MONITORAGGIO INNOVATIVO DEI CORSI D’ACQUA PER LA PREVENZIONE DI INONDAZIONI
abCASO DI STUDIO: Fiume Misa (Senigallia, AN, Italia)
L’inondazione è un fenomeno naturale, diffuso e comune in tutto il mondo, che può avere una vasta portata sulle persone e sull’ambiente. Si tratta di un rapido ed eccessivo accumulo di acqua in una regione normalmente asciutta causato da precipitazioni atmosferiche importanti e insistenti. Il fenomeno è accentuato da alcune caratteristiche locali come le condizioni e la composizione della superficie dei terreni, la loro pendenza e la topografia del luogo. Il ProgettoRIO, ideato da Flavio Falcinelli (in foto) e finanziato dalle aziende RadioAstroLab e Fasar Elettronica, sorveglia i corsi d’acqua (fossi, canali, torrenti e fiumi) segnalando potenziali rischi ambientali dovuti ad esondazioni che provocano alluvioni. Un caso di studio interessante riguarda la sperimentazione annuale avviata sul fiume Misa, tipico corso d’acqua a carattere torrentizio che sfocia nel mare Adriatico attraversando la città di Senigallia (AN), nell’Italia centrale. Il fiume, caratterizzato da un regime molto variabile con frequenti eventi di piena, ha causato alluvioni, alcune delle quali particolarmente disastrose come quella avvenuta nel mese di maggio 2014.
Misurando con cadenza giornaliera alcuni parametri dell’area fluviale e le perturbazioni troposferiche locali, si elaborano i dati per generare grafici che rappresentano come varia nel tempo la percentuale di allagamento del bacino, la dinamica delle acque, la frequenza e l’intensità delle precipitazioni. Queste informazioni visualizzano in tempo reale le condizioni del fiume, segnalando potenziali situazioni di pericolo per la popolazione e per l’ambiente. Lo scopo è dimostrare alle istituzioni l’efficacia di un sistema di sorveglianza fluviale che utilizza strumentazione innovativa e a basso costo, ideata e costruita da aziende locali, per fornire un servizio di pubblica utilità e di protezione civile.
TENIAMO D’OCCHIO IL FIUME MISA
Il monitoraggio, iniziato nel mese di ottobre 2020, prevede misure a campione eseguite dal ponte sulla strada provinciale delle Bettolelle, una località distante circa 7 km in linea d’aria dal centro della città di Senigallia. Il sito scelto per i rilievi è ottimale per un immediato e sicuro posizionamento della strumentazione, offrendo ampia visibilità del bacino fluviale in una località abbastanza distante dalla città di Senigallia in modo da segnalare, con sufficiente anticipo, possibili eventi di piena con rischio esondazione.
La strumentazione utilizzata è portatile, alimentata a batteria, ogni volta posizionata per la misura e successivamente rimossa. Come obiettivo finale della sperimentazione è prevista l’installazione di una stazione fissa automatica che registra continuamente l’evoluzione dei parametri fluviali per fornire una rappresentazione ad elevata risoluzione temporale, molto precisa, dello scenario osservato.
L’intensità delle precipitazioni che interessano la zona, essendo queste la principale causa di innalzamento di livello delle acque, è stimata analizzando i dati raccolti da una singola stazione di misura posizionata nella periferia sud di Senigallia (in zona urbana). Non si tratta di una stazione pluviometrica convenzionale, ma di un radiometro a microonde che, basato sulla tecnologia utilizzata per il monitoraggio fluviale, osserva il cielo per registrare le perturbazioni troposferiche e stimare l’intensità delle precipitazioni (dettagli si trovano qui: La troposfera a microonde).
Elaborati i dati acquisiti, si ottiene una rappresentazione grafica che visualizza la quantità di acqua presente nel bacino (percentuale di allagamento), le sue variazioni, la sua dinamica, la frequenza e l’intensità delle precipitazioni meteorologiche. Grazie a queste informazioni, aggiornate ogni 24 ore, è possibile individuare e fronteggiare con tempestività potenziali situazioni di rischio.
Mappa in falsi colori che descrive come varia nel tempo la percentuale di inondazione del bacino fluviale nella sezione di misura. La quantità di acqua/umidità presente nel terreno varia con il colore: si passa dal colore blu indicativo di una regione asciutta, al colore rosso che segnala la presenza di acqua libera in superficie. L’asse orizzontale indica la larghezza della sezione di misura (ponte sulla strada provinciale Brugnetto-Bettolelle), l’asse verticale i giorni trascorsi dall’inizio dell’anno. La mappa è aggiornata circa ogni settimana.
Il fiume Misa oggi.
COME LEGGERE I GRAFICI
I grafici riassumono i risultati del monitoraggio e visualizzano le variazioni giornaliere della quantità di acqua e del contenuto di umidità nelle tre regioni del bacino fluviale sorvegliate dallo strumento: la prima traccia (di colore blu) è associata al corso del fiume, la seconda (di colore rosso) rappresenta la regione vicina all’interfaccia fra il terreno e il corso d’acqua (riva del fiume), la terza (di colore verde) una superficie del bacino normalmente asciutta e sufficientemente distante dal fiume. Il significato fisico di questi dati è collegato al concetto di riflettività superficiale degli ambienti osservati: gli strumenti (radiometri a microonde) vedono, infatti, una superficie bagnata esposta all’atmosfera come se fosse uno specchio, tanto più riflettente quanto maggiori sono l’area umida e la quantità di acqua presente. D’altra parte, un terreno asciutto appare come una superficie stazionaria con scarsa riflettività. Andamenti crescenti delle curve indicano incrementi nella quantità di umidità e di acqua nel terreno: quando le tracce rossa e verde tendono a convergere verso la traccia blu significa che è in atto un graduale allagamento del bacino fluviale. Se questa tendenza continua fino a raggiungere il limite superiore del grafico, corrispondente ad un totale allagamento della regione (100%), significa che il rischio di esondazione è elevato.
Si registra, al contrario, un evento di siccità del bacino fluviale quando le curve tendono a coincidere verso il limite inferiore del grafico (allagamento 0%).
Queste misurazioni sono, ovviamente, ben correlate con l’andamento del livello idrometrico letto sull’asta fluviale installata sul pilone del ponte (curva di colore nero). Le variazioni a lungo periodo dei grafici sono collegate con le variazioni stagionali di umidità dello scenario sorvegliato dagli strumenti.
La curva di colore viola mostra le variazioni dinamiche del flusso d’acqua in termini di velocità e di turbolenza, ben correlate, insieme alle precedenti misure, con la principale causa scatenante dei fenomeni alluvionali: le precipitazioni atmosferiche, rappresentate in frequenza ed intensità dagli istogrammi nell’ultimo grafico.
Il colore della casella che visualizza la data dell’ultima misurazione, riportata in basso a destra sull’area grafica, segnala le condizioni attuali del bacino fluviale:
GIALLO: evento di siccità
VERDE: condizione normale del fiume
ARANCIONE: condizione di piena, con elevato flusso delle acque
ROSSO: rischio esondazione .
LA STRUMENTAZIONE UTILIZZATA
Utilizziamo strumentazione originale, dedicata allo scopo, sviluppata e prodotta da RadioAstroLab (con il supporto di FASAR Elettronica), per sorvegliare l’ambiente in qualsiasi condizione meteo, di giorno e di notte. Speciali radiometri a microonde (brevettati) ricevono la radiazione elettromagnetica naturale dei corpi (come il terreno, le acque e l’atmosfera) emessa per effetto della temperatura e delle interazioni energetiche fra gli atomi e le molecole che li costituiscono e analizzano in tempo reale i dati per ottenere informazioni importanti sullo scenario osservato.
Si può intuire il funzionamento del sistema ricordando che un terreno è tanto più riflettente, se osservato nella banda delle microonde dello spettro elettromagnetico, quanto maggiore è la quantità e l’estensione di acqua libera presente in un sottile strato di superficie. La riflettività del suolo, molto bassa quando è asciutto e nudo, tende ad aumentare in presenza di vegetazione, di umidità e, soprattutto, di acqua libera. Un radiometro a microonde stima questo parametro indirettamente, misurando la temperatura di brillanza dello scenario, grandezza principalmente dipendente dalla presenza di acqua, secondariamente da altre variabili come la temperatura, la composizione del terreno, la sua rugosità superficiale, la presenza di vegetazione e la radiazione dell’atmosfera riflessa dalla superficie verso lo strumento. Opportune procedure di calibrazione minimizzano gli effetti dei parametri secondari sulla misura.
Inoltre, quando si osserva una superficie in movimento come un flusso di acqua, con onde e increspature, varia continuamente la riflettività dello scenario: la radiazione a microonde proveniente dall’atmosfera e dall’ambiente, riflessa dalla superficie verso lo strumento, si diffonde in tutte le direzioni con intensità variabile (scattering) causando importanti fluttuazioni nella misura che dipendono dalla velocità e dalla turbolenza delle acque. Queste proprietà sono utilizzate per monitorare la dinamica di una superficie d’acqua che scorre in un bacino fluviale.
I nostri strumenti stimano il contenuto superficiale di acqua e di umidità presente in un’area fluviale registrando le loro variazioni nel tempo, valutando la dinamica delle acque e osservando l’atmosfera per seguire l’evolversi delle condizioni meteorologiche che possono influenzare il regime del fiume. La rappresentazione grafica regolarmente aggiornata di questi parametri evidenzia molto bene l’evoluzione stagionale dell’ambiente fluviale con i suoi eventi di siccità e di piena, fornendo un potente strumento per fronteggiare potenziali rischi di esondazione.
SVILUPPI FUTURI
Questo lavoro è una prima applicazione del ProgettoRIO, innovativo sistema di sorveglianza di un bacino fluviale che, sfruttando tecniche di remote sensing a microonde, misura e visualizza l’evoluzione giornaliera della percentuale di allagamento dell’ambiente, traccia la dinamica del flusso d’acqua per formulare previsioni e lanciare allarmi al verificarsi degli eventi di piena con rischio esondazione.
L’evoluzione del progetto prevede l’installazione di una rete fissa di sensori strategicamente posizionati nel territorio e lo sviluppo di un sistema informatico adatto a gestire le informazioni provenienti dai vari dispositivi, ottenendo lo strumento giusto per tenere d’occhio il fiume.
Notevoli e numerose sono le possibilità di sviluppo e di espansione del ProgettoRIO, sia nel numero e nella tipologia di sensori, sia per la possibilità di acquisire, da enti specializzati attraverso il web, dati di interesse meteorologico nazionale, regionale e locale sulle condizioni atmosferiche e del mare vicino alla foce del fiume (moto ondoso, correnti, venti). Integrando queste informazioni con i dati acquisiti dai sensori è possibile elaborare affidabili algoritmi di previsione, validi con sufficiente anticipo da consentire un’efficace e tempestiva organizzazione di protezione civile in caso di emergenza.
Let’s Work Together
COLLABORIAMO INSIEME
Sei interessato ad approfondire questo progetto?
Contattaci!