in campagna; ovvero l’acquisizione ottimale, riguardo al numero e
alla posizione, dei punti di rilievo, sia la necessità di verificare se i valori di spessore acquisiti sono realistici o meno.
Il primo dei tre metodi confronta il modello digitale delle quote del fondo dell’invaso dopo “n”
anni dall’entrata in esercizio con il modello del fondo prima che iniziasse la deposizione dei sedimenti.
Le quote del fondo attuale vengono generalmente acquisite con un sonar ad alta frequenza (almeno 200 kHz, per una buona definizione dell’interfaccia acqua-sedimento)(fig. 20); mentre le quote del
fondo originario vengono acquisite dalla cartografia a curve di livello originaria (Figura 21). La sottrazione delle quote determina lo spessore dei sedimenti su ciascun nodo della griglia (Figura 22).
Nello svolgimento del lavoro si è riscontrato che la planimetria originaria non è sempre disponibi22
Capitolo 2
Figura 20. esempio di rilievo del fondo attuale
Figura 21. planimetria originaria
23
Capitolo 2
Figura 22. sottrazione dei modelli digitali delle quote e calcolo degli spessori
le oppure è di scarsa qualità.
I problemi più frequenti relativi all’utilizzo delle planimetrie originarie in possesso degli enti
gestori degli invasi consistono nell’eccessiva equidistanza delle curve di livello; nella mancanza di informazione sui materiali e sui metodi di rilievo delle quote e sul metodo di interpolazione adottato.
Spesso le planimetrie sono cartacee (soggette a deformazione) e mancano di georeferenziazione;
per cui l’esatta sovrapposizione su foto aerea o su immagine satellitare risulta compromessa.
In genere le planimetrie originarie derivate da aerofotogrammetria sono affette da un errore insito
nella metodologia per la loro realizzazione; che dipende dalla quota di volo e dagli strumenti usati per la
fotorestituzione.
Nella figura 23 viene mostrata la relazione approssimativa fra la scala della cartografia e l’errore
atteso sulle quote delle curve di livello. Tale relazione è stata ricavata utilizzando a) la formula che lega
la scala dei fotogrammi alla scala della carta;
b) la formula che lega l’altezza del volo alla scala dei fotogrammi e la formula che lega l’altezza
di volo all’errore atteso:
sf = k√sc
Dove
Sf = Scala media dei fotogrammi (es: 1:8000);
k = Fattore variabile fra 200 e 300 in rapporto al restitutore utilizzato;
Sc = Scala della carta (es: 1:10.000).
H= s · F
24
Capitolo 2
Dove:
H = quota di volo (in metri) per ottenere una determinata scala Sc (es: 1:10000);
F = focale della camera di ripresa aerea, espressa in metri;
S = scala dei fotogrammi (es: 1:8.000).
p = 2,5 .10-4 H
Dove:
P = errore atteso (in metri) relativamente alle quote riportate sulla carta;
H = quota di volo.
Figura 23. relazione approssimativa fra la scala della cartografia e l’errore atteso sulle quote
delle curve di livello.
Una dimostrazione del calcolo degli errori teorici è riportato nella figura 24. Essa mostra la comparazione fra la linea di sponda dell’invaso Piano della Rocca (SA) a quota 113 m s.l.m. e l’isoipsa
113,00 estratta da DWG (linea rossa).
Si nota chiaramente come la quota della curva di livello non coincide con la linea di sponda (che
delinea una isoipsa naturale). L’isoipsa della cartografia numerica CTR in scala 1:5000 (in rosso) in alcune zone appare più arretrata nell’entroterra, mentre in altre zone si trova all’interno dello specchio del
serbatoio.
In conclusione: la comparazione di un DEM molto preciso da rilievo sonar con un DEM derivato
da una planimetria originaria scadente determina errori molto grossolani nel calcolo degli spessori di
sedimento.
I problemi si acuiscono sui fondali scoscesi dove maggiore è la mancanza di precisione plano-altimetrica delle curve di livello.
25
Capitolo 2
Figura 24. evidenziazione dell’errore di determinazione e le quote da planimetria originaria.*
Comparazione fra la linea di sponda dell’invaso Piano della Rocca (SA) a quota 113 m s.l.m. e l’isoipsa 113,00 estratta
da DWG (linea rossa).
Pertanto la comparazione dei modelli digitali del fondo dell’invaso sono sicuramente affetti dagli
errori che derivano dai limiti di precisione delle quote della planimetria originaria.
Disporre della planimetria originaria del fondo dell’invaso prima dell’entrata in esercizio è
comunque indispensabile anche nella metodologia sub-bottom profiling con ecoscandaglio.
2.4.2 Sviluppo del codice di navigazione SHOWKEA
Per eseguire il rilievo batimetrico e sedimentometrico con ecoscandaglio degli invasi artificiali
occorre rispettare alcune condizioni fondamentali. Oltre all’inquadramento e alla georeferenziazione
plano-altimetrica, di cui al precedente capitolo, occorre che venga effettuata una rapida “semina” di
punti di rilievo in numero tale da rappresentare in modo sufficiente il fondo dell’invaso. È bene che il
rilievo venga concluso in tempi rapidi, affinché non varino eccessivamente le condizioni di quota dell’invaso e di temperatura dell’acqua; inoltre è necessario che il numero di punti rilevati non sia ridondante, al
fine di non rendere eccessivamente onerosa la fase di interpretazione delle tracce del sub-bottom profiler.
Nel presente lavoro, inizialmente si è provato ad utilizzare il software Hypack Max. Si tratta di un
prodotto molto conosciuto nel settore della navigazione marina e soprattutto dei dragaggi in acque costiere.
Dopo alcuni tentativi deludenti si è preferito abbandonare l’uso del suddetto software e si è sviluppato un codice molto versatile ed adatto agli scopi del rilievo degli invasi italiani.
Attualmente esistono molte applicazioni che integrano le informazioni provenienti di da un sistema di raccolta ed analisi dati con le informazioni di localizzazione provenienti da un GPS.
Nella presente ricerca era necessario costruire un sistema che integrasse le informazioni provenienti da un ecoscandaglio doppia frequenza Knudsen 320BP con i dati posizionali di un GPS Leica 1200
26
Capitolo 2
RTK e nello stesso tempo permettesse la costruzione di sistema di visualizzazione e navigazione all'interno di un invaso.
Per questa specifica integrazione esistono solo poche applicazioni le quali sono oltretutto specializzate per applicazioni di ricognizione in alto mare e quindi ben difficilmente si prestano all'uso specifico in aree limitate come quelle dei laghi. Non solo, ma tali software non prevedono veri sistemi di navigazione, in quanto questi sono demandati alla strumentazione presente nelle imbarcazioni d'altura.
Per questo è nata l'esigenza di sviluppare un software denominato Showkea (mostra i files SCII
con estensione Kea generati dall’ecoscandaglio Knudsen) con funzionalità idonee a risolvere tutte le problematiche che si sono presentate in campo. Tali funzionalità sono qui elencate:
• Integrazione dei dati batimetrici prodotti dallo strumento Knudsen 320BP con i dati posizionali del
GPS.
• Capacità del codice Showkea di leggere i file prodotti dallo strumento Knudsen, sia durante la loro
creazione che durante l'elaborazione successiva, senza interferire con le funzionalità dell’ecoscandaglio.
• Convertire i file letti in altri formati utili ad ulteriori elaborazioni.
• Visualizzare su una immagine satellitare o aerea, durante la navigazione, i punti battuti e i punti di
rilievo bato-sedimentometrico (mark-point) che vengono inseriti dall'operatore.
• Visualizzare, al termine del lavoro o in fasi intermedie, l’insieme dei punti battuti.
• Permettere, durante la navigazione, la visualizzazione della localizzazione dell’imbarcazione, la direzione attuale, la profondità rilevata dall’ecoscandaglio, la velocità assoluta dell'imbarcazione e la pendenza reale del fondo.
• Definire un sistema di navigazione semplice tale da permettere la costruzione di una griglia di punti a
passo costante.
• Possibilità di inserire una qualsiasi foto planimetrica non georeferenziata come base di visualizzazione del punto barca.
• Possibilità di funzionare con un hardware leggero ed in assoluta indipendenza dal sistema operativo.
• Utilizzo di un sistema di sviluppo assolutamente standard ed open source quale è Java 1.6 di SUN su
piattaforma di sviluppo sempre open source Eclipse.
• Possibilità di funzionare su dispositivi hardware semplici con qualsiasi sistema operativo quali
Windows XP, Vista e Linux. Quest’ultimo sistema ha mostrato i migliori risultati sia in termini di prestazioni che di fruibilità.
2.4.3 Descrizione del software SHOWKEA e illustrazioni
Il software ha una interfaccia semplicissima che rispecchia la necessità di non utilizzare il mouse
durante la navigazione.
Tutti i comandi necessari durante la navigazione utilizzano principalmente i tasti funzione e le
frecce del cursore. Nella Figura 25 sono mostrate le informazioni fornite da SHOKHEA durante la navigazione.
Nella Figura 26 è mostrata l’importante funzionalità di contrasto/solarizzazione dell’immagine di
sfondo, che consente di superare le difficoltà visuali dovute al riflesso dello schermo quando è colpito
dalla luce solare.
27
Capitolo 2
Figura 25. Informazioni fornite da sHoWKea durante la navigazione.*
* A=nome progetto, B=identificativo ultimo markpoint, C=ora, D=direzione assoluta rispetto al Nord, E=direzione
rispetto al markpoint precedente, F=distanza dal prossimo markpoint, G=profondità del fondo, H=velocità in km/ora,
I=pendenza del fondo, L=comando di esportazione dei punti, M=Autocentramento, N=zoom, 0=diametro del cerchio di
rilevamento, P=fattore di sovrapposizione
Figura 26. Funzionalità di contrasto/solarizzazione dell’immagine di sfondo, che consente di
superare le difficoltà visuali dovute al riflesso dello schermo quando è colpito
dalla luce solare.
28
Capitolo 2
L'uso della applicazione permette di ottenere una ottima qualità nella copertura della griglia, sia
nel verso della navigazione, come densità di punti, che nella costante distanza tra le passate.
Tali risultati sono stati ottenuti con una navigazione manuale, senza nessun ausilio alla navigazione che non fosse lo strumento stesso.
Nella Figura 27 si noti il particolare della navigazione: i cerchi rossi, il cui diametro è selezionabile dall’utente, consentono di effettuare sezioni di rilievo parallele fra loro.
Anche se non si dispone di una foto georeferenziata, è sempre possibile utilizzare un’immagine
qualsiasi (es: Google Earth) e georeferenziarla direttamente in campo. A tal fine, con il mouse si spostano
i due cerchi gialli nelle posizioni di altrettanti punti rilevati direttamente in campo con il GPS. Quindi si
attribuiscono, tramite una funzione di editing, i valori XY da GPS ai due punti di inquadramento.
Nella medesima Figura 27, si noti la possibilità di utilizzare una immagine editata in ambiente
ArcMap, ove all’immagine satellitare sono state aggiunte in trasparenza le curve di livello da planimetria
CTR 1:5000. Si è così ottenuta una immagine “navigabile” che mostra la topografia originaria del fondo
dell’invaso, consentendo all’operatore di effettuare le opportune scelte in relazione alla frequenza di
acquisizione dei mark-points secondo la complessità morfologica del fondale.
Figura 27. particolare della navigazione. I cerchi rossi, il cui diametro è selezionabile dall’utente, consentono di effettuare sezioni di rilievo parallele fra loro.
29
Capitolo 3
CapItolo 3
attIvItà dI rIlIevo su InvasI pIlota per svIluppo e taratura
del modello FlorenCe per la prevIsIone dell’InterrImento
3.1
gli invasi e i valori di interrimento
Sono stati rilevati 16 invasi in Abruzzo, Calabria, Puglia, Basilicata, Campania e Sicilia con due
campagne nel periodo aprile-maggio 2008, ed una campagna finale dal 20 al 31 luglio per il rilievo di 5
invasi in Sardegna, con il supporto del personale locale dell’Ente Acque Sardegna, per un totale di 21
invasi.
Nella tabella 2 si
Figura 28. ubicazione degli invasi-pilota rilevati con ecoscandaglio
riporta la situazione
riepilogativa per i
rilievi effettuati ed il
materiale documentale
relativo a 17 invasi
rilevati in precedenti
studi (rilevati con altri
progetti ed oggetto di
consegna all’INEA).
Si specifica che alcuni
report non sono stati
completati (indicati
con “in corso”, nella
tabella 2) per vari
motivi; in alcuni casi
non sono stati ancora
acquisiti i documenti
necessari alla conclusione delle elaborazioni (es.:planimetria originale del fondo dell’invaso), in altri casi ciò dipende dalla necessità di effettuazione di verifiche accurate sui dati acquisiti in
campo, attraverso il confronto con documenti preesistenti e l’interpretazione particolarmente approfondita delle tracce ecografiche del subbottom profiler, che si presentano assai confuse a causa della composizione complessa dei fondali.
Nella tabella 3 si riportano i valori di interrimento e di perdita annua di capacità di invaso (perdita
percentuale annua e perdita percentuale complessiva dall’entrata in esercizio) dei 21 invasi rilevati nel
progetto.
3.2
ubicazione degli invasi pilota
Nella figura 28 è mostrata la localizzazione dei soli invasi rilevati attraverso il progetto “Attività
di assistenza tecnica e supporto agli enti concessionari nel settore dell’uso irriguo delle risorse idriche”.
31
Capitolo 3
tabella 2. situazione delle consegne relativa agli invasi di taratura/calibrazione del modello
FlorenCe
Nome Invaso
Regione
Comune
Prov.
Volume
Mm3
Stato del Report
Attività
Angitola (M.te Marello)
Calabria
Maierato
VV
21.0
consegnato
REL
Basso Cixerri (Genna Is
Abis)
Sardegna
Uta
CA
25.3
in corso
REL
Bidighinzu
Sardegna
Bessude
SS
in corso
REL
Carmine
Campania
Cannalonga
SA
3.0
in corso
REL
Cedrino
Disueri
Sardegna
Sicilia
Dorgali
Gela
NU
CL
48.7
4.4
consegnato
in corso
REL
REL
Fabbrica
Campania
Ceraso
SA
1.2
consegnato
REL
Farneto del Principe
Calabria
Roggiano Gravina
CS
27.0
consegnato
REL
Lago S. Giovanni
Abruzzo
Ocre
AQ
0.4
in corso
REL
Macchioni
Campania
Castel Baronia
AV
0.5
consegnato
REL
Occhito
Puglia e
Molise
Macchia Valforte
FG
333.0
consegnato
REL
Paceco
Pertusillo
Sicilia
Basilicata
Trapani
Montemurro
TP
PZ
0.9
152.2
consegnato
consegnato
REL
REL
Piano della Rocca
Campania
Prignano Cilento
SA
28.5
consegnato
REL
Saetta
San Giovanni
San Giuliano
Santa Rosalia
Simbirizzi
Basilicata
Sicilia
Basilicata
Sicilia
Sardegna
Pescopagano
Naro
Matera
Ragusa
Cagliari
PZ
AG
MT
RG
CA
3.5
16.0
94.7
20.0
15.0
consegnato
in corso
consegnato
consegnato
in corso
REL
REL
REL
REL
REL
Sos Canale
Tavo (Penne)
Sardegna
Abruzzo
Seui-Ulassai
Penne
NU
PE
1.4
8.8
consegnato
in corso
REL
REL
CH
CH
CH
CH
SS
0.0
0.0
82.5
21.0
91.1
consegnato
consegnato
consegnato
consegnato
consegnato
MONIDRI
MONIDRI
MONIDRI
MONIDRI
MONIDRI
Invasi rilevati dal CRA-ABP precedentemente al progetto
REL
Azzurro
Abruzzo
Chieti
Mezzanotte
Abruzzo
Chieti
Bomba
Abruzzo
Chieti
Casoli
Abruzzo
Chieti
Alto Temo
Sardegna
Sassari
Cuga
Maristica
Surrigheddu
Camastra
Majorana
Sardegna
Sardegna
Sardegna
Basilicata
Calabria
Sassari
Sassari
Sassari
Potenza
Crotone
SS
SS
SS
PZ
KR
34.9
0.0
1.9
23.7
0.2
consegnato
consegnato
consegnato
consegnato
consegnato
MONIDRI
MONIDRI
MONIDRI
CRA-ABP
CRA-ABP
Locone Monte Melillo
Serra di Corvo
Flumendosa
Mulargia
San Cosimato
Puglia
Puglia
Sardegna
Sardegna
Lazio
Bari
Gravina di Puglia
Nuoro
Cagliari
Vicovaro
BA
BA
Nu
CA
RM
118.5
33.5
299.3
332.0
0.1
consegnato
consegnato
consegnato
consegnato
consegnato
CRA-ABP
CRA-ABP
CRA-ABP
CRA-ABP
CRA-ABP
32
Capitolo 3
tabella 3. valori di interrimento e di perdita annua di capacità di invaso (perdita potenziale
percentuale annua e perdita potenziale percentuale complessiva dall’entrata in
esercizio) dei 21 invasi rilevati nel progetto rel.*
Nome
Invaso
Bacino
km2
Anno
entrata
in
esercizio
Volume
Sedimento
m3
Perdita
media
annua
capacità
%
Perdita
totale
%
154
94
1965
1992
2214600,7
1085700,0
0,25
0,27
10,55
4,27
Regione
Comune
Prov.
Volume
m3 106
Angitola
Basso
Cixerri
Bidighinzu
Calabria
Sardegna
Maierato
Uta
VV
CA
21
25,41
Sardegna
Bessude
SS
12,55
52
1959
2498226,2
0,41
19,91
Carmine
Campania
Cannalonga
SA
3,029
1982
205400,0
0,26
6,78
Cedrino
Disueri
Fabbrica
Farneto del
Principe
Macchioni
Sardegna
Sicilia
Campania
Calabria
NU
CL
SA
CS
48,66
14
1,15
27
1989
1948
1983
1991
4372933,5
67000,0
121220,9
3311235,6
0,47
0,01
0,42
0,72
8,99
45,00
10,54
12,26
AV
0,52
2000
37858,7
0,91
7,28
Occhito
Puglia e
Mol.
Sicilia
Dorgali
Gela
Ceraso
Roggiano
Gravina
Castel
Baronia
Macchia
Valfortore
Trapani
13,7
12 all.
631,23
239
2,121
165
82 all.
2,31
FG
290,83
1012
1966
14768681,0
0,12
5,08
TP
6,7
1977
1535917,4
0,74
22,92
PZ
SA
152,2
28,5
40+
37all.
530
102
1963
1994
7419879,7
1929178,2
0,11
0,48
4,88
6,77
Paceco
Campania
Pertusillo
Piano della
Rocca
S. Giovanni
Basilicata
Campania
Abruzzo
Montemurro
Prignano
Cilento
Ocre
AQ
0,41
0,34
1960
23180,6
0,12
5,65
S. Giovanni
Saetta
San Giuliano
Santa
Rosalia
Simbirizzi
Sicilia
Basilicata
Basilicata
Sicilia
Naro
Pescopagano
Matera
Ragusa
AG
PZ
MT
RG
17
4,5
94,7
20
79,5
10
1631
97,6
1983
1992
1966
1983
2190614,7
97185,8
23173848,0
2296226,1
0,52
0,13
0,58
0,46
12,89
2,16
24,47
11,48
Sardegna
Cagliari
CA
27,9
1985
840000,0
0,13
3,01
Sos Canale
Tavo
Sardegna
Abruzzo
Seui-Ulassai
Penne
NU
PE
5,06
9,2
7,8+
17,8 all.
17
213
1960
1970
293410,0
984000,0
0,12
0,28
5,80
10,70
* In rosso sono indicati valori di prima approssimazione la cui verifica è in corso. .I valori definitivi saranno messi a
disposizione sulla piattaforma WebGis INEA.
In totale, compresi i 17 invasi pregressi rilevati con altri progetti CRA-ABP e con il progetto
MONIDRI CRA-ABP/INEA, sono stati consolidati in banca dati 35 invasi con misure bati-sedimentometriche. I reports attualmente disponibili sono 30 (13 reports di invasi in questo progetto + 17 reports di
invasi pregressi).
I reports saranno messi a disposizione sulla piattaforma WebGis INEA.
3.3
Invasi del sud Italia: applicazione del modello FlorenCe
Ai 38 invasi rilevati si aggiungono gli 86 bacini ed invasi ad uso irriguo delle Regioni Meridionali
identificati dall’intersezione tra strato acque Casi 3 INEA e dati del Registro Italiano Dighe, che vanno a
costituire, con i precedentemente citati 21 invasi rilevati con misure in campo e con i 17 invasi rilevati
pregressi, la bancadati “Invasi” finale con 124 invasi (figura 29).
La reportistica verrà resa disponibile su piattaforma WEBGIS, sottoforma di report pdf:
REPORT_NOME INVASO.PDF. In ogni report sono riportati:
a. l’ubicazione dell’invaso-pilota;
33
Capitolo 3
b.
c.
d.
e.
la metodologia di rilievo tramite ecoscandaglio;
i risultati geografici di calcolo batimetrico e sedimentometrico (spazializzazioni geografiche);
la curva di regolazione;
i dati fisico-chimici di base del campione di sedimento (tessitura, sostanza organica e densità apparente umida);
f. il listato dei punti di calcolo della curva di regolazione e bato-sedimentometrici.
Per quanto riguarda la metodologia adottata per il rilievo dei valori batimetrici e sedimentometrici
si rimanda al capitolo dedicato alle metodologie ed ai nuovi strumenti per l’indagine batimetrica e sedimentometrica.
Figura 29. ubicazione invasi misurati e di applicazione del modello Florence per la previsione di interrimento media pluriennale.
3.4
qualità dei sedimenti
Per quanto riguarda le determinazioni analitiche qualitative degli invasi rilevati, si riportano nella
tabella 4 le determinazioni riguardanti i componenti inorganici (metalli pesanti), relativi agli invasi rilevati nelle campagne 2007-2008.
I parametri delle analisi sugli organici, sono riportati nelle tabelle 5, 6 e 7.
I campioni analizzati, in media due per invaso, si riferiscono sia all’area immediatamente adiacente al corpo diga, sia alla parte più a monte dell’invaso.
34
Capitolo 3
Da comunicazione del Prof. Protano (Dip. Scienze Ambientali Università di Siena), si sono ottenuti i valori-soglia per i vari elementi misurati riferiti ai suoli/terreni; si è ritenuto di potere adottare tali
soglie per i suoli in considerazione alla totale assenza di riferimenti su valori nei sedimenti di questo
tipo. Tale scelta di valori di riferimento è motivata inoltre dalla considerazione di un possibile utilizzo
come fanghi di spandimento sul suolo, come previsto nelle metodiche di ripulitura e sfangamento degli
invasi contenute nel Decreto legislativo 152/2006 relativo ai piani di gestione degli invasi.
Le analisi chimiche dei sedimenti sono mostrate nelle tabelle 4, 5, 6, 7.
Di seguito si riporta il commento relativo alle evidenze analitiche riscontrate.
3.4.1 Componenti inorganici
ARSENICO
Il contenuto totale di arsenico nel suolo si colloca usualmente sotto 70 mg/kg (Bowen, 1979; Fergusson,
1990), con valori preferenzialmente compresi tra 4 e 10 mg/kg (Kabata-Pendias, 2001). Koljonen (1992)
ha stimato per l’arsenico nel suolo un baseline level, a scala mondiale, pari a 5 mg/kg.
Una ricerca condotta su 840 campioni di suolo prelevati in gran parte del territorio dell’Europa, ha indicato un livello mediano di arsenico di 7 mg/kg nel topsoil (primi 20 cm) e di 6 mg/kg nel subsoil, in
genere rappresentato dall’orizzonte C (De Vos e Tarvainen, 2006).
Su tale base, anche considerando il valore maggiore di riferimento per l’Europa (7 mg/kg), si riscontrano
valori al di sopra della media nei sedimenti degli invasi Piano della Rocca, San Giuliano, Angitola,
Disueri, Macchioni, S.Rosalia, S.Giovanni Naro, Bidighinzu e Cedrino.
CADMIO
Il cadmio è presente nel suolo in contenuti normalmente compresi tra 0,06 e 1,1 mg/kg. In linea con questo intervallo, si attesta il baseline level stimato a 0,3 mg/kg da Koljonen (1992), ed a 0,5 mg/kg da
Kabata-Pendias (2001).
Relativamente ai suoli raccolti in Europa è stato quantificato un contenuto mediano di cadmio di 0,15
mg/kg nel topsoil e di 0,09 mg/kg nel subsoil (De Vos e Tarvainen, 2006).
Tenendo conto di questi ultimi riferimenti europei, si segnalano valori al di sopra della media in tutti gli
invasi rilevati, tranne che per Disueri e Fabbrica (campioni a monte invaso), Farneto, S.Rosalia e Tavo
(campioni vicini al corpo diga), nonché in tutti gli invasi campionati della Sardegna (Bidighinzu, Cedrino
e Sos Canales)..
CROMO
A scala mondiale, il baseline del cromo nel suolo è stato stimato pari a 80 mg/kg, valore che diminuisce a
54 mg/kg nella porzione superficiale (Koljonen, 1992). Alla scala del territorio europeo, il livello mediano di cromo è risultato di 60 mg/kg nel topsoil, e di 62 mg/kg nel subsoil (De Vos e Tarvainen, 2006).
Prendendo come riferimento il valore mediano europeo più elevato (62 mg/kg), si registrano valori al di
sopra di tale livello negli invasi Saetta, Pertusillo (solo vicino alla diga), Piano della Rocca, Angitola,
Carmine, Fabbrica, Occhito e Paceco.
MERCURIO
Nel suolo il contenuto di mercurio si attesta normalmente tra 0,02 e 0,15 mg/kg, con arricchimenti nel
topsoil che in genere non superano 0.4 mg/kg (Kabata-Pendias, 2001).
35
Capitolo 3
I dati analitici relativi a circa 800 campioni di suolo raccolti in Europa indicano che il livello mediano di
mercurio è di 0,037 mg/kg nel topsoil, e di 0,022 mg/kg nel subsoil (De Vos e Tarvainen, 2006).
Attestandosi sul valore proposto come soglia massima mondiale (0,15), si registrano valori lievemente al
di sopra della media solo nel campione a monte dell’invaso Disueri.
NICKEL
La concentrazione di nickel nel suolo varia da 0,2 a 450 mg/kg in base alla natura della parent rock. A
scala mondiale è stato stimato per il nickel nel suolo un valore di baseline pari a 20 mg/kg (Koljonen,
1992).
Tenendo questo riferimento, la totalità degli invasi presenta valori al di sopra della media (tranne Farento
– campione diga, Bidighinzu e Sos Canales); tali risultati, in considerazione del range molto ampio di
valori sopracitato in relazione al parent material roccioso di alterazione del sedimento, vanno però valutati alla luce di approfondimenti locali legati alla natura degli affioramenti nei bacini a monte degli invasi
selezionati.
RAME
Il rame è presente nel suolo in contenuti che generalmente si collocano sotto 50 mg/kg, con un baseline
level di 25 mg/kg (Koljonen, 1992; Kabata-Pendias, 2001).
Alla scala del territorio europeo, il livello mediano di rame è risultato di 13 mg/kg nel topsoil, e di 13,9
mg/kg nel subsoil (De Vos e Tarvainen, 2006). Considerando il baseline level mondiale (25 mg/kg), i
valori sono al di sopra della media quasi sempre; in particolare superano il valore limite negli invasi
Angitola e Fabbrica (campioni diga).
PIOMBO
Il baseline level del piombo nel suolo, determinato a scala mondiale, è stato stimato pari a 17 mg/kg da
Koljonen (1992); Kabata-Pendias (2001) ha fissato un valore di 25 mg/kg. Uno studio condotto su gran
parte del territorio europeo (De Vos e Tarvainen, 2006) ha indicato un livello mediano di piombo pari a
22,6 mg/kg nel topsoil, ed a 17,2 mg/kg nel subsoil. Prendendo il valore meno cautelativo di riferimento
mondiale si hanno valori al di sopra del riferimento per gli invasi Angitola (verso corpo diga), Farneto
(monte invaso), tutti i campioni del Cedrino e Sos Canales (verso corpo diga).
ZINCO
Il contenuto di zinco nel suolo varia usualmente da 10 a 300 mg/kg, con un baseline level stimato a 70
mg/kg da Koljonen (1992), ed a 64 mg/kg da Kabata-Pendias (2001). Nei suoli europei la concentrazione
mediana dello zinco è risultata di 52 mg/kg nel topsoil e di 47 mg/kg nel subsoil (De Vos e Tarvainen,
2006). Anche prendendo il riferimento baseline più alto (70 mg/kg), i valori rilevati si presentano quasi
tutti al di sopra della media, tranne che per gli invasi di Farneto, Tavo (verso corpo diga) e Bidighinzu.
36
Capitolo 3
tabella 4. valori analitici relativi ai componenti inorganici
Ni
Invaso
Saetta
Pertusillo
Piano della Rocca
San Giuliano
Angitola
Carmine
Disueri
Fabbrica
Farneto
Macchioni
Occhito
Paceco
S Rosalia
San Giovanni Abr
Ubicazione
campione
(mg/kg)
Cu
Zn
As
Cd
Hg
Pb
(mg/kg) (mg/kg) (mg/kg) (mg/kg) (mg/kg) (mg/kg) (mg/kg)
diga
87,55
42,72
35,30
108,84
5,01
0,19
0,06
17,97
cima monte invaso
89,91
46,13
39,57
120,74
5,27
0,25
0,08
18,94
diga
80,64
42,49
42,05
113,57
8,72
0,20
0,06
18,83
cima monte invaso
49,08
38,13
38,98
126,28
5,88
0,25
0,08
19,72
diga
78,47
36,65
39,66
109,83
7,86
0,16
0,09
21,19
cima monte invaso
74,60
40,72
38,31
114,07
8,08
0,16
0,08
20,09
diga
40,78
52,18
25,49
89,93
6,98
0,17
0,10
12,82
cima monte invaso
57,19
44,26
28,08
106,80
8,41
0,17
0,06
15,23
diga
85,19
52,59
61,68
158,79
10,01
0,30
0,08
28,36
cima monte invaso
76,71
64,06
45,02
134,64
4,37
0,22
0,09
15,60
diga
76,89
31,21
34,07
121,40
7,12
0,18
0,07
20,39
diga
13,66
43,00
27,63
94,38
3,87
0,50
0,05
4,40
cima monte invaso
53,48
33,51
19,66
109,59
14,59
0,14
0,17
15,97
diga
105,57
49,65
50,13
126,46
5,84
0,17
0,09
16,90
monte invaso
96,71
48,63
48,73
111,71
4,81
0,15
0,10
19,55
diga
18,35
15,76
7,24
44,16
3,01
0,07
0,03
6,57
monte invaso
33,30
47,46
16,92
78,26
5,72
0,12
0,07
48,77
diga
54,23
34,96
38,07
106,06
10,14
0,21
0,05
20,84
diga
83,09
48,36
40,28
118,32
5,30
0,24
0,06
15,30
monte invaso
68,98
47,11
34,74
98,59
5,30
0,17
0,07
15,72
diga
63,49
31,23
19,56
86,70
7,73
0,19
0,06
17,15
monte invaso
67,36
39,75
21,17
154,65
7,81
0,22
0,06
16,25
diga
50,68
29,99
17,44
97,24
14,21
0,13
0,05
15,96
monte invaso
25,72
45,53
25,06
83,73
3,31
0,44
0,14
3,36
diga
32,49
30,51
14,33
76,96
4,06
0,22
0,04
14,71
diga
45,26
31,85
32,19
98,63
8,37
0,20
0,05
16,83
monte invaso
25,90
28,37
26,49
93,38
6,22
0,21
0,07
15,58
diga
55,41
36,04
19,21
68,61
5,53
0,13
0,05
12,50
monte invaso
diga
59,85
16.11
47,51
14.70
25,02
49.49
100,85
105.59
6,53
9.65
0,16
0.25
0,05
0.13
13,95
16.19
16.22
10.14
30.34
54.54
5.59
0.19
0.07
12.10
51.44
38.53
38.15
137.56
15.42
0.76
0.12
34.07
46.60
31.95
31.69
106.11
11.94
0.76
0.10
28.67
39.45
23.53
39.13
122.61
9.01
0.70
0.12
31.57
Sos canales
monte invaso
Pos. Comunicaz.
EAF
Pos. Comunicaz.
EAF
Pos. Comunicaz.
EAF
diga
27.42
16.27
33.99
116.89
4.23
0.54
0.09
30.74
Sos canales
monte invaso
23.94
12.39
21.82
74.79
2.24
0.48
0.08
17.80
San Giovanni Naro
Tavo
Bidighinzu
BidighinzuCedrino 1
Cedrino 5
Cedrino 9
37
Capitolo 3
3.4.2 Componenti organici
IPA-Naftalene, Acenaftilene, Acenaftene Fluorene, Fenantrene, Antracene, Fluorantene, Pirene
tabella 5. Ipa (ng/g, p.s.)
Campione
Naftalene
Acenaftilene
Acenaftene
Fluorene
Fenantrene
Antracene
Fluorantene
Pirene
Angitola diga
<0,25
<0,50
<0,50
<0,05
<0,02
<0,01
<0,02
<0,05
Bidighinzu diga
<0,25
<0,50
<0,50
<0,05
<0,02
<0,01
<0,02
<0,05
Carmine diga
<0,25
<0,50
<0,50
<0,05
<0,02
<0,01
<0,02
<0,05
Cedrino Punto 1
<0,25
<0,50
<0,50
<0,05
<0,02
<0,01
<0,02
<0,05
Cedrino Punto 5
<0,25
<0,50
<0,50
<0,05
<0,02
<0,01
<0,02
<0,05
Cedrino Punto 9
<0,25
<0,50
<0,50
<0,05
<0,02
<0,01
<0,02
<0,05
Disperi diga
<0,25
<0,50
<0,50
<0,05
<0,02
<0,01
<0,02
<0,05
Fabbrica diga
<0,25
<0,50
<0,50
<0,05
0,476
<0,01
<0,02
<0,05
Farneto del Principe diga
<0,25
<0,50
<0,50
<0,05
<0,02
<0,01
<0,02
<0,05
Macchioni diga
<0,25
<0,50
<0,50
<0,05
<0,02
<0,01
<0,02
<0,05
Occhito diga
<0,25
<0,50
<0,50
<0,05
<0,02
<0,01
<0,02
<0,05
Pacco diga
<0,25
<0,50
<0,50
<0,05
<0,02
<0,01
<0,02
<0,05
Pertusillo diga
<0,25
<0,50
<0,50
<0,05
<0,02
<0,01
<0,02
<0,05
Pertusillo diga
<0,25
<0,50
<0,50
<0,05
<0,02
<0,01
<0,02
<0,05
Piano della Rocca diga
<0,25
<0,50
<0,50
<0,05
<0,02
<0,01
<0,02
<0,05
Saetta diga
<0,25
<0,50
<0,50
<0,05
<0,02
<0,01
<0,02
<0,05
San Giovanni Naro
<0,25
<0,50
<0,50
<0,05
<0,02
<0,01
<0,02
<0,05
San Giovanni Ocre diga
<0,25
<0,50
<0,50
<0,05
<0,02
<0,01
<0,02
<0,05
San Giuliano diga
<0,25
<0,50
<0,50
<0,05
<0,02
<0,01
<0,02
<0,05
Santa Rosalia diga
<0,25
<0,50
<0,50
<0,05
<0,02
<0,01
<0,02
1,291
SOS Canales diga
<0,25
<0,50
<0,50
<0,05
<0,02
<0,01
<0,02
<0,05
SOS Canales Monte
<0,25
<0,50
<0,50
<0,05
<0,02
<0,01
<0,02
<0,05
Tavo diga
<0,25
<0,50
<0,50
<0,05
<0,02
<0,01
<0,02
<0,05
38
Capitolo 3
IPA-Benzo(a)antracene, Crisene,Benzo(b)fluorantene,Benzo(k)fluorantene,Benzo(a)pirene
Dibenzo(a,h)antracene,Benzo(ghi)perilene, Indeno(1,2,3,cd)pirene
tabella. 6. Ipa (ng/g, p.s.)
Campione
Benzo(a)
Benzo(b)
Benzo(k) Benzo(a) Dibenzo(a,h) Benzo(ghi) Indeno(1,2,3,cd)
Crisene
antracene
fluorantene fluorantene pirene
antracene
perilene
pirene
Angitola diga
<0,03
<0,03
<0,01
<0,01
<0,03
<0,10
<0,04
<0,03
Bidighinzu diga
<0,03
<0,03
<0,01
<0,01
<0,03
<0,10
<0,04
<0,03
Carmine diga
<0,03
<0,03
<0,01
<0,01
<0,03
<0,10
<0,04
<0,03
Cedrino Punto 1
<0,03
<0,03
<0,01
<0,01
<0,03
<0,10
<0,04
<0,03
Cedrino Punto 5
<0,03
<0,03
<0,01
<0,01
<0,03
<0,10
<0,04
<0,03
Cedrino Punto 9
<0,03
<0,03
<0,01
<0,01
<0,03
<0,10
<0,04
<0,03
Disperi diga
<0,03
<0,03
<0,01
<0,01
<0,03
<0,10
<0,04
<0,03
Fabbrica diga
Farneto del
Principe diga
Macchioni diga
<0,03
<0,03
<0,01
<0,01
<0,03
<0,10
<0,04
<0,03
<0,03
<0,03
<0,01
<0,01
<0,03
<0,10
<0,04
<0,03
<0,03
<0,03
<0,01
<0,01
<0,03
<0,10
<0,04
<0,03
Occhito diga
<0,03
<0,03
<0,01
<0,01
<0,03
<0,10
<0,04
<0,03
Pacco diga
<0,03
<0,03
<0,01
<0,01
<0,03
<0,10
<0,04
<0,03
Pertusillo diga
<0,03
<0,03
<0,01
<0,01
<0,03
<0,10
<0,04
<0,03
Pertusillo diga
Piano della
Rocca diga
Saetta diga
San Giovanni
Naro
San Giovanni
Ocre diga
San Giuliano
diga
Santa Rosalia
diga
SOS Canales
diga
SOS Canales
Monte
Tavo diga
<0,03
<0,03
<0,01
<0,01
<0,03
<0,10
<0,04
<0,03
<0,03
<0,03
<0,01
<0,01
<0,03
<0,10
<0,04
<0,03
<0,03
<0,03
<0,01
<0,01
<0,03
<0,10
<0,04
<0,03
<0,03
<0,03
<0,01
<0,01
<0,03
<0,10
<0,04
<0,03
<0,03
<0,03
<0,01
<0,01
<0,03
<0,10
<0,04
<0,03
<0,03
<0,03
<0,01
<0,01
<0,03
<0,10
<0,04
<0,03
<0,03
<0,03
0,356
1,846
<0,03
<0,10
<0,04
<0,03
<0,03
<0,03
<0,01
<0,01
<0,03
<0,10
<0,04
<0,03
<0,03
<0,03
<0,01
<0,01
<0,03
<0,10
<0,04
<0,03
<0,03
<0,03
<0,01
<0,01
<0,03
<0,10
<0,04
<0,03
39
Capitolo 3
tabella 7. Ipa totali (ng/g, p.s.)
Campione
Angitola diga
Bidighinzu diga
Carmine diga
Cedrino Punto 1
Cedrino Punto 5
Cedrino Punto 9
Disperi diga
Fabbrica diga
Farneto del Principe diga
Macchioni diga
Occhito diga
Pacco diga
Pertusillo diga
Pertusillo diga
Piano della Rocca diga
Saetta diga
San Giovanni Naro
San Giovanni Ocre diga
San Giuliano diga
Santa Rosalia diga
SOS Canales diga
SOS Canales Monte
Tavo diga
IPA tot
0,476
3,493
-
40
Capitolo 3
3.4.3 Carbonio e Sostanza Organica
tabella 8. Carbonio organico e sostanza organica nei sedimenti
Angitola centro
Angitola Diga
Angitola Monte invaso
Bidighinzu Diga
Bidighinzu Monte invaso
Carmine Diga
Cedrino 1
Cedrino 5
Cedrino 9
Cixerri
Disueri Diga
Disueri Monte invaso
Fabbrica Diga
Fabbrica Monte invaso
Farneto del Principe Diga
Farneto del Principe Monte invaso
Macchioni Diga
Occhito centro
Occhito Diga
Occhito Monte invaso
Paceco Diga
Paceco Monte invaso
Piano della Rocca Diga
Piano della Rocca Monte invaso
Percolato galleria S. Rosalia
Pertusillo Diga
Pertusillo Monte invaso
S. Giovanni (Ocre)
S. Giovanni (Naro) Diga
S. Giovanni Naro Monte invaso
S. Giuliano diga
S. Giuliano Monte invaso
S. Rosalia Diga
S. Rosalia Monte invaso
S. Rosalia Centro
Saetta Diga
Saetta Monte invaso
Simbirizza
Sos canale
Sos Canale Diga
Tavo Diga
C%
S.O. %
2,02
2,58
2,85
4,39
1,19
2,31
3,02
3,12
4,29
3,24
1,05
0,79
2,39
2,39
0,40
1,19
1,62
0,64
0,73
0,44
1,31
1,62
1,54
1,08
3,69
2,19
1,67
1,41
2,81
1,93
1,02
0,99
2,96
1,68
1,37
2,05
1,30
2,26
5,45
5,51
0,95
3,47
4,45
4,92
7,56
2,05
3,98
5,21
5,38
7,39
5,59
1,82
1,37
4,11
4,11
0,68
2,05
2,79
1,09
1,25
0,76
2,25
2,78
2,66
1,86
6,36
3,77
2,88
2,43
4,84
3,32
1,76
1,71
5,09
2,89
2,36
3,53
2,24
3,89
9,38
9,49
1,63
41
Capitolo 3
3.5
Composizione granulometrica e densità dei sedimenti
La determinazione della composizione delle particelle elementari del sedimento è riportata nella
tabella 9. In essa sono mostrati anche i valori della massa volumica apparente umida dei sedimenti sommersi all’interfaccia acqua-sedimento, misurata sui campioni prelevati durante le campagne di rilievo,.
tabella 9. Composizione granulometrica dei sedimenti e misura della densità apparente dei
materiali superficiali (interfaccia acqua/sedimento).
Nome Invaso e zona di
prelievo
Centro= zona centrale invaso
Diga=zona diga
Monte=zona più lontana dalla
diga
Angitola centro
Angitola Diga
Angitola monte
Bidighinzu Diga
Bifighinzu Monte P1396
Carmine Diga
Cedrino Diga
Cedrino centro
Cedrino monte
Disueri Diga
Disueri monte
Fabbrica Diga
Fabbrica monte
Farneto Diga
Farneto monte
Macchioni Diga
Occhito centro
Occhito Diga
Occhito monte
Paceco Diga
Paceco monte
Pertusillo Diga
Pertusillo Monte
Piano della Rocca Diga
Piano della Rocca monte
Saetta Diga
Saetta Monte
San Giovanni (Abruzzo)
San Giovanni Naro Diga
San Giovanni Naro monte
San Giuliano Diga
San Giuliano Monte
Santa Rosalia Centro
Santa Rosalia Diga
Santa Rosalia Monte
Sos Canale Diga
Sos Canales centro
Tavo Diga
Sabbia
(%)
Argilla
(%)
Limo
fine
(%)
Limo
grosso
(%)
6
6
10
10
67
18
4
6
10
1
0
1
5
86
31
5
8
0
5
12
8
5
5
6
11
5
12
48
3
0
6
6
7
0
23
11
19
3
56
55
31
28
13
45
50
32
30
71
72
76
64
8
21
62
66
74
53
64
71
66
41
52
27
76
60
21
74
63
70
66
53
54
40
44
28
60
35
36
33
59
8
25
42
46
48
27
26
22
27
3
26
31
25
24
36
20
21
26
47
24
43
17
24
21
21
31
23
26
38
42
20
36
39
35
3
3
25
3
13
13
4
16
12
2
2
1
4
3
22
2
1
2
7
4
0
3
8
18
19
3
4
11
3
6
3
2
2
4
18
9
14
2
42
Densità apparente
misurata
(Interfaccia acqua
sedimento)
t/m3
0,49
0,50
0,72
0,68
0,92
0,45
0,37
0,44
0,39
0,77
0,81
0,40
0,42
1,35
1,13
0,52
0,78
0,71
1,06
0,64
0,59
0,50
0,60
0,65
1,01
0,53
0,54
0,87
0,37
0,48
0,74
0,66
0,50
0,45
1,06
0,36
0,34
0,53
Capitolo 3
3.6
stima della densità dei sedimenti.
Nel caso si voglia esprimere la produzione dei sedimenti in termini ponderali (t km-2 anno-1,
necessità che può sorgere per programmare le operazioni di sfangamento degli invasi) è necessaria la
determinazione della massa volumica dei sedimenti (massa di sedimento secco su volume umido).
Questa determinazione è possibile se si conosce la natura dei materiali.
Fra i modelli disponibili sono da menzionare, per la loro validità, l’equazione di Lara e Pemberton
(1963) e quella di Lane e Koelzer (1943) oppure la tabella approntata dal Soil Conservation Service (Ven
te Chow, 1964).
Negli studi condotti dall’Istituto Sperimentale per lo Studio e la Difesa del Suolo (oggi CRA
ABP), l’equazione di Lara e Pemberton è quella che ha fornito le stime più realistiche della massa volumica dei sedimenti appena depositati (Bazzoffi et al. 1995). Essa si presenta come segue:
Wi = 16,0185 / (ps/Ws + psl/Wsl + pcl/Wcl) (1)
ove: Wi = g/cm3
Ws, Wsl e Wcl sono costanti, rispettivamente per la sabbia il limo e l’argilla e che dipendono dalla condizione del sedimento (tabella 10);
Ps, Psl, Pcl = percentuali decimali, rispettivamente, di sabbia, limo e argilla.
tabella 10. Costanti per la stima del peso specifico dei depositi sedimentari.
Condizione del sedimento
Costanti per la stima del peso
specifico
Sabbia
Limo
Argilla
Ws
Wsl
Wcl
Coefficiente di consolidamento C
Sabbia
Ks
Limo
Ksl
Argilla
Kcl
Sempre sommerso
97
70
26
0
5.7
16
Talvolta esposto all’aria
97
71
35
0
1.8
8.4
Sempre esposto all’aria
97
72
40
0
0
0
Sedimento di letto di fiume
97
73
60
0
0
0
Per stimare il consolidamento dei depositi si possono ricercare due valori:
1) il peso specifico alla fine di un periodo di sedimentazione;
2) il peso specifico medio del materiale durante un periodo.
L’equazione per il caso 1) è la seguente:
W = Wi + C * log (t) (2)
Dove:
C = coefficiente di consolidamento di tabella 4;
T = età del sedimento, in anni;
Wi = peso specifico iniziale dei materiali depositati;
W = peso specifico al tempo T.
Per la ricerca del secondo valore, ossia del peso specifico medio del materiale durante un periodo
di tempo T, la formula proposta da Miller è la seguente:
W(t) = Wi + C * [/t7t-1) * log (t) - 0.4343]
43
(3)
Capitolo 3
In genere, per convertire in peso (in modo grossolano) il volume di sedimenti sommersi di natura
limoso/argillosa, si possono moltiplicare i m3 di sedimento per il valore medio di densità apparente umida 0,866 t/m3 (ricavato sperimentalmente dall’Istituto Sperimentale per lo Studio e la
Difesa del Suolo in anni di ricerche). Tale valore corrisponde al peso secco diviso il volume
umido.
Nella figura 30 sono riportati i valori stimati di densità del sedimento degli invasi rilevati (zona
diga) al termine di differenti periodi di sedimentazione.
Figura 30. stima della densità media dei sedimenti in prossimità della diga degli invasi, dopo
t anni di consolidamento.
44
CapItolo 4
modello FlorenCe:
motIvazIonI, applICazIone e rIsultatI attesI
4.1
Inquadramento nel contesto del progetto di gestione degli invasi
L’art. 114 del decreto legislativo 3 aprile 2006 n. 152 richiede che le operazioni di svaso, sghiaiamento e sfangamento degli invasi vengano effettuate sulla base di un progetto di gestione (parte IIInorme in materia di difesa del suolo e lotta alla desertificazione, di tutela delle acque dall'inquinamento e
di gestione delle risorse idriche) riguardo alle misure per assicurare il mantenimento della capacità di
invaso delle dighe e la salvaguardia sia della qualità dell'acqua invasata sia del corpo ricettore).
Il Decreto 30 giugno 2004, art. 3: “Criteri per la redazione del progetto di gestione degli invasi”
richiede, fra le altre cose, che il progetto di gestione debba contenere le seguenti informazioni:
a)
il volume di materiale solido sedimentato nel serbatoio al momento della redazione del progetto
ed il volume medio di materiale solido che sedimenta in un anno nel serbatoio;
b)
le caratteristiche qualitative dei sedimenti sia fisiche, ricavate da analisi di classificazione granulometrica, che chimiche, anche in termini di inquinanti presenti, necessarie per ottenere, fra l'altro,
informazioni sulla provenienza del materiale solido sedimentato nel serbatoio, sulla erodibilità dei
suoli del bacino idrografico sotteso dallo sbarramento e sulla influenza delle attività antropiche
che gravitano sul medesimo bacino idrografico, nonché, ove necessario, il saggio biologico per
evidenziare eventuali effetti tossici.
Le informazioni di cui alla lettera a) e b) non sono di facile acquisizione da parte degli Enti gestori
dei grandi invasi. Per questo motivo è stato messo a punto un modello che fornisce la stima della produzione di sedimento a scala di bacino idrografico (ossia, la quantità di sedimento convogliata verso una
sezione del reticolo idrografico che sottende un determinato bacino, definito dall’utente).
L’applicazione del modello FLORENCE consente di fornire risposte adeguate, sia per quanto
riguarda la quantificazione del volume medio specifico di materiale solido prodotto dal bacino
(m3/km2/anno), sia per la definizione dei sottobacini che maggiormente contribuiscono all’apporto solido
nel serbatoio.
Per ottenere la produzione totale di sedimento è sufficiente moltiplicare il valore ottenuto per i
km2 di bacino).
È molto importante porre l’attenzione sul fatto che il modello FLORENCE è stato costruito mettendo in relazione il volume di sedimento depositatosi nei serbatoi artificiali con le variabili fisiografiche, climatiche e di uso del suolo dei bacini sottesi. Pertanto, il modello stima la produzione di sedimento
al netto della rideposizione interna ai bacini idrografici. Inoltre, il modello tiene conto di tutte le componenti della produzione di sedimento: erosione superficiale del suolo, erosione per burronamento (gully
erosion), movimenti di massa, erosione di sponda.
Il valore stimato è quindi particolarmente mirato alla risposta da fornire alle domande poste dal
Decreto MATTM del 30 giugno 2004.
45
Capitolo 4
4.2
descrizione del modello Florence
Dal 1979 il CRA-ABP ha svolto una serie di ricerche che hanno prodotto una serie di modelli
denominati P.I.S.A. (Previsione Interrimento Serbatoi Artificiali) che sono andati affinandosi nel tempo,
in relazione all’aumento del numero di osservazioni.
Recentemente, a conclusione dell’attività del progetto MONIDRI ("Definizione di metodologie e
modelli integrati per la determinazione dinamica del bilancio idrico e di ottimizzazione degli usi idrici su
base agroambientale ed economica con sistemi di supporto alle decisioni multi-utente su bacini - pilota
rappresentativi della variabilità fisico - climatica e socio - economica italiana "), è stato messo a punto il
modello FLORENCE per la stima della produzione potenziale media annua bacinale di sedimento sul
lungo periodo (FLOw of wateRshed sedimENts Calculator based on geographic fEatures – Calcolatore
del flusso di sedimenti dai bacini basato su caratteristiche geografiche ). Il modello FLORENCE, si colloca fra i modelli previsionali non distribuiti, finalizzati alla determinazione della produzione media
annua pluriennale di sedimento a scala di bacino.
La variabile stimata dal modello FLORENCE è il volume di sedimento umido medio annuo
espresso in m3 per km2 di bacino imbrifero (m3 km-2 anno-1).
Per stimare la quantità totale di sedimento deposto nel lago dopo un certo numero di anni, si dovrà
moltiplicare il valore ottenuto per i km2 di superficie del bacino e per gli anni dall’entrata in esercizio.
La natura della variabile dipendente (volume di sedimento in condizione umida) consente la stima
della capacità di invaso effettivamente sottratta al lago.
Il modello FLORENCE è utilizzabile sia in fase di progetto per la previsione della progressiva
perdita di capacità d'invaso dovuta ai sedimenti sia per la pianificazione della corretta gestione degli
invasi già esistenti, in quanto consente la stima dei volumi depositati dall’entrata in esercizio e la delimitazione dei sotto-bacini, all’interno dell’intero bacino imbrifero tributario del lago, che maggiormente
sono responsabili della produzione di sedimento. Ciò al fine di concentrare in tali zone gli interventi tecnici (e con essi gli stanziamenti economici) atti a ridurre la produzione di sedimenti, quali sistemazioni
agrarie e idraulico forestali, consolidamento dei versanti, misure agro-ambientali PAC ecc.
Il modello FLORENCE è stato formulato per rispondere alle seguenti finalità:
1) Disporre di uno strumento previsionale collaudato;
2) Fornire un dato previsionale sulla sedimentazione, in termini volumetrici, particolarmente utile nella
fase pianificatoria e di gestione;
3) Essere facilmente e velocemente applicabile in ambiente GIS;
4) Poter utilizzare, per la determinazione delle caratteristiche fisiografiche e climatiche necessarie alla
sua applicazione i layers informatici già disponibili e facilmente reperibili presso P.A.;
5) Massimo grado di oggettività nell'attribuzione del valore alle variabili, attraverso una metodologia
ben definita di determinazione dei valori che escluda il bias di misurazione;
6) Possibilità di identificare le aree, a monte della diga, ove concentrare gli interventi sistematori per
ridurre l'erosione;
7) Fornire valori validi, sul lungo periodo, ad altri specialisti per calcoli di trasporto e rilascio di sostanze inquinanti di varia natura.
46
Capitolo 4
4.3
natura del dataset e variabili del modello FlorenCe
Per la formulazione del modello sono stati utilizzati i dati morfo-fisiografici di 59 sistemi bacinoserbatoio distribuiti sul territorio nazionale a partire da 72 sistemi considerati inizialmente (Figura 31).
I valori di sedimentazione in parte sono stati rilevati direttamente e in parte derivano da fonti
bibliografiche. Dal dataset di 72 casi sono stati esclusi i sistemi per i quali la sedimentazione non è risultata correlata ad alcun parametro fisiografico, segno evidente che la bontà del dato sedimentario era dubbia o che i sedimenti presenti nell’invaso erano dovuti a fattori non controllati.
Il modello in rete neurale è stato sviluppato utilizzando il modulo “Reti neurali” in ambiente STATISTICA v.7.0 (Statsoft).
Per la messa a punto della rete neurale ottimale da adattare all’insieme di dati si è utilizzata una
procedura IPS (Intelligent Problem Solver), che utilizza algoritmi di ricerca che si basano su tecniche
idonee alla selezione delle variabili input e alla definizione del numero di unità nascoste. L’algoritmo
consente inoltre di evitare il rischio di overfitting (generalizzazione). Il “pruning” delle variabili di
ingresso è stato effettuato a partire da un insieme di 23 variabili di bacino riportate nella tabella 10 e
descritte nella tabella 11.
Figura 31. localizzazione dei sistemi bacino-serbatoio
di origine del modello FlorenCe (versione attuale)
Le banche dati utilizzate per ricavare le
variabili di modello sono le seguenti:
• DEM a 75 m;
• CORINE Land Cover 2000;
• Temperature;
• Piogge MARS-UCEA ISSDS;
• Fiumi;
• Frane.
Il modello di rete neurale migliore è
risultato un percettrone multistrato con
10 variabili di ingresso (segnalate in
tabella nella colonna “tipo di variabile”)
alle quali corrisponde lo strato neuronale di input costituito da un pari numero
di neuroni. Lo strato nascosto è composto da 5 neuroni, ciascuno dei quali è
connesso a tutte le unità dello strato precedente ed al neurone di output (Figura 32).
Per l’addestramento della rete si è utilizzato il noto algoritmo di retropropagazione dell’errore
(Back propagation) durante i cicli di apprendimento. Questo algoritmo è stato inventato indipendentemente da Rumelhart et al. (1986), Werbos (1974) e Parker (1985).
Durante i cicli di addestramento, come pure in fase di utilizzo, le variabili di bacino (tabelle 11 e
12) vengono presentate alla rete a livello dello strato neurale di input e la variabile “produzione bacinale
di sedimento”(m3 km-2 anno-1) ,viene calcolata a livello del neurone di output.
47
Capitolo 4
tabella 11. variabili utilizzate in prima fase per addestramento della rete neurale
Variabile
Tipo di
Variabile
Unità di
misura
Sigla
Produzione di
sedimento
dipendente
Sedimento
m3km-2anno-1
Superficie del bacino
idrografico
indipendente
Ar.Bac.
km!
Superficie erodibile
indipendente
Sup.Erod.
km!
indipendente
Pend. Med.
%
indipendente
Pend. Max
%
Densità di drenaggio
indipendente
Dens. Dren.
km-1
Piovosità
Temperatura
indipendente
indipendente
Pioggia
Temp.
mm
°C
N.Frane
n.
Pendenza media del
bacino imbrifero
Pendenza massima del
bacino imbrifero
Numero di frane
Coordinata X
Coordinata Y
Superficie del bacino
idrografico (escluso
lago)
indipendente
indipendente
X
Y
m
m
scartata
Ar.Bac.
km!
Pluviofattore di Lang
scartata
Pf
mm/T
Indice di aridità di De
Martonne
scartata
IA
P/T
Quoziente
pluviometrico di
Emberger
scartata
Q
P/°C
MFI
(MJ mm)(ha h
a)-1
Erosività
scartata
Descrizione e sorgente dei dati
Descrizione:Produzione specifica di
sedimento. Volume di sedimento umido (in
condizione di deposito lacustre sommerso)
prodotto per unità di area di bacino imbrifero
tributario, per anno.
Descrizione:Area del bacino imbrifero,
compresa area lago.
Descrizione:Area di tutta la superficie arativa,
più 1/16 della superficie agraria e forestale
non arativa, esclusa la roccia affiorante e le
aree impermeabilizzate dall’uomo.
Descrizione:Pendenza media del bacino
imbrifero da DEM 75m
Descrizione:Pendenza massima del bacino
imbrifero da DEM 75m
Descrizione:Lunghezza complessiva del
reticolo idrografico, in km, diviso la superficie
bacinale in km! (Horton,1932)
Pioggia media annua
Temperatura media annuale pluriennale
n. di frane censite presenti nei bacini da l
censimento CNR-GNDCI delle aree del paese
colpite da frane per il periodo 1918-1990.
Descrizione:WGS84-UTM32
Descrizione:WGS84-UTM32
Descrizione:Area del bacino imbrifero,
esclusa area lago.
Descrizione:relazione fra la piovosità media
annua P (in mm) con la temperatura media
annua T (in °C), Pf = P/T.
Descrizione:
PIA = P/(T+10)
dove IA è L'indice di aridità, P le
precipitazioni medie annue in mm e T le
temperature medie annue in °C.
Descrizione: (Q), che esprime la siccità
generale in clima
Q = (100P/(M-m)
in cui P = piovosità media annua (in mm), M
= temperatura media massima del mese più
caldo (in °C), m = temperatura media minima
del mese più freddo (in °C).
Descrizione:Erosività della pioggia tramite
l’indice Fournier modificato da Arnoldus
(1980), definito come segue:
12
MFI = !1
PJ2
P
dove MFI= (MJ mm)(ha h a)-1 ,
pioggia media annua (mm), e
Quota minima bacinale
scartata
Quotamin
m s.l.m.
Quota massima bacinale
scartata
Quotamax
m s.l.m.
Quota media bacinale
scartata
Quotamed
m s.l.m.
Quota mediana bacinale
scartata
Quota_mediana
m s.l.m.
Rilievo
scartata
Ril.
m
Ruggedness
Circolarità
scartata
scartata
Rudg.
Circ.
m*km-1
km2/km2
48
Pj
P è la
è la pioggia
media in ciascuno dei mesi dell’anno.
Descrizione:Valore della quota più bassa
all’interno del bacino idrografico
Descrizione:Valore della quota più alta
all’interno del bacino idrografico
Descrizione:Valore medio delle quote del
bacino idrografico
Descrizione:Valore mediano delle quote del
bacino idrografico
Descrizione:Differenza fra la quota massima e
minima
Descrizione:Rilievo per densità di drenaggio
Descrizione: Area del bacino/area del cerchio
Capitolo 4
tabella 12. statistiche descrittive delle variabili di modello relative ai 59 sistemi bacino-serbatoio.
Variabili
Media
Mediana
Minimo
Massimo
Dev.Std.
Asimmetria
Curtosi
m3km-2anno-1
Volume di invaso m3 106
anni_esercizio
Ar.Bac.
Temp.
Dens. Dren.
Pioggia
Sup.Erod.
N_Frane
Pend. Med.
Pend. Max
844.31
26.329
24.9
122.77
12.14
2.93
993.60
36.44
3.68
24.24
92.46
582.68
5.000
24.0
48.17
13.00
2.48
879.9
7.96
1.00
18.51
80.98
0.01
0.02
2.0
0.34
4.00
0.54
487.5
0.04
0.00
3.81
8.75
4403.21
325.0
59.0
801.48
17.00
9.42
2493.9
321.99
76.00
59.08
274.75
878.24
55.02
16.12
181.48
3.67
1.93
366.8
60.02
10.56
15.70
65.65
1.72
3.70
0.29
2.29
-0.80
1.56
1.74
2.80
5.88
0.72
1.18
3.72
16.05
-0.97
4.80
-0.30
2.35
3.91
9.44
39.17
-0.76
1.10
Figura 32. struttura del modello FlorenCe neurale
4.4
sovra-apprendimento e generalizzazione
Uno dei maggiori problemi che si incontrano con le reti neurali è il sovra-apprendimento, che si
verifica quando la rete non minimizza l'errore al quale si è effettivamente interessati, che è l'errore atteso
e che la rete compie quando ad essa vengono sottoposti nuovi casi. In realtà le reti neurali minimizzano
l'errore sull'insieme di casi di addestramento. In altre parole, la proprietà maggiormente desiderabile di
una rete è la sua abilità a generalizzare nuovi casi; cosa che avverrebbe se l’insieme di addestramento
fosse perfetto ed infinitamente grande.
In generale, all’aumentare del numero di neuroni nascosti la rete sarà capace di modellare una funzione sottostante sempre più complessa, ma sarà più soggetta al sovra-apprendimento poiché tenderà a
modellare il rumore piuttosto che la funzione sottostante. Diminuendo il numero di neuroni nascosti si
avrà l'effetto opposto.
49
Capitolo 4
Se i dati descrivono una funzione piuttosto semplice, o sono molto rumorosi, oppure si dispone di
troppo pochi casi, sarà preferibile una rete con relativamente poche unità nascoste.
Effettuando esperimenti con diversi numeri di unità nascoste, si noterà come le reti più grandi presentino una migliore prestazione di addestramento, ma una prestazione di selezione peggiore. In questo
caso si starà probabilmente subendo un sovra-adattamento e si dovranno considerare reti più piccole.
Il dataset del modello FLORENCE, composto di sole 59 osservazioni, è sicuramente piuttosto
limitato per lo sviluppo di una rete neurale che consenta, durante l’apprendimento, di riservare al campione di selezione un numero cospicuo di osservazioni. Quindi, per evitare il rischio di overfitting si sono
imposti solo 5 neuroni nello strato nascosto, e non si è voluto superare il numero di 10 variabili di input,
che corrispondendo al 16,9% delle osservazioni risulta equilibrato.
Al fine della validazione si è utilizzata una procedura di cross-validation del tipo “one-at-a-time”
producendo 59 sub-modelli di collaudo, derivanti ciascuno dall’analisi di 58 osservazioni (Figura 33).
Si è cioè escluso dal dataset un sistema bacino-serbatoio, a turno, ed il valore di interrimento
osservato per ciascun serbatoio escluso è stato comparato con la stima effettuata dal sub-modello di collaudo formulato per mezzo delle 58 osservazioni residue (Haan 1977).
Evidentemente, per l’ottenimento di una cross-validation coerente, ciascun sub-modello di collaudo è stato formulato forzando la rete neurale a utilizzare le medesime variabili di input del modello definitivo, e non il gruppo di variabili che di volta in volta risultava migliore per ciascun dataset di crossvalidation.
La regressione fra i valori osservati e predetti è risultata altamente significativa, con un coefficiente di determinazione R2=0,78. Pertanto il modello definitivo, formulato con tutte le 59 osservazioni può
ritenersi validato (Figura 34).
Figura 33. procedura di cross-validation
50
Capitolo 4
Figura 34. effettiva efficacia predittiva del modello FlorenCe su cross-validation
4.5
verifica di affidabilità del modello FlorenCe
4.5.1 Confronto fra valori osservati ed attesi
Per i 21 invasi-test si riporta in tabella 13 il confronto fra i valori di sedimentazione osservati e
quelli attesi attraverso l’applicazione del modello FLORENCE.
Il giudizio sintetico di qualità delle previsioni è stato fissato nel seguente modo:
-previsione buona: se la quantità di sedimento prevista è compresa fra 0% e ± 50% di quella osservata;
-previsione grossolana: se è compresa fra > ±50% e ±100 %;
-previsione cattiva: se > ±100%.
Dal giudizio sintetico, riportato nella medesima tabella 13, si può notare che la previsione è stata
“buona” per 6 invasi è risultata “grossolana” per 3 invasi e “cattiva” per 12 invasi.
La discussione sulle motivazioni relative alla scarsa performance è rimandata al capitolo che tratta
della Verifica di affidabilità del modello FLORENCE2.
51
Capitolo 4
tabella 13. Confronto fra valori di sedimentazione osservata e predetta*
Nome
Invaso
Provi
ncia
Angitola
Basso Cixerri
Bidighinzu
Carmine
Cedrino
Disueri
Fabbrica
Farneto del Prin.
Macchioni
Occhito
Paceco
Pertusillo
Piano della
Rocca
Saetta
San Giovanni
San Giovanni
San Giuliano
VV
CA
NU
SA
NU
CL
SA
CS
AV
FG
TP
PZ
SA
PZ
AG
AQ
MT
Santa Rosalia
Simbirizzi
Sos Canale
Tavo (Penne)
RG
CA
NU
PE
Perdita Perdita
annua
annua
Sedimentazi
Sedimenta
N.
di
di
one stimata
Volume
zione
capacità capacità variab
FLORENC
invaso Osservata
ili
di
di
E
m3 x 106 m3 /km2/
fuori
invaso
invaso
m3 /km2/
anno
osservat FLORE range
anno
a
NC
%
%E
Bacino
imbrifero
km2
330,12
158,35
978,60
380,05
272,49
865,54
209,30
703,39
1549,05
345,77
648,39
296,57
1068,06
3673,73
263,72
318,91
3761,80
1352,09
864,33
2270,60
1437,87
3976,43
972,38
4170,19
0,25
0,27
0,41
0,26
0,35
1,19
0,42
0,72
0,91
0,12
0,74
0,11
0,79
6,20
0,11
0,22
4,89
2,37
1,74
2,33
0,84
1,39
1,11
1,52
1
0
0
0
0
0
0
0
0
2
0
1
156,01
428,53
52,10
1,92
632,86
245,82
2,17
194,92
3,06
1016,96
39,41
555,98
102,19
4,5
17,0
0,4
94,7
1348,43
617,73
1113,51
1768,97
467,92
1359,82
1623,46
992,24
213,87
2449,46
0,48
0,13
0,52
0,12
0,58
0,49
0,35
0,46
0,01
3,05
0
0
0
2
1
9,83
78,69
0,27
1179,16
20,0
27,9
5,1
9,2
983,58
1447,67
592,18
137,45
782,52
959,08
328,17
3660,04
0,46
0,13
0,19
0,28
0,37
0,09
0,10
7,49
0
3
0
2
93,38
7,43
16,07
188,39
21,0
25,4
12,6
3,0
48,7
14,0
1,2
27,0
0,5
290,8
6,7
152,2
28,5
Bacino
imbrifer
o
allacciat
o km2
18,87
21,0
37,0
Giudizio sulla
Qualità
predittiva del
modello
FLORENCE
cattiva
cattiva
cattiva
buona
cattiva
grossolana
cattiva
cattiva
buona
cattiva
buona
cattiva
buona
cattiva
buona
cattiva
cattiva
17,8
buona
grossolana
grossolana
cattiva
* Il giudizio sintetico di qualità delle previsioni effettuate con il modello FLORENCE è il seguente: previsione buona =
se la quantità di sedimento prevista è compresa fra 0% e ± 50% % di quella osservata; grossolana = se è compresa fra
> ±50% e ±100 %; cattiva se > ±100%.
52
CapItolo 5
produzIone del modello CalIbrato FlorenCe2
In relazione agli obiettivi del progetto si è quindi sviluppato un nuovo modello utilizzando i medesimi 59 casi originari. Il modello è stato successivamente testato sui 21 casi rilevati.
Alle variabili descritte in tabella 10 si è aggiunto il nuovo parametro “Rapporto di Rilascio dei
Sedimenti” (Sediment Delivery Ratio) secondo la formula di Vanoni, ricavata da 300 bacini idrografici
situati in varie parti nel mondo.
sdr = 0,4724 * a -0,125 (4)
Dove:
SDR = Rapporto di Rilascio dei Sedimenti;
A=
Area del bacino idrografico in km2.
Il pruning delle variabili disponibili (effettuato attraverso numerose prove preliminari sia per
mezzo di NNMODEL sia di Statistica 7.0 – StatSoft) ha selezionato le variabili di input (indipendenti)
illustrate nella tabella 14:
tabella 14. variabili di input del modello FlorenCe2
Variabile
Sigla
Unità di misura
Descrizione e sorgente dei dati
SDR
numero
SDR = 0,4724 A -0,125
Ar.Bac.
km!
Superficie erodibile
Sup.Erod.
km!
Pendenza media del bacino
imbrifero
Pend. Med.
%
Densità di drenaggio
Dens. Dren.
Km-1
Piovosità
Temperatura
Pioggia
Temp.
mm
°C
Numero di frane
N.Frane
numero
Rapporto di rilascio di
sedimento
Superficie del bacino
idrografico
Descrizione:Area del bacino imbrifero,
compresa area lago.
Descrizione:Area di tutta la superficie
arativa, più 1/16 della superficie agraria e
forestale non arativa, esclusa la roccia
affiorante e le aree impermeabilizzate
dall’uomo.
Descrizione:Pendenza media del bacino
imbrifero da DEM 75m
Descrizione:Lunghezza complessiva del
reticolo idrografico, in km, diviso la
superficie bacinale in km! (Horton,1932)
Pioggia media annua
Temperatura media annuale pluriennale
n. di frane censite presenti nei bacini da l
censimento CNR-GNDCI delle aree del
paese colpite da frane per il periodo
1918-1990.
Nello sviluppo del FLORENCE2 si è preferito utilizzare un ensemble di output delle migliori 5
reti neurali, selezionate fra 7.000 reti neurali utilizzando la procedura IPS (Intelligent Problem Solver) di
STATISTICA 7.1 (StatSoft).
Attraverso l’ensemble si è ricercato una migliore prestazione rispetto a quella delle singole reti.
Gli ensemble, infatti, forniscono un metodo importante per combattere il sovra-apprendimento e per
migliorare la generalizzazione. L’averaging delle previsioni dei modelli con differenti strutture, e/o addestrati su differenti sottoinsiemi di dati, può ridurre la varianza del modello senza che la distorsione
aumenti. Gli ensemble sono quindi particolarmente efficaci se combinati con il ricampionamento.
53
Capitolo 5
Una parte importante della teoria dimostra come la prestazione attesa di un ensemble è maggiore o
uguale alla prestazione media dei membri.
Nell’esecuzione si è quindi richiesto che alle previsioni delle reti IPS applicasse la media (averaging) pesata usando i pesi di appartenenza delle reti all’ensemble.
Ciascuna delle 7000 reti testate ha utilizzato un sottoinsieme di 45 casi per l’addestramento, un
sottoinsieme di 7 casi per la selezione e un sottoinsieme di 7 casi per il test. I sottoinsiemi sono stati
ricampionati casualmente ogni volta che una rete è stata creata e testata.
Selezionando la funzione Bilanciamento errore/diversità si è confrontata la prestazione di reti
aventi differenti variabili di input, specificando che l’IPS effettuasse un bilanciamento dell’errore rispetto alla diversità, producendo un insieme di reti caratterizzate da diverse combinazioni prestazione/complessità. Riguardo ai “Tipi di rete da testare” si sono scelte le “Funzioni a Base Radiale” e i “Percettroni
Multistrato”.
Si è imposta la “Decodifica Lineare” dell’output nella regressione, attraverso una funzione di attivazione d’identità. Questa opzione permette una grande quantità di estrapolazioni.
Nella tabella 15 è riportato il riepilogo dei cinque migliori modelli e l’output (ensemble delle 5
reti) che costituisce il modello FLORENCE2.
tabella 15. report riepilogo modelli ed ensemble delle 5 reti (indicato con output 8)
FlorenCe2
Profilo
Prest.
Addestr.
MLP 8:8-11-1:1
0,69
MLP 8:8-11-1:1
0,62
RBF 8:8-1-1:1
0,98
RBF 8:8-2-1:1
0,84
RBF 8:8-4-1:1
0,844
Output 8:[5]:1
0,795
MLP = Percettrone Multistrato
RBF = Funzione a Base Radiale
Prest.
Selezione
Prest.
Test
Errore
Addestr.
Errore
Selezione
Errore
Test
Addestr./
Membri
Input
Nascoste
(1)
Nascoste
(2)
0,33
0,28
1,10
0,67
0,51
0,58
0,84
0,920
1,0
0,92
1,05
0,95
0,21
0,17
0,001
0,001
0,001
0,076
0,06
0,05
0,001
0,0007
0,0005
0,02
0,34
0,22
0,003
0,0007
0,0014
0,112
BP17b
BP100,CG18b
KM,KN,PI
KM,KN,PI
KM,KN,PI
13-17
8
8
8
8
8
8
11
11
1
2
4
5
0
0
0
0
0
0
Nella tabella 16 si riporta l’analisi di sensibilità per le variabili di input del FLORENCE2.
tabella 16. analisi di sensibilità per le variabili di input del FlorenCe2
Rapporto
Rango
SDR
Ar.Bac.
Temp.
Dens.Dren
Pioggia
Sup.Erod.
N_Frane
Pend.Med
1.05
8.00
1.11
6.00
1.13
4.00
1.15
3.00
1.18
2.00
1.22
1.00
1.12
5.00
1.05
7.00
Nella figura 35 è mostrato il confronto fra valori osservati di produzione specifica di sedimento e i
valori predetto con FLORENCE2.
Nelle figure 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42 e 43 sono mostrati i grafici di risposta delle diverse variabili
di input rispetto alla produzione specifica di sedimento (m3/km2/anno) ed il commento esplicativo delle
tendenze.
54
Capitolo 5
Figura 35. Confronto fra valori predetti e osservati di produzione specifica di sedimento.
Figura 36. grafico di risposta m3/km2/anno vs. rapporto di rilascio dei sedimenti. si noti la
relazione positiva fra sdr e produzione specifica di sedimento.
55
Capitolo 5
Figura 37. grafico di risposta m3/km2/anno vs. area bacino. si noti la diminuzione di produzione specifica di sedimento all’aumentare delle dimensioni del bacino idrografico
Figura 38. grafico di risposta m3/km2/anno vs. temperatura media*
* Il grafico mostra come all’aumento della temperatura media corrisponde un incremento di produzione specifica di
sedimento. Ciò è confermato dal fatto che l’erosività della pioggia aumenta in ambienti caratterizzati da intensi episodi
temporaleschi.
56
Capitolo 5
Figura 39. grafico di risposta m3/km2/anno vs. densità di drenaggio*
* L’aumento della produzione specifica di sedimento all’aumentare della densità di drenaggio è in linea con quanto
riportato nella letteratura.
Figura 40. grafico di risposta m3/km2/anno vs. pioggia media annua*
* La diminuzione della produzione specifica di sedimento è correlata negativamente all’aumentare della piovosità
media annua. Una spiegazione a questo fenomeno si può trovare considerando il modo in cui si verificano gli eventi piovosi. Nelle regioni del sud, anche se la piovosità è più bassa che al nord, il verificarsi di eventi temporaleschi estivi si
associa generalmente ad una temperatura dell’atmosfera più elevata-rispetto al nord. Ciò determina la formazione di
idrometeore di grosse dimensioni ad energia cinetica (e quindi erosività) più elevata rispetto a quelli caratterizzati da
una quantità maggiore di pioggia ma con idrometeore a dimensione inferiore (quindi meno aggressive), in relazione ad
una temperatura dell’aria inferiore.
57
Capitolo 5
Figura 41. grafico di risposta m3/km2/anno vs. superficie erodibile
Figura 42. grafico di risposta m3/km2/anno vs. numero di Frane Censite
58
Capitolo 5
Figura 43. grafico di risposta m3/km2/anno vs. pendenza media bacinale.*
* All’aumentare della pendenza media bacinale corrisponde una diminuzione della produzione specifica di sedimento.
Ciò è in relazione al fatto che l’aumentare della pendenza denota anche un aumento delle superfici boscate (o non arative –pascoli) con riduzione dell’erosione. Sopra il 35-40% di pendenza media l’accentuarsi dei fenomeni franosi fa
aumentare nuovamente la produzione di sedimento.
Figure 44, 45, 46 e 47. sono illustrate le singole reti che costituiscono l’ensemble
FlorenCe2
Figura 44
Figura 45
Figura 46
Figura 47
59
Capitolo 5
5.1
verifica di affidabilità del modello FlorenCe 2
5.1.1 Confronto fra valori osservati ed attesi
Nella tabella 17 si riporta il confronto fra valori di sedimentazione osservata nei 21 invasi misurati
ed i valori predetti con il modello FLORENCE originario ed il modello FLORENCE2.
Dal confronto fra le medie degli scostamenti assoluti fra i valori osservati ed i valori stimati dai
due modelli si nota un miglioramento della previsione di circa 3,6 volte mediante l’utilizzo di FLORENCE2; ossia la media degli scarti fra i valori osservati e quelli predetti dal modello FLORENCE2 è più
bassa di 3,6 volte rispetto alla media degli scarti fra i valori osservati e quelli predetti dal modello FLORENCE originario.
tabella 17. Confronto fra valori di sedimentazione osservata e predetta con il modello FlorenCe originario ed il modello FlorenCe2
Nome
Invaso
Angitola
Basso Cixerri
Bidighinzu
Carmine
Cedrino
Disueri
Fabbrica
Farneto del Prin.
Macchioni
Occhito
Paceco
Pertusillo
Piano della Rocca
Saetta
San Giovanni
San Giovanni
San Giuliano
Santa Rosalia
Simbirizzi
Sos Canale
Tavo (Penne)
Provincia
VV
CA
NU
SA
NU
CL
SA
CS
AV
FG
TP
PZ
SA
PZ
AG
AQ
MT
RG
CA
NU
PE
Sedimentazione
Osservata
m3 /km2/ anno
330,1
158,4
978,6
380,1
272,5
865,5
209,3
703,4
1549,1
345,8
648,4
296,6
1348,4
617,7
1113,5
1769,0
467,9
983,6
1447,7
592,2
137,5
Sedimentazione
Sedimentazione
stimata
stimata
FLORENCE 1
FLORENCE 2
3
2
m /km / anno
m3 /km2/ anno
1068,1
3673,7
263,7
318,9
3761,8
1352,1
864,3
2270,6
1437,9
3976,4
972,4
4170,2
1359,8
1623,5
992,2
213,9
2449,5
782,5
959,1
328,2
3660,0
806,5
896,1
894,7
691,8
673,0
1,025,0
755,3
726,4
863,5
1,079,3
1,060,8
707,9
835,5
739,8
1,059,9
1,120,7
630,6
1,006,0
992,3
836,6
754,0
medie
60
Differenze
assolute fra
valori
osservati e
predetti
modello
FLORENCE
Differenze
assolute fra
valori
osservati e
predetti
modello
FLORENCE
2
737,9
3515,4
714,9
61,1
3489,3
486,6
655,0
1567,2
111,2
3630,7
324,0
3873,6
11,4
1005,7
121,3
1555,1
1981,5
201,1
488,6
264,0
3522,6
1348,5
476,4
737,7
83,9
311,7
400,5
159,5
546,0
23,0
685,5
733,5
412,4
411,4
512,9
122,1
53,6
648,3
162,6
22,4
455,4
244,4
616,5
372,4
Capitolo 5
tabella 18. Confronto fra le percentuali assolute in più o in meno di sedimento stimato rispetto a quello osservato*
Nome Invaso
Angitola
Basso Cixerri
Bidighinzu
Carmine
Cedrino
Disueri
Fabbrica
Farneto del
Prin.
Macchioni
Occhito
Paceco
Pertusillo
Piano della
Rocca
Saetta
San Giovanni
San Giovanni
San Giuliano
Santa Rosalia
Simbirizzi
Sos Canale
Tavo (Penne)
Sedimento
Sedimento
Qualità della
in più o in Qualità della
Sedimentazione Sedimentazione Sedimentazione in più o in
previsione
meno
da
meno
da
Provincia
Osservata
stimata
stimata
previsione
del modello
3
2
modello
modello
m /km / anno FLORENCE 1 FLORENCE 2
del modello
FLORENCE
m3 /km2/ anno
m3 /km2/ anno FLORENCE FLORENCE FLORENCE
2
%
%
VV
CA
NU
SA
NU
CL
SA
CS
330,1
158,4
978,6
380,1
272,5
865,5
209,3
703,4
1068,1
3673,7
263,7
318,9
3761,8
1352,1
864,3
2270,6
806,5
896,1
894,7
691,8
673,0
1,025,0
755,3
726,4
223,5
2220,0
271,1
19,2
1280,5
56,2
313,0
222,8
144,3
465,9
9,4
82,0
147,0
18,4
260,8
3,3
cattiva
cattiva
cattiva
buona
cattiva
grossolana
cattiva
cattiva
cattiva
cattiva
buona
grossolana
cattiva
buona
cattiva
buona
AV
FG
TP
PZ
SA
1549,1
345,8
648,4
296,6
1348,4
1437,9
3976,4
972,4
4170,2
1359,8
863,5
1,079,3
1,060,8
707,9
835,5
7,7
1050,0
50,0
1306,1
0,8
79,4
212,1
63,6
138,7
61,4
buona
cattiva
buona
cattiva
buona
grossolana
cattiva
grossolana
cattiva
grossolana
PZ
AG
AQ
MT
RG
CA
NU
PE
617,7
1113,5
1769,0
467,9
983,6
1447,7
592,2
137,5
1623,5
992,2
213,9
2449,5
782,5
959,1
328,2
3660,0
739,8
1,059,9
1,120,7
630,6
1,006,0
992,3
836,6
754,0
162,8
12,2
727,1
423,5
25,7
50,9
80,4
2562,8
19,8
5,1
57,8
34,8
2,3
45,9
41,3
448,5
cattiva
buona
cattiva
cattiva
buona
grossolana
grossolana
cattiva
buona
buona
grossolana
buona
buona
buona
buona
cattiva
* Il giudizio sintetico di qualità delle previsioni effettuate con i due modelli FLORENCE e FLORENCE2 è il seguente:
previsione buona = se la quantità di sedimento prevista è compresa fra 0% e ± 50% % di quella osservata; grossolana
= se è compresa fra > ±50% e ±100 %; cattiva se > ±100%.
Nella tabella 18 viene mostrato il confronto fra le percentuali assolute (in più o in meno) di sedimento stimato dai modelli FLORENCE e FLORENCE2 rispetto a quello osservato.
Giova ripetere che il giudizio sintetico di qualità delle previsioni è stato fissato nel seguente
modo:
- previsione buona: se la quantità di sedimento prevista è compresa fra 0% e ± 50% % di quella osservata;
- previsione grossolana: se è compresa fra > ±50% e ±100 %;
- previsione cattiva:se > ±100%.
Da questa tabella si evince che sul totale dei 21 bacini test (non utilizzati per costruire i modelli) il
modello FLORENCE2 rispetto al modello FLORENCE originario ha predetto rispettivamente: valori di
“buona” qualità in 9 casi rispetto a 6 casi, valori “grossolani” in 5 casi rispetto a 3; valori di “cattiva”
qualità in 7 casi rispetto a 12 casi.
Il modello FLORENCE2, sebbene produca risultati migliori del FLORENCE originario, non
appare ancora pienamente soddisfacente e necessita di essere implementato attraverso un successivo sviluppo, includendo un numero maggiore di osservazioni.
61
Capitolo 5
Le motivazioni che possono aver determinato una qualità complessiva non ancora completamente
soddisfacente possono essere molteplici, come segue:
a) Alcune variabili di input dei 21 sistemi bacino-lago hanno valori fuori del range di valori del dataset
degli invasi che sono serviti a costruire i due modelli FLORENCE. Pertanto, trattandosi di modelli
parametrici le previsioni possono risultare non attendibili.
b) Nel gruppo di osservazioni (sistemi bacino-serbatoio) che ha dato origine ai due modelli FLORENCE
e FLORENCE2 sono presenti anche invasi del centro e del nord Italia. Pertanto i modelli, quando
applicati ai soli invasi delle regioni Obiettivo1 hanno una performance complessivamente peggiore.
c) Per alcuni invasi è presente un bacino idrografico allacciato, che può determinare una alterazione
notevole delle variabili di modello.
d) Quando le sponde degli invasi sono soggette a frana, la quantità di sedimenti può essere assai cospicua ed i modelli non riescono a tener conto in modo adeguato di questa componente.
e) Anche il moto ondoso che impatta sulla linea di battigia può avere un ruolo notevole nel produrre
sedimenti. Ciò si verifica soprattutto quando gli invasi si sviluppano soprattutto in lunghezza e presentano una forte lunghezza complessiva della linea di sponda (basso Rapporto di allungamento,
ovvero basso rapporto tra il diametro del cerchio di eguale area della superficie dell’invaso e la lunghezza dell’invaso).
f) Può essersi verificato che le operazioni di flushing dei sedimenti non siano state segnalate (come ad
esempio nel caso dell’invaso Cedrino, che durante l’esondazione del 2004 fu svuotato e ripulito completamente dai sedimenti), pertanto il sedimento osservato risulta inferiore al dovuto, in quanto parte
di esso è stato rimosso, oppure il periodo di osservazione (anni di accumulo di sedimento) è troppo
breve (nel caso dell’invaso Cedrino il periodo si è ridotto a 4 anni, dal 2004 al 2008). Per l’invaso
Cedrino è stato possibile apportare la suddetta correzione al numero di anni di esercizio.
5.2
applicazione del modello FlorenCe2 agli 86 invasi del sud Italia
Nella tabella 19 sono riportati gli 86 invasi per i quali è stato applicato il modello FLORENCE2.
Per quanto riguarda la bontà dei valori stimati valgono le considerazioni fatte al precedente paragrafo
relativamente alla verifica di affidabilità del modello.
62
Capitolo 5
tabella 19. valori di interrimento e di perdita annua di capacità di invaso (perdita potenziale
percentuale annua) degli identificati dall’intersezione tra strato acque Casi 3 Inea e dati del
registro Italiano *
Coord. X
diga
WGS84
UTM 32 N
Coord. Y
diga
WGS84
UTM 32 N
Volume m3
106
(da
inventario
Limno)
Area
Bacino
imbrifero
km2
Perdita
Area
Stima
di
Bacino
interrimento
capacità
Allacciato FLORENCE
annua
km2
2
%
Nome
Invaso
Prov.
Abate Alonia
PZ
1066712,36
4563919,34
22,8
414
0
1318,3
2,39
Acerenza
PZ
1083561,68
4536901,98
37,4
140,44
0
884,0
0,33
Altamura
BA
1133424,20
4541013,49
1,5
14,09
0
744,3
0,70
Alto temo
SS
462156,24
4480983,30
59,16
157,5
0
788,0
0,21
Ancipa
EN
989687,41
4202123,66
13
50,66
52,13
574,5
0,22
Arancio
AG
858180,75
4173343,29
25
134,09
73
1079,0
0,58
Arcichiaro
CB
961761,28
4599734,53
11,1
21,43
0
515,9
0,10
Biviere
SR
975430,93
4110561,76
N.C.
70,82
0
1001,6
N.A.
Blufi
PA
945526,25
4190042,35
24
74,68
0
1123,4
0,35
Cameli
CS
1103562,33
4408768,60
102
51,88
0
523,2
0,03
Campolattaro
BN
980292,34
4588895,10
125
252,7
0
1073,0
0,22
Cantoniera
OR
488344,10
4431195,06
430
2068,57
0
1123,9
0,54
Capo d'acqua
MC
895110,98
4692085,53
N.C.
284,58
0
908,3
N.A.
Castagnara
RC
1130965,99
4281461,75
8,3
16,5
0
323,1
0,06
Casteldoria
SS
492007,86
4526635,02
8,03
491,5
1900
1199,5
7,34
Castello
AG
890067,30
4168720,21
21
82,27
0
994,2
0,39
Cimia
CL
975165,02
4129885,01
10
69,54
40
791,4
0,55
Coghinas
SS
503645,65
4510103,71
249,28
1729,21
0
1114,9
0,77
Comunelli
CL
957852,04
4125090,81
4,25
73,66
55
1015,3
1,76
Don Sturzo
EN
992677,72
4158338,94
100
173,95
0
1197,7
0,21
Flumineddu
NU
533091,26
4396724,84
1,94
246,28
0
585,3
7,43
Gannano
MT
1134027,19
4487528,30
107
1158,4
0
956,0
1,04
Garcia
PA
862427,72
4191295,73
62
364,86
16
1426,6
0,84
Genzano
PZ
1095022,46
4545849,81
52,4
35,6
0
933,9
0,06
Gorgo
AG
882797,00
4148992,51
1,5
1,74
0
773,1
0,09
Lentini
SR
1027393,07
4147301,08
115
26,81
155
692,3
0,02
Liscia
SS
521416,22
4538748,49
64
283
0
878,0
0,39
Maccheronis
NU
550253,41
4498305,50
27,8
610,87
0
908,5
2,00
Marana Capac.
FG
1070334,18
4579213,54
49,32
57,65
0
910,6
0,11
Marsico nuovo
PZ
1072037,35
4497334,31
6,36
24,94
0
648,7
0,25
Mazzarronello
RG
996941,33
4115327,77
0,6
72,63
0
1098,8
13,30
Medau zirimilis
CA
485020,94
4342723,45
6,7
29,83
12
1046,6
0,47
Melito
CZ
1153695,71
4343136,09
98
32,74
0
522,2
0,02
Monte Cotugno
PZ
1125555,56
4472859,63
482
801,92
0
1089,3
0,18
Monte Pranu
CA
465549,65
4327412,94
50
426,15
0
1176,4
1,00
Monteponi
CA
456134,51
4354082,15
1
6,35
0
977,4
0,62
Muro Lucano
PZ
1046405,79
4532663,35
5,64
34,88
0
598,6
0,37
Nicoletti
EN
971719,10
4176342,59
14,8
50,71
51,89
824,7
0,28
Nocellito
SA
1036588,07
4475837,16
0,06
5,6
0
625,8
5,84
Nuraghe arrubiu
NU
523583,31
4396344,28
299,27
754,24
0
801,2
0,20
Nuraghe Pranu A.
OR
487077,96
4427680,14
9
851,03
0
1118,4
10,58
0,79
Olivo
EN
968056,92
4153513,18
7
61,54
0
894,3
Pappadai
TA
1216405,80
4513624,40
13
4,58
0
656,0
0,02
Persano
SA
1018700,01
4512683,93
1,5
2280,57
0
741,0
112,66
Poma
PA
859850,59
4212564,60
47,5
164,34
142
1441,2
0,50
Ponte Annibale
CE
944121,09
4567308,06
7,4
4077,67
0
627,6
34,58
Ponte barca
CT
1018502,18
4170860,38
0,82
277,34
0
1015,9
34,36
* Evidenziati in grigio sono indicati valori scarsamente attendibili a causa 1) o della presenza di un bacino imbrifero
allacciato 2) o di condizioni assai diverse da quelle riscontrate nel dataset di invasi utilizzati per la produzione del
modello FLORENCE2. In taluni casi il modello è risultato non applicabile (N.A.)
63
Capitolo 5
Ponte liscione
CB
984114,49
4645329,13
148
1025,09
0
1030,3
0,71
Pozzillo
EN
993406,70
4183055,19
96
580,04
0
1253,1
0,76
Punta Gennarta
CA
460579,69
4353821,75
12,85
33,22
0
712,0
0,18
Ragoleto
CT
1006237,18
4124225,14
24
117,06
0
1137,4
0,55
Redisole
CS
1159166,95
4381837,32
1,53
9,55
0
620,8
0,39
Rio Coxinas
CA
473576,06
4370335,41
0,19
7,49
0
805,4
3,18
Rio Leni
CA
475224,04
4362804,32
20
73,33
0
851,9
0,31
Rio Mannu Pattada
SS
513943,74
4492231,15
76
160,08
0
600,5
0,13
Rosamarina
PA
907946,58
4210301,35
96
500,26
0
1367,5
0,71
Rubino
TP
826963,73
4200305,91
13,77
42,07
34,4
827,1
0,25
Sa Forada
CA
497586,55
4376556,70
1,41
1,24
0
1077,2
0,09
Sa Forada (aus.)
CA
498932,34
4375599,66
1,41
0,75
0
689,1
0,04
San Giovanni Corr.
SA
1030907,77
4467697,14
0,22
1,65
0
707,0
0,53
San Pietro
AV
1046602,14
4560421,92
12
69,01
0
1312,1
0,75
San Raniero
AQ
866310,08
4693418,58
0,2
0,12
0
349,5
0,02
Santa Lucia
NU
551063,57
4424071,57
3,7
49,73
62
866,4
1,16
Santa Vittoria
OR
477705,22
4424687,65
1,48
204,02
0
783,6
10,80
Sciaguana
EN
993751,85
4176904,83
8,5
65,24
26,3
996,5
0,76
Tarsia
CS
1125918,59
4409745,12
6,3
1339,53
0
939,0
19,97
Timpa di Pantaleo
RC
1136580,37
4263665,66
8,8
10,81
0
689,6
0,08
Toppo di Francia
PZ
1077471,21
4567732,87
4,6
35,04
0
909,6
0,69
Torre bianca
FG
1036862,19
4606450,62
22,4
149,68
0
1319,0
0,88
Traversa Ailano
BN
1012646,33
4182376,59
N.C.
1238,72
0
853,1
N.A.
Traversa Sagittario
AQ
890794,48
4728394,31
N.C.
183,7
0
898,1
N.A.
Traversa Sauro
PZ
881677,50
4159343,57
N.C.
353
0
1228,9
N.A.
Traversa Serranella
CH
933593,29
4592254,68
N.C.
1596,02
0
744,0
N.A.
Trav.sul Magazzolo
AG
899265,21
4661784,10
N.C.
98,38
0
1019,8
N.A.
Trav. Sul Simeto
CT
1114816,43
4489901,30
N.C.
907,26
0
1105,8
N.A.
Traversa Trivigno
PZ
944433,15
4677751,66
N.C.
402,46
0
1266,8
N.A.
Trav. Villa Vomano
TE
1091193,54
4518306,05
N.C.
563,44
0
953,0
N.A.
Trinità
TP
830956,35
4179530,27
13
193,21
0
1441,1
2,14
Votturino
CS
1165026,89
4375004,27
3,25
81,76
0
501,5
1,26
Zaffarana
TP
819132,66
4195532,22
0,6
7,25
0
917,1
1,11
5.3
metodologia applicativa del modello FlorenCe2
5.3.1 Preparazione Basi Dati
Di seguito sono descritte le procedure relative alle basi dati dei sistemi invaso-bacino idrografico
alimentante, che sono da utilizzare sia per il recupero dati di input nell’applicazione del modello FLORENCE2 di stima dell’interrimento medio pluriennale, sia per la visualizzazione dei risultati.
5.3.2 Struttura Base Dati Invasi
La bancadati è stata realizzata, come detto precedentemente, attraverso l’unione di varie informazioni, provenienti da:
1. Estensione geometrica invasi rilevati dal CRA;
2. Estensione geometrica invasi provenienti da una prima estrazione dei poligoni con codice “acque
superficiali” dallo strato CASI3 INEA 2002, con una ulteriore scrematura secondo quanto indicato dal
Registro Dighe circa l’utilizzo a fini irrigui dell’invaso artificiale;
3. Aggiunta dei dati dall’archivio del Registro Dighe sopracitato.
4. Aggiunta delle informazioni dalla banca dati Limno (volume dei serbatoi e informazioni sulla dimensione dell’eventuale bacino imbrifero allacciato)
La struttura informativa dei 121 invasi così come è prevista dalla banca dati geografica in formato
64
Capitolo 5
shapefile, realizzata nel sistema di proiezione UTM32 WGS1984, di tipo poligonale, è riportata in tabella
20.
tabella 20. struttura della tabella informativa della bancadati. struttura base dati bacini
Tipo campo
Campo
Descrizione
Legenda
numerico
numerico
numero con decimali
area (m2)
perimetro
area_ha
mq
m
ha
numerico
id
area in m2 da topologia gis
perimetro da topologia gis
ha da divisione su area /10000
identificativo numerico univoco
dell'invaso
numerico
codice
codice tipo dell'invaso per modello
stringa
stringa
stringa
nome
regione
prov
nome invaso
nome regione
sigla provincia
stringa
Condizione
Condizione dell’invaso
stringa
Fiume
stringa
Uso
stringa
Classifica
numero con decimali
numero con decimali
numero con decimali
numero con decimali
numero con decimali
numero
ALTEZZA_L58
VOLUME_L58
QUOTA_MAX
QUOTA_AUTO
VOLUME_AUT
ALLACCIATO
numero con decimali
Sedimento
Fiume immissario
destinazioni di uso dell'acqua
invasata
Classificazione della tipologia di
costruzione
Altezza L.584/94 (m)
Volume L.584/94 (mil. mc)
Quota max regolazione (m s.m.)
Quota Autorizz. (m s.m.)
Volume Autorizz. (mil. mc)
Area bacino allacciato m2
produzione specifica di sedimento:
volume di sedimento umido
prodotto per unità di area di bacino
imbrifero tributario, per anno
(m3*Km-2*anno-1)
es.235
1 = con dati rilevati; 2 = di applicazione
modello
es.Monte Marello
es. calabria
es. TE (teramo)
Invaso limitato, Esercizio Normale, Invaso
sperimentale, in Costruzione
es.Angitola
es. Irriguo, Industriale
Tipologia di costruzione
es. 134,34000
es. 34,450000
es. 155,340000
es.195,0000
es.290,83000
mqall
es. 1324,38
5.3.3 Struttura Base Dati Bacini
Per quanto riguarda la preparazione dei dati necessari per l’applicazione del modello FLORENCE2 negli 86 bacini ed invasi ad uso irriguo delle Regioni Meridionali identificati dall’intersezione tra
strato acque Casi 3 INEA e dati del Registro Italiano Dighe, si è preparata la base dati poligonale dei
bacini sottesi, necessari al recupero dei 10 parametri morfometrici e tematici necessari all’applicazione
del modello FLORENCE2.
5.3.4 Estrazione dei bacini idrografici
I bacini d'interesse sono stati definiti a partire dal DEM a 50 m, dal quale è stato derivato il reticolo di drenaggio tramite procedura automatizzata fornita dal software GIS GRASS. In particolare è stato
impiegato il comando r.watershed.fast, versione ottimizzata di r.watershed, che permette l'analisi dei
principali parametri idrologici a scala di bacino.
Dal reticolo di drenaggio si sono quindi estratti i bacini a monte dei punti di chiusura degli invasi
(posizionati generalmente sulle dighe degli stessi) utilizzando il comando r.water.outlet.
A valle della procedura automatica si sono operati gli opportuni aggiustamenti, dove ad esempio il
reticolo di drenaggio non fosse risolto sufficiente bene da permettere l'estrazione completa di alcune porzioni di bacino. Sono state necessarie altre elaborazioni di post-processing per la suddivisione di un singolo bacino in più sottobacini quando sullo stesso insistono più invasi, l'uno a monte dell'altro.
65
Capitolo 5
5.3.5 Derivazione dei parametri per il modello FLORENCE
Tutta l'elaborazione è stata realizzata impiegando esclusivamente le funzionalità e i comandi forniti dal software opensource GRASS.
A partire dai bacini sopra definiti, sono stati derivati i parametri per il modello FLORENCE2
secondo la seguente metodologia:
5.3.6 Fonti Dati impiegate
-Modello numerico del Terreno DEM con risoluzione a 50m;
-Reticolo fluviale Tele Atlas in formato vettoriale lineare;
-Censimento frane;
-Corine Land Cover 2000 (Comunità Europea);
-Dati pluviotermometrici medi preelaborati (da risultati aree omogenee linea A1).
5.4
estrazione dei parametri per l’applicazione del modello FlorenCe2
Area del bacino idrografico
Calcolo dedicato automaticamente dai poligoni dei bacini, prodotti a valle della precedente operazione di estrazione dei bacini (che in origine produce un dato raster).
SDR (Sediment Delivery ratio)
Si è applicata la formula formula (4) di Vanoni SDR = 0,4724 A • 0,125.
Dove
SDR = Rapporto di Rilascio dei Sedimenti;
A = Area del bacino idrografico in km2
Superficie erodibile
A partire dai coefficienti indicati nel manuale di FLORENCE, sono state calcolate le aree erodibili
a partire dai vettoriali del Corine Land Cover 2000, dai quali sono state derivate le aree delle diverse parcelle di uso del suolo per poi applicarvi i coefficienti di correzione secondo il loro codice CLC.
Il totale dell'area erodibile per ogni singolo bacino è stata derivata dalla somma delle singole parcelle CLC ricadenti all'interno dello stesso.
Pendenza media e massima del bacino
A partire dal DEM 50m si è derivata la carta delle pendenze tramite analisi morfometrica impiegando il comando r.slope.aspect. I valori dei singoli pixel sono stati mediati tra loro e ne sono stati estratti i massimi sulla base delle geometrie dei singoli bacini (usando il comando v.rast.stats).
Densità di drenaggio
Per questo parametro si è impiegato il vettoriale del reticolo idrografico fornito da Tele Atlas. Il
reticolo è stato ritagliato sulla base dei poligoni dei bacini (operazione di clipping tramite v.overlay) e sul
vettoriale risultante sono state calcolate le lunghezze delle singole polilinee (sempre tramite procedura
v.to.db) che poi sono state sommate tra di loro. Il risultato è stato diviso per l'area del bacino precedentemente calcolata.
66
Capitolo 5
Piovosità e Temperatura, medie pluriennali
Dai dati termopluviometrici disponibili in formato raster si sono calcolate medie e valori massimi
per i singoli bacini sulla base della loro geometria, sempre tramite v.rast.stats.
Numero di frane
Si è impiegato un censimento preesistente puntuale delle frane presenti sul territorio italiano. Per
ogni bacino è stato sommato il numero di frane ricadenti al suo interno.
Ogni parametro è stato quindi inserito nella tabella degli attributi dei bacini, sempre tramite semplici procedure automatiche realizzate appositamente per questa procedura, impiegando il linguaggio di
shell Bash, su sistema Linux.
Infine, tramite una routine, scritta in linguaggio Java, si sono estratti i parametri dalla tabella degli
attributi del layer vettoriale dei bacini per alimentare il modello ensemble neurale FLORENCE2.
5.5
base dati bacini finale: struttura e stato dell’arte
La struttura informativa degli 86 invasi così come è prevista dalla banca dati geografica in formato shapefile realizzata nel sistema di proiezione UTM32 WGS1984, di tipo poligonale, è riportata in
tabella 21.
Sono state definite le basi dati oggetto di consegna, la struttura dei dati associata e le procedure di
consultazione per l’utente, in modo da procedere al porting sulla piattaforma WebGIS dedicata.
tabella 21. struttura della tabella informativa della base dati baCInI
Tipo_campo
Campo
Descrizione
produzione specifica di sedimento: volume di sedimento umido prodotto per unità
di area di bacino imbrifero tributario, per anno (m3*Km-2*anno-1)
Rapporto di rilascio di sedimenti dal bacino idrografico
Superficie del Bacino imbrifero, compresa la superficie dell'invaso (Km2)
Area della superficie erodibile (Km2)
Pendenza media del bacino imbrifero (%)
densità di drenaggio: rapporto tra la lunghezza complessiva del reicolo idrografico
e la superficie del bacino (Km-1)
Output numerico
Sedimento
numerico con decimali
numerico con decimali
numerico con decimali
numero
SDR
Ar_bacino
Sup_erodibile
Pend_med
numero
Dens_dren
numero
numero
Pioggia
Temp
Media della Pioggia cumulata annua su base serie storica (mm)
Temperatura media annua su base serie storica (°C)
numero
N_frane
Numero di frane censite presenti nel bacino
67
CapItolo 6
modello FlorenCe su Web
6.1
procedura online per l’applicazione semplificata del modello ad uso degli enti
gestori, per la preparazione del progetto di gestione degli invasi
Come precedentemente detto, il Decreto 30 giugno 2004 richiede che il Progetto di gestione degli
invasi fornisca indicazioni sul volume medio di materiale solido che sedimenta in un anno nel serbatoio e
sulla provenienza del materiale solido sedimentato nel serbatoio.
Il modello FLORENCE è in grado di fornire le risposte alle suddette domande ma. per renderlo
fruibile agli Enti Gestori degli invasi, è stato necessario mettere a punto un’applicazione on-line utilizzabile tramite il sito web http://florence.homelinux.com/login.php .
Per valutare il contributo di sedimento fornito dai diversi sottobacini sottesi dall’invaso, sarà
necessario applicare il modello FLORENCE a ciascuno di essi.
Si riporta qui di seguito la procedura di applicazione del FLORENCE su Web, ricordando agli
utenti che presto verrà resa disponibile una nuova versione WebGis con l’applicazione del nuovo modello FLORENCE2.
6.2
Istruzioni per l’applicazione del software FlorenCe v. 1.0
Il software FLORENCE v.1. è di facile applicazione. Esso permette la stima della produzione
netta di sedimenti espressa come volume di sedimento umido medio annuo in m3 per km2 di bacino
imbrifero (m3 km-2 anno-1).
L’utente può immettere manualmente il valore di ciascuna delle 10 variabili di modello digitandone il valore nelle corrispondenti caselle di input. Comunque, per evitare che dati tratti da banche dati di
diversa origine possano determinare errori predittivi, si consiglia di far calcolare al software la maggior
parte delle variabili, attraverso la selezione dei comuni entro i quali è compreso il bacino idrografico e
per il quale si intende stimare la produzione di sedimento.
L’utente potrà eventualmente modificare i valori calcolati in automatico, immettendo i propri
valori. Comunque, nel calcolo delle variabili, l’utente dovrà attenersi alle istruzioni di questo manuale, al
fine di evitare errori predittivi.
Alcune variabili quali: l’area del bacino idrografico, la superficie erodibile e la densità di drenaggio devono essere obbligatoriamente calcolate dell’utente, in quanto risulta impossibile la loro derivazione tramite la selezione dei comuni.
Per quanto riguarda il calcolo della pendenza percentuale media e massima del bacino idrografico,
vengono fornite istruzioni dettagliate più avanti nel testo.
Nell’esempio seguente si descrivono i passi che l’utente dovrà seguire per l’applicazione del
modello:
1) Il primo passo consiste nella delimitazione del bacino idrografico (Fig. 48). Di esso si dovrà
calcolare l’area in km2. L’utente avrà cura di eliminare dal computo le parti di bacino sottese da invasi
artificiali o le cui acque defluiscono fuori dal bacino a causa di canalizzazioni e che quindi sottraggono
sedimenti alla sezione di chiusura del bacino idrografico considerato.
69
Capitolo 6
Figura 48. area del bacino
2) Il secondo passo consiste nell’individuazione della province e dei comuni il cui territorio, in
tutto o in parte, ricade nel bacino idrografico (figura 49).
Una volta individuate la/le province e il/i comuni, si selezionerà la prima provincia nell’apposito
menù a tendina. Automaticamente apparirà una finestra tabellare che consentirà all’utente di selezionare i
comuni della provincia che ricadono nel bacino idrografico. In fondo a questa finestra è data possibilità
all’utente, tramite un tasto di comando, di aggiungere altre province e di proseguire nell’aggiunta di altri
comuni reiterando a piacimento la procedura di selezione. Al termine della selezione/aggiunta di tutti i
comuni l’utente potrà procedere al calcolo automatico dei parametri, cliccando sull’apposito tasto di
comando che si trova in fondo alla finestra tabellare.
Figura 49. Identificazione dei comuni nei quali ricade il bacino idrografico dell’invaso
70
Capitolo 6
3) Il calcolo della densità di drenaggio (lunghezza totale del reticolo idrografico in km diviso l’area del bacino km2) dovrà essere effettuato, per la parte relativa al calcolo della lunghezza totale del reticolo idrografico, utilizzando le tavolette al 25.000 dell’IGM (Figura 50).
Si avverte l’utente che l’utilizzo di documenti cartografici redatti ad un dettaglio maggiore di
quello a scala 1:25.000 (ad es: carte tecniche a scala 1:10.000 o a scala maggiore) o ad un dettaglio inferiore (es: documenti in scala 1: 50.000 o a scala inferiore) produrranno risultati inattendibili.
Anche la derivazione del reticolo idrografico in automatico (ad es: in ambiente GIS) produrrà
risultati inattendibili.
Figura 50. estrazione del reticolo idrografico bacino idrografico del bacino
Il reticolo idrografico considerato dovrà essere quello relativo ai corsi d’acqua naturali (eliminando quindi dal calcolo le canalizzazioni artificiali dell’acqua). Le zone ove il corso d’acqua si anastomizza
(ad esempio nei fondo valle, figura 51) dovranno essere valutate come tratto fluviale singolo, come nel
seguente esempio.
Figura 51. esemplificazione della corretta interpretazione del reticolo idrografico
71
Capitolo 6
4) Calcolo della pendenza media e della pendenza massima bacinale.
La procedura di calcolo automatica fornisce il valore di pendenza percentuale (%) media e massima dell’insieme dei comuni selezionati da DEM 75x75 m (la pendenza media è ottenuta tramite l’applicazione della media ponderata sulle aree, mentre la pendenza massima è quella massima riscontrata fra
tutti i comuni).
Se il bacino idrografico coincide geograficamente con i territori comunali selezionati, si potrà utilizzare i valori di pendenza media e massima calcolati in automatico. Se invece il bacino è compreso
all’interno del territorio di un comune (ma non coincide con esso) oppure comprende pezzi di più comuni, l’utente dovrà ricavare da solo i valori di pendenza minima e massima. A tal fine, è obbligatorio applicare procedure di calcolo automatico (ad es. in ambiente GIS) che derivino le pendenze da un modello
digitale del terreno (DEM) con cella 75x75 m. Qualora si disponesse di un DEM a dettaglio maggiore si
dovrà effettuare un ricampionamento a 75 m prima di procedere al calcolo delle pendenze, in quanto l’utilizzo di modelli digitali del terreno a dettaglio diverso determinerà un risultato erroneo.
5) Calcolo della superficie erodibile.
Questa variabile consiste nell’area di tutta la superficie arativa, più 1/16 della superficie agraria e
forestale non arativa, esclusa la roccia affiorante e le aree impermeabilizzate dall’uomo (soil sealing).
Per la definizione di questa variabile l’utente si dovrà munire di un uso del suolo che, nella delineazione dei poligoni all’interno del bacino idrografico, distingua le superfici agricole fra quelle ove
viene impiegato l’aratro e altri strumenti di lavorazione del suolo da quelle aree ove ciò non avviene.
Nell’esempio sottostante (figura 52) si notino i colori:
-verde = boschi, pascoli;
-giallo = arativi, vigneti ecc;
-rosso = roccia affiorante;
-rosa = zone urbane.
Figura 52. definizione della variabile superficie erodibile
72
Capitolo 6
Qualora l’utente utilizzasse la legenda CorineLandCover, potrà moltiplicare i km2 di ciascun uso
del suolo per il fattore “Superficie erodibile” elencato in tabella 21.
Pertanto, l’area erodibile totale, in km2, si otterrà sommando i prodotti dei km2 di superficie di ciascun uso del suolo per il corrispondente fattore di superficie erodibile della tabella 22.
Si raccomanda, ove possibile, l’utilizzo di una legenda idonea a ben discriminare gli usi del suolo
che prevedono la lavorazione del suolo rispetto a quelli ove il suolo non viene lavorato.
tabella 22. legenda ClC e fattore moltiplicativo per il calcolo della superficie erodibile
Legenda Corine Land Cover
LIVELLO 1
LIVELLO 2
1.1 Tessuto urbano
1.2 Unità industriali
commerciali e di trasporto
1 Superfici
artificiali
LIVELLO 3
111 - Tessuto urbano continuo
0
112 - Tessuto urbano discontinuo
0
121 - Unità industriali o commerciali
0
122 - Reti di strade e binari e territori associati
0
123 - Aree portuali
0
124 - Aeroporti
0
131 - Luoghi di estrazioni di minerali
1.3 Miniere, discariche e luoghi
132 - Discariche
di costruzione
133 - Luoghi di costruzione
1.4 aree con vegetazione
artificiale
2.1 Seminativi
2.2 Colture permanenti
2 Aree agricole
2.3 Pascoli
2.4 Aree agricole eterogenee
3.1 Foreste
4 Terre umide
4.2 Terre umide costiere
5.1 Acque interne
5 Corpi d'acqua
5.2 Acque marine
0
0
0
142 - Strutture di sport e tempo libero
0
211 - Seminativi non irrigati
1
212 - Suolo permanentemente irrigato
1
213 - Risaie
0
221 - Vigneti
1 (*)
222 - Frutteti e frutti minori
1 (*)
223 - Oliveti
1 (*)
231 - Pascoli
0,0625
241 - Colture annuali associate a colture permanenti
0,53125
242 - Coltivazione complessa
0,53125
243 - Suoli principalmente occupati dall'agricoltura
1
244 - Aree di agro-selvicoltura
0,53125
311 - Foreste a latifoglie
0,0625
312 - Foreste a conifere
0,0625
313 - Foreste miste
0,0625
321 - Prateria naturale
0,0625
331 - Spiagge, dune e piani di sabbia
4.1 Terre umide interne
0
141 - Aree di verde urbano
322 - Lande e brugheria
3.2 Associazione di
3 Foreste e aree vegetazione erbacea e/o arbusti 323 - Vegetazione sclerofila
semi naturali
324 - Transizione suolo boscoso/arbusti
3.3 Spazi aperti con poca o
nessuna vegetazione
Fattore
Superficie
erodibile
0,0625
0,0625
0,0625
0
0
332 - Roccia nuda
333 - Aree scarsamente vegetate
0,0625
334 - Aree bruciate
0,0625
335 - Ghiacciai e nevi perenni
0
411 - Paludi interne
0
412 - Torbiere
0
421 - Paludi di sale
0
422 - Saline
0
423 - Piani intertidali
0
511 - Corsi d'acqua
0
512 - Corpi d'acqua
0
521 - Lagune costiere
0
522 - Estuari
0
523 - Mare
0
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