Idrologia - Le piene dei corsi d'acqua - sintesi

Le piene dei corsi d’acqua

Premessa

Il desiderio primario del tecnico che debba provvedere alla progettazione di opere per la mitigazione del rischio idraulico è sempre stato quello di conoscere il valore, nella sezione d’interesse, della “massima” piena da cui difendersi. Purtroppo l’esperienza mostra che detta conoscenza è impossibile poiché non vi è valore, comunque determinato, che non abbia una probabilità di essere oltrepassato; unica certezza è che quanto più è alto detto valore, tanto più difficilmente verrà superato.

Di conseguenza, la strada da seguire è quella di fare un'analisi statistica di tutti i possibili valori che si potranno verificare nella sezione, assegnando a ciascuno di questi la probabilità che un generico evento abbia valore minore od eguale a quello assunto; occorrerà cioè determinare la distribuzione di probabilità cumulata Φ(Q) delle piene nella specifica sezione. Ovviamente il valore di Φ(Q), rappresentando la probabilità che un generico evento assuma valore q ≤ Q, varierà tra 0 ed 1,00, rappresentando quest’ultimo la certezza, e la funzione Φ(Q) sarà una funzione monotona crescente, con asintoto ad 1,00, per Q tendente all’infinito.

In questa maniera sarà possibile progettare l’opera non per la “massima piena” ma per una portata Q a cui corrisponde un'alta probabilità Φ(Q) e quindi un rischio R=1-Φ(Q), molto basso, che si verifichi l’evento con valore q > Q.

Finalità dell'idrologia

Pertanto tra le principali finalità dell’idrologia vi sono quelle di:

• Determinare la distribuzione di probabilità cumulata delle piene e delle piogge, lì dove sono presenti dati registrati per il passato;
• Stimare la stessa distribuzione di probabilità cumulata delle piene e delle piogge, lì dove mancano dati registrati per il passato.

Cominciamo con considerare la circostanza che, nella nostra sezione d’interesse, vi siano i dati delle piene verificatesi nel passato. In questo caso, l’analisi statistica dei valori di piena registrati ci permetterà di stimare la distribuzione di probabilità cumulata di queste e la considerazione che quest’ultima non cambierà nel successivo periodo, ci permetterà di determinare il valore che si potrà verificare, nel futuro, con una assegnata probabilità di superamento.

Perché si possa effettuare questa analisi statistica occorre che i dati registrati possano essere considerati come variabili tratte casualmente dalla popolazione di tutti i possibili valori (ipotesi di stazionarietà) e che quest’ultima sia invariante nel tempo (ipotesi d’indipendenza).

Poiché è evidente che le portate che si verificano in una determinata sezione di un corso d’acqua, giorno dopo giorno, sono strettamente dipendenti tra loro per moltissime ragioni: perché l’evento meteorico che le ha determinate è lo stesso, perché le piogge dei giorni prima hanno influenzato la permeabilità del bacino, poiché parte della portata che si registra in un qualsiasi giorno è determinata dal deflusso, ritardato, delle piogge che si sono verificate nei giorni precedenti, ecc., gli idrologi si sono orientati a studiare la popolazione dei massimi annuali delle piene, in modo da considerare una popolazione di dati praticamente indipendenti.

Per quanto riguarda la stazionarietà di questa popolazione, è evidente che questa si verifica se le condizioni climatiche risultano costanti, se la morfologia del bacino rimane la stessa e se il deflusso idrico non viene modificato da interventi antropici. Mentre i due ultimi aspetti sono facilmente verificabili, il primo sicuramente non è vero su periodi molto lunghi, ma tenuto conto che abitualmente i dati disponibili si riferiscono ad un periodo che non si sviluppa, all’indietro, per più di un secolo e che, normalmente le nostre previsioni non si sviluppano, in avanti, per un periodo maggiore, possiamo considerare che per un periodo tutto sommato breve, l’ipotesi di stazionarietà sia plausibile. Pertanto è su questa popolazione che noi applicheremo i metodi di analisi sviluppati dalla statistica.

I massimi annuali delle portate al colmo di piena

L’analisi dei massimi annuali delle piene in una sezione è possibile se i dati registrati nel passato sono disponibili. Nel caso dell’Italia la fonte maggiore d’informazione sui dati idrologici registrati sul territorio nazionale, nel passato, è stato il Servizio Idrografico Nazionale. Questo organismo fu istituito, alla fine del 1917, col compito specifico di osservare e studiare, su tutto il territorio nazionale, le acque naturali di qualunque specie: superficiali, come i fiumi, i torrenti, i laghi, o sotterranee, come le falde freatiche ed artesiane, e di indagare i fenomeni che più direttamente ne determinano le vicende, come le precipitazioni atmosferiche e la temperatura dell'aria, sulla spinta della possibilità che si andava presentando di sopperire al fabbisogno di energia con le risorse idrauliche mediante la produzione idroelettrica.

Di conseguenza, a partire dai primi mesi del 1918, le osservazioni e le indagini idrografiche vennero estese a tutto il territorio italiano che venne suddiviso in 14 grandi compartimenti delimitati con criteri puramente idrografici in modo che ognuno di essi fosse racchiuso da linee spartiacque e comprendesse solo bacini interi, indipendentemente da suddivisioni provinciali e regionali. I compartimenti vennero affidati ad altrettante Sezioni Autonome del Genio Civile, nell'ambito del Ministero dei Lavori Pubblici, e sostanzialmente questa suddivisione è stata operativa fino a pochi anni fa.

Dopo oltre ottant'anni di attività ininterrotta, a meno di alcuni anni nel corso della Seconda Guerra Mondiale, a seguito del DPCM 24/07/2002 "Trasferimento alle Regioni degli Uffici periferici del Dipartimento dei Servizi Tecnici Nazionali - Servizio Idrografico e Mareografico", i servizi vennero trasferiti alle regioni. Questo ha comportato che le competenze del Servizio Idrografico sono state affidate ad enti regionali (agenzie ARPA, oppure servizi tecnici regionali, oppure singoli Dipartimenti di Protezione Civile ecc.), e i precedenti Compartimenti, che erano molto spesso sovra regionali, sono stati smembrati sotto enti aventi estensione regionale.

Il Servizio Idrografico e Mareografico Italiano ha proceduto, fino alla sua dismissione, alla pubblicazione dei cosiddetti Annali idrologici, relativi ai vari compartimenti in cui era stato diviso il territorio. La pubblicazione degli Annali, dal passaggio delle competenze alle regioni, non è più stata effettuata e ogni struttura regionale si è incaricata di pubblicare i dati di sua competenza.

Per quanto riguarda i massimi annuali delle portate al colmo di piena, questi venivano riportati, relativamente ad ogni sezione di misura (stazione idrometrica), nella Pubblicazione n° 17 del Servizio. Nella fig. 1 è riportata, a titolo d’esempio, la pagina relativa al decennio 1951/1960 della stazione del Calore Irpino a Montella (ponte S. Francesco).