untitled ANALISI DINAMICA DI COLATE DETRITICHE NEL BACINO DI TERRIA (APPENNINO UMBRO, CENTRO ITALIA) Diana Salciarini & Pietro Conversini Dipartimento di Ingegneria Civile e Ambientale - Università degli Studi di Perugia e-mail: diana@unipg.it RIASSUNTO: Salciarini D.& Conversini P.: Analisi dinamica di colate detritiche nel bacino di Terria (Appennino Umbro, centro Italia). IT ISSN 0394-3356, 2008). In questo articolo viene presentato lo studio condotto a seguito di due eventi di colata detritica avvenuti nel Giugno e nell'Agosto del 2005 in un piccolo bacino idrografico situato in Umbria orientale, nel centro Italia. Le precipitazioni derivanti da brevi ed intensi tempo- rali di natura convettiva sono state la causa principale di questi dissesti idrogeologici, che si sono propagati per oltre 2 km lungo la rete di drenaggio. In questo articolo, dopo aver brevemente illustrato le analisi topografiche e idrologiche alla base dello studio, mostriamo l'applicazione del modello numerico FLO-2D per simulare la fase di propagazione e deposizione degli eventi di colata. Il modello è in grado di simulare il flusso di volume mobilitato e le aree di espansione della colata. Anche se concettuale, il modello può essere usato per ottenere informazioni per progettare misure di mitigazione del rischio come, ad esempio, opere trasversali in alveo per il controllo dell'erosione ed il rallentamento della velocità di propagazione. In particolare, il lavoro qui presentato mostra una pro- cedura di analisi articolata in due fasi: la prima contiene la fase di acquisizione ed elaborazione dati e le analisi condotte simulando le condizioni originali del bacino prima degli eventi; la seconda contiene le analisi condotte simulando le condizioni modificate dopo la realizzazione delle opere di mitigazione previste. ABSTRAC: Salciarini D.& Conversini P.: Dynamic analysis of debris flows in the Terria watershed, (Umbria Apennines, central Italy). IT ISSN 0394-3356, 2008). The paper presents the study of two debris flow events occurred in June and August 2005 in a small watershed located in the eastern Umbria region of central Italy. Brief, intense convective storm precipitations were the main cause for these processes that flowed for more than 2 km along the drainage network. In this paper, after introducing the topographical and hydrological analyses, we present the application of a commercial numerical model to simulate the propagation and the depositional phase of the events. The model is able to simulate the mobilized volume flow and the expansion areas. Although conceptual, the model has implications for the design and effectiveness of various mitigation measures, as check dams for the flow speed reduction and erosion control. In particular, this paper presents a procedure constituted of two phases: in the first one, we describe the data collection and elaboration, and the analy- ses simulating the original condition of the basin before the events occurrences. In the second phase we describe the results obtained from the simulations considering the modified conditions after the countermeasures installations. Parole Chiave: colate detritiche, pericolosità, conoidi alluvionali. Keywords: debris flow, hazard, alluvial fans. Il Quaternario Italian Journal of Quaternary Sciences 21(1B), 2008 - 183-192 1. INTRODUZIONE Le colate detritiche sono fenomeni caratterizzati da una notevole azione distruttrice lungo il loro percor- so e generalmente manifestano segnali premonitori scarsi o nulli (ad es.: TA K A H A S H I, 1981; AR M A N I N I, 1999; CR O Z I E R & GL A D E, 2005). In Umbria, tali eventi si regi- strano principalmente nell'area sud-orientale, dove la concomitanza di coperture detritiche ed elevate pen- denze dei versanti costituisce la condizione predispo- nente per il loro innesco, che si verifica in occasione di piogge particolarmente intense o prolungate (GUZZETTI & CARDINALI, 1991; CONVERSINI et al., 2005; SALCIARINI et al., 2006a). Nell'ultimo decennio, uno dei casi di maggior interesse si è verificato nell'estate 2005 (30 Giugno e 31 Agosto) lungo l'alveo del Fosso di Terria, nel Comune di Ferentillo (Provincia di Terni) (Figura 1). I volumi deposi- tati nella fase di arresto hanno provocato l'interruzione della viabilità locale di accesso al nucleo storico dell'a- bitato omonimo, danneggiando il ponte ed ostruendo il canale di deflusso sottostante. La previsione dei possibili volumi solidi che le colate detritiche possono depositare in un conoide è una problematica di grande importanza nella scelta delle misure da adottare per la gestione del rischio. A questo scopo possono essere di grande utilità dei modelli teorici che, applicati secondo un preciso sche- ma di lavoro, possono fornire risultati importanti per la modellazione della fase pre e post intervento. In quanto segue, si vuole presentare lo studio condotto a seguito degli eventi di colata detritica appena introdotti. 2. INQUADRAMENTO DELL'AREA DI STUDIO: COLATE DETRITICHE NEL BACINO DEL FOSSO DI TERRIA Il bacino idrografico in esame è situato nella cate- na Appenninica centrale (Figura 2), nella zona della Valnerina. L'intera zona è caratterizzata da una morfologia collinare con valli strette e versanti acclivi. Il bedrock affiorante è costituito da una sequenza di calcari con frazione marnosa più pronunciata nella parte alta della sequenza (formazioni della Serie Umbro-Marchigiana) (CA L A M I T A & DE I A N A, 1986; GU Z Z E T T I & CA R D I N A L I, 1991; 184 D. Salciarini & P. Conversini CONVERSINI et al., 2005; Salciarini et al., 2006a). Inoltre è presente una percen- tuale di territorio in cui affiora una copertura colluviale, con spessori diversi, essenzialmente in funzione del- l'acclività dello strato coesivo sotto- stante (SALCIARINI et al., 2006b). La con- figurazione climatica dell'Appennino centrale deriva dall'interazione tra le caratteristiche morfologiche della cate- na montuosa e le caratteristiche dei percorsi atmosferici locali. Il clima è tipico del la zona Appennino - Mediterranea, con estati secche e inverni miti, con due picchi stagionali di pioggia: uno in tardo autunno (novem- bre) ed uno in primavera (aprile ) (CO R R A D I N I & ME L O N E, 1988; SA L C I A R I N I et al., 2006b). I l primo evento importante di colata detritica lungo il Fosso di Terria di cui si ha memoria risale al 1965. La colata detritica attraversò il centro abi- tato ed arrivò fino al sottostante Fiume Nera (circa 2 km a valle), ostruendolo parzialmente. Recentemente sono avvenuti due eventi nel bacino di Terria, ripetuti a distanza di circa due mesi. Il primo si è verificato il 30 giugno 2005, a seguito di un temporale molto intenso e concentrato in un'area molto ristretta. La pioggia è iniziata nel tardo pomeriggio e, dopo due ore, si è innescata la prima onda di colata che ha inve- stito la strada comunale che porta al paese, ostruendo un ponte di attraversamento e interrompendo la circola- zione. Il secondo evento si è verificato la sera del 31 agosto, a seguito di un temporale altrettanto violento ma di durata leggermente inferiore (circa 1 ora e mezzo). In Figura 3 è riportata una planimetria del baci- no con l'individuazione delle aree significative per la descrizione del fenomeno. In entrambi i casi, i danni principali hanno riguar- dato la strada provinciale che porta al centro abitato, che è stata completamente invasa dai sedimenti, restando così impraticabile per alcuni giorni (Figura 4a e 4b). Inoltre, particolarmente evidente è apparso il canale di erosione scavato dalla colata, in alcuni punti profondo anche fino a 3 metri (Figura 5). 2.1 Interpretazione qualitativa dei fenomeni avvenuti lungo il Fosso di Terria nell'estate 2005 A seguito dei due eventi di colata detritica avve- nuti nell'estate 2005 lungo l'alveo del Fosso di Terria, sono stati realizzati rilievi in campagna ed analisi di laboratorio per fornire una caratterizzazione qualitativa dei fenomeni. Entrambi gli eventi di colata si sono innescati a seguito dell'apporto idrico proveniente da violenti tem- porali estivi. Le elevate pendenze dei versanti laterali al fosso di Terria (oltre 45° per circa il 60% dell'invaso) hanno conferito a questi pendii un comportamento quasi impermeabile, permettendo solo ad una modesta frazione di pioggia di infiltrarsi effettivamente. La frazio- ne preponderante è andata invece a costituire un ruscellamento superficiale che si è rapidamente riversa- to verso l'alveo del fosso di Terria, dove si è accumula- ta un'onda di piena in grado di prendere in carico volu- mi di materiale anche notevoli. Dai sopralluoghi effettuati e dall'analisi degli even- ti avvenuti, è apparso evidente che nel bacino del fosso di Terria le colate detritiche sono alimentate dagli apporti detritici che convergono nell'alveo del fosso stesso dai versanti laterali precedentemente all'innesco Fig. 1- Panorama dopo la colata di detrito verificatasi nel Giugno 2005. Landscape after the debris flow occurence, in June 2005. Fig. 2 - Localizzazione dell'area di studio. Localization of the study area. e qui si depositano (Figure 6a e 6b). Le pendenze del fosso (inferiori ai 13°) non sono sufficienti a generare condizioni critiche in condizioni ordinarie; durante la maggior parte dell'anno, infatti, il fosso di Terria non è interessato da deflusso idrico superficiale, se non in modo estremamente limitato; questo può invece verifi- carsi successivamente ad eventi pluviometrici partico- larmente rilevanti. In definitiva, la mobilizzazione di colate detritiche, cioè il meccanismo che ha determinato il passaggio da massa solida a materiale fluido che è scorso lungo la convergenza topografica rappresentata dal fosso di Terria, sembra essere stata dominata da un processo di flusso superficiale che ha incorporato progressivamen- te materiale solido e aumentato la concentrazione. La comparsa di ruscellamento superficiale, e soprattutto di ondate improvvise ha determinato delle rotture localiz- zate nei tratti più pendenti lungo il letto del canale, che durante il resto dell'anno risultano stabili poiché le pen- 185Analisi dinamica di colate detritiche ... Fig. 3 - Bacino di studio con individuazione delle aree sor- genti di detrito, canale di ero- sione e deposito della colata. Study watershed with locali- zation of debris source areas, erosion channel and f inal deposit. Fig. 4 a) deposito finale del fronte della colata, si può osservare che gli alberi sono stati ricoperti per tutta l'altezza del fusto; b) parte di deposito che ha oltrepassato la strada. a) final deposit of the front of the debris flow, notice that trees were partially covered by the sediments; b) portion of deposit that pas- sed the local road. Fig. 5 - Canale di erosione prodotto dalla colata detritica nel Fosso di Terria. Erosion channel produced by the debris flow. denze sono limitate. Le masse in movimento si sono poi arrestate in modo naturale in corrispondenza delle locali diminuzioni di pendenza, creando lobi di accumu- lo sia lungo il canale stesso, che, soprattutto, in corri- spondenza della strada di accesso al centro abitato. 3. CARATTERISTICHE E FUNZIONAMENTO DEL MODELLO FLO-2D La simulazione numerica di colate detritiche pre- senta notevoli difficoltà a causa delle complessità del fenomeno fisico e, conseguentemente, delle equazioni necessarie per descriverlo. Per questo motivo, i dati provenienti da rilievi e misure eseguiti in sito risultano estremamente importanti sia per quanto attiene gli aspetti teorici del problema (determinazione del com- portamento reologico), sia per quelli più strettamente "pratici" (predisposizione delle misure di contenimento o prevenzione, definizione di sistemi di allarme etc..). Nella maggior parte dei casi, i codici numerici che simulano il comportamento di una colata detritica con- siderano la miscela liquido-solido come se fosse un fluido omogeneo equivalente, il cui comportamento è descritto da un'assegnata formulazione reologica. In generale i parametri di input per tali modelli sono costi- tutiti da: • la topografia della zona in esame; • l'idrogramma della colata; • i parametri reologici della massa instabile. In particolare, l'analisi idrologica di dettaglio e la scelta di una reologia appropriata sono di fondamentale importanza. La calibrazione di questi parametri può essere condotta attraverso una procedura di back analysis sugli eventi conosciuti. Allo scopo di valutare le condizioni di rischio del- l'area in esame è stato applicato il modello numerico FLO-2D (O'BR I E N 2002). Il codice di calcolo FLO-2D è un modello bidimensionale, sviluppato da J. S. O'Brien e aggiornato nel 2006, distribuito da FLO-2D Software Inc. E' un modello che può essere usato sia per la simulazione di eventi di piena che per specifiche appli- cazioni nell'ambito della modellazione delle colate. FLO-2D fa parte dei modelli idraulici approvati dalla U.S. - FEMA (U.S. Federal Emergency Management Agency) per questo tipo di studi. Questo codice di cal- colo permette di simulare, in moto vario, la propagazio- ne e la deposizione dell'idrogramma liquido-solido di una colata. La progressione dell'idrogramma liquido-solido avviene su un sistema di elementi quadrati di una griglia a maglia fissa. Il metodo di calcolo è basato sull'inte- grazione numerica alle differenze finite delle equazioni di continuità e di conservazione della quantità di moto. Il comportamento del materiale viene descritto da un modello reologico quadratico, che combina le compo- nenti di resistenza dovute a taglio, viscosità, collisioni e turbolenza in funzione della concentrazione del sedi- mento; in esso al termine viscoplastico del modello di “fluido alla Bingham”, viene aggiunto un termine turbo- lento dispersivo. La viscosità � e la resistenza al taglio �y d e l l a miscela variano principalmente in funzione della con- centrazione volumetrica del sedimento Cv. Per calcolare la viscosità � e lo sforzo di taglio �y della miscela, FLO- 2D utilizza le seguenti relazioni empiriche: �y = �1 e �1Cv � = �2 e �2Cv dove �1, �2 e �1, �2 sono coefficienti empirici definiti in laboratorio (O'BRIEN E JULIEN, 1988). 186 Fig. 6 - a) Coltre detritica lungo il pendio laterale al Fosso di Terria, parzialmente vegetata, fotografata prima dell'evento del Giugno 2005; b) area di alimentazione laterale, fotografata dopo l'evento. a) colluvial cover along a steep slope in the Terria basin, par- tially vegetated; the picture was taken before the debris flow of June 2005; b)lateral source area of debris material, the picture was taken after the event. a) b) D. Salciarini & P. Conversini In definitiva, ci sono due passi importanti da affrontare per iniziare una simulazione con FLO-2D: ottenere i dati topografici e determinare una colata detritica di progetto associata a un evento meteorologi- co estremo. 4. MODELLAZIONE DELLE COLATE LUNGO IL FOSSO DI TERRIA 4.1 Schema di lavoro La procedura per lo studio degli eventi di colata avvenuti lungo il Fosso di Terria si articola in due fasi distinte, di seguito brevemente descritte. La prima fase ha previsto i seguenti passi: - Realizzazione di un modello tridimensionale del terre- no per l'individuazione del bacino idrografico di riferi- mento e delle sotto-aree di drenaggio per poter simu- lare il contributo che ciascun punto dell'area in esame fornisce al movimento dell'ammasso; - Stima della pioggia massima attesa sul bacino di Terria mediante elaborazione delle registrazioni stori- che derivanti da 5 pluviometri circostanti; - Stima dell'idrogramma di massima piena con il meto- do di Nash, mediante implementazione di un foglio di calcolo; - Stima dell'idrogramma di progetto della colata detriti- ca, mediante assegnazione di un valore di concentra- zione per la fase solida; - Scelta di una reologia per la colata di Terria, mediante procedure di back-analysis. - Modellazione delle condizioni pre-intervento, stima delle caratteristiche dinamiche e cinematiche della colata in assenza di strutture di difesa. La seconda fase ha previsto i seguenti passi: - Modellazione delle condizioni post-intervento, stima delle caratteristiche dinamiche e cinematiche della colata in presenza di strutture trasversali in alveo 4.2 Elaborazioni topografiche del territorio di studio La topografia del luogo in esame è un'informazio- ne importante poiché questa influisce sullo spessore della colata, sulla velocità e sul suo deposito finale. Allo scopo di ottenere un dato topografico di det- taglio, è stato realizzato un DTM (Modello Digitale del Terreno) del bacino del fosso di Terria, mediante elabo- razione della cartografia vettoriale regionale in scala 1:10,000 disponibile (sezioni n. 336100, 336110, 336140, 336150). Tale DTM fornirà le informazioni topo- grafiche di base per le successive simulazioni ed è costituito da una griglia a maglie quadrate la cui risolu- zione al suolo dipende dalla grandezza delle maglie stesse (pari a 10 metri). Al modello sono state quindi sovrapposte le sezioni corrispondenti delle ortofoto a colori, per una “lettura” del territorio di studio più imme- diata. Successivamente, è stato delimitato il bacino idrologico di riferimento, che comprende l'asta princi- pale e tutti i corsi minori di apporto laterale (Figura 7), per un'area complessiva di circa 4.36 Km2. 4.3 Analisi Idrologica: stima delle piogge massime attese E' ormai consolidato che le colate detritiche si verificano in occasione di eventi pluviometrici intensi preceduti o meno da altre precipitazioni (ad es. BIANCO, 1999). Per poter applicare convenientemente i modelli idrologici di trasformazione afflussi-deflussi cui occorre far ricorso per interpretare i debris flow che si manife- stano lungo la rete idrografica in esame, si è proceduto all'analisi del regime delle piogge intense, utilizzando i dati registrati in corrispondenza di cinque pluviometri circostanti il bacino di interesse: stazioni di Leonessa (974 m slm), Terni (130 m slm), Spoleto (317 m slm), Monte Terminillo (1800 m slm) e Posta (750 m slm) (Figura 8). 187 Fig. 8 - Pluviometri limitrofi all'area di studio utilizzati per la determinazione della massima pioggia attesa sul bacino. Localization of the five rain gauges used for determining the “precipitation-duration-frequency” curves for the Terria water- shed. Fig. 7 - Delimitazione del bacino del Fosso di Terria sovrappo- sto all'ortofoto a colori. Aerial photo overlaid to the digital elevation model. Analisi dinamica di colate detritiche ... L'analisi, facendo riferimento a serie storiche di dati, è stata finalizzata alla determinazione delle linee segnalatrici di possibilità pluviometrica (LSPP) valide per il bacino di Terria. Una linea segnalatrice di possibi- lità pluviometrica è una curva che relaziona le coppie precipitazione - durata per determinati tempi di ritorno analizzati. In assenza di un pluviometro di riferimento per l'area in esame, il metodo che si è scelto di usare è stato quello di individuare i 5 pluviometri circostanti più vicini e utilizzare le loro registrazioni, effettuando un'o- perazioni di media pesata rispetto alle distanze dei plu- viometri di riferimento dal centroide del bacino di Terria. I risultati statistici così ottenuti, che individuano le mas- sime piogge attese per tempi di ritrono pari a 50, 100 e 200 anni, sono mostrati in Figura 9. I tempi di ritorno degli eventi pluviometrici del 2005 che hanno innescato le colate sono inferiori ai 200 anni, tuttavia si è scelto di adottare questo valore dalle considerazioni svolte nell'ambito della Direttiva PAI, in cui il tempo medio di ritorno nelle analisi di rischio viene ipotizzato in base ai beni da proteggere. In questo stu- dio, quindi, l'attenzione è focalizzata sulla LSPP relativa ad un tempo di ritorno Tr=200 anni, che ben rappresen- ta le condizioni estreme di pioggia in corrispondenza di cui si possono verificare i fenomeni franosi tipo colata detritica (ad es: CAINE, 1980; BIANCO et al., 1999). In Tabella 1 si riportano gli spessori di pioggia massima derivanti dall'elaborazione. La relativa linea segnalatrice di possibilità pluviometrica, stimata per un tempo di ritorno (TR) pari a 200 anni, è esprimibile attraverso la seguente funzione: Rd = 59.84 . d0,35 dove Rd è lo spessore di pioggia atteso e d è la durata della pioggia. 4.4 Stima dell'idrogramma di progetto della massi- ma portata liquida attesa Per la determinazione degli idrogrammi di massi- ma piena, a partire dalle piogge cinquantennali e due- centennali si deve far riferimento ad opportune relazioni di trasformazione “afflussi - deflussi”. In questo studio, si è scelto di ricostruire l'idro- gramma di progetto della portata liquida attraverso il metodo di NASH, espresso dalla relazione: Ab Ru t j-1 h(t) = ––––––––– ( ––– ) e-t/K (J - 1)!K K dove Ab è l'area del bacino, Ru la pioggia netta e K e J sono dei parametri funzione delle caratteristiche fisiche del bacino, scelti, rispettivamente, pari 3 (numero dei serbatoi, valore tipico per bacini di dimensioni ridotte) e 0.408 (secondo la formula di NASH, 1960). In seguito, a partire dai valori di portata nel tempo, sono stati ricavati i rispettivi valori di picco da utilizzare nelle simulazioni. In tal modo si è in grado di simulare ciò che realmente accade quando un evento pluviometrico particolarmente intenso genera le condi- zioni critiche per l'innesco di un debris flow. Sono infatti gli scrosci violenti e di breve durata ad destabilizzare gli ammassi detritici (ad es: CA I N E, 1980; RE I D, 1994; BIANCO et al., 1999). 4.5 Stima dell'idrogramma di progetto della colata detritica Per l'assegnazione dell'idrogramma della colata e della sua concentrazione sono state seguite delle linee guida pratiche che suggeriscono come assumere dei valori ragionevoli per le variabili che controllano i pro- cessi fisici dei flussi (JU L I E N & O'BR I E N, 1997). Queste variabili includono, principalmente, la concentrazione dei sedimenti in acqua e le proprietà dei sedimenti e del fluido. La concentrazione dei sedimenti varia durante il percorso della colata, dal suo innesco al suo arresto. Essendo un parametro molto variabile, non può mai essere riportato con assoluta certezza; esistono tuttavia delle linee guida da seguire nell'assegnazione della concentrazione di sedimenti in un idrogramma di piena: • In corrispondenza del ramo ascendente dell'idro- gramma di piena, determinato con Nash (o qualsiasi altra legge di trasformazione afflussi-deflussi) , dovrebbe essere assegnata la concentrazioni di sedi- menti più alta, per simulare l'ondata frontale; • alla portata di picco dovrebbe essere assegnata una concentrazione di sedimenti leggermente inferiore all'ondata frontale per tenere conto della diluizione; • i rami ascendente e discendente dell'idrogramma non dovrebbero avere meno del 20% della concentrazio- ne volumetrica dei sedimenti; 188 Fig. 9- Linee segnalatrici di possibilità pluviometrica per diversi tempi di ritorno. Rainfall depth duration curves, for different recurrence inter- vals. Tab. 1 - Spessori massimi di pioggia attesi (in mm) stimati per Terria per diversi tempi di ritorno (Tr) e per le durate di 1, 3, 6, 12, 24 ore. Expected maximum heights of rainfall (mm) in the Terria basin, for different recurrence intervals and rainfall durations. 1 ora 3 ore 6 ore 12 ore 24 ore Tr 10 38.48 56.41 72.05 92.28 118.51 Tr 25 45.20 66.27 84.65 108.44 139.28 Tr 50 50.18 73.58 94.00 120.42 154.68 Tr 100 55.12 80.84 103.28 132.31 169.97 Tr 200 60.05 88.07 112.53 144.17 185.21 D. Salciarini & P. Conversini • per dare origine ad un debris flow la con- centrazione di sedimenti media dell'intero idrogramma dovrebbe rientrare tra il 25% e il 35% del volume con la concentrazione di picco dell'onda frontale compresa tra il 45% ed il 53% della concentrazione volu- metrica. Nel presente studio, all'idrogramma liquido è stata associata una concentrazione volumetrica variabile da 0.3 a 0.6 nei tratti ascendente e discendente dell'idrogramma. 4.6 Stima della reologia della colata di Terria Le proprietà del fluido equivalente con cui viene schematizzata la colata variano con la concentrazione dei sedimenti e con i valori assegnati di viscosità e resistenza attritiva. Per l'assegnazione di questi ultimi sono stati raccolti campioni di deposito, sia lungo l'asta fluviale, in corrispondenza delle aree dove localmente si sono creati lobi di accu- mulo (ad esempio per allargamenti della sezione dell'alveo o per locali riduzioni di pendenza), sia in corrispondenza dell'accumulo finale. Questi sono stati setacciati separando sabbia e ghiaia dalla frazione fine. In base alle linee guida precedente- mente citate, infatti, quanto maggiore è la percentuale di sedimenti fini, tanto maggiore è la componente viscosa di comportamento. Al contrario, se la matrice più grossolana è preponderante, prevale un comporta- mento attritivo della massa in movimento, che princi- palmente giunge all'arresto per le collisioni intergranula- ri delle particelle. L'analisi granulometrica costituisce dunque un punto di partenza per avere informazioni qualitative sulla tipologia di comportamento. In Figura 10 sono riportate alcune delle prove granulometriche condotte lungo la mediana longitudinale del canale per diverse sezioni trasversali. Si osserva come la compo- nente ghiaiosa e sabbiosa sia indubbiamente prepon- derante. Si precisa che tali analisi sono state effettuate su campioni di terreno prelevate a 50 - 80 cm dalla superficie, quindi nello strato superficiale che costitui- sce, teoricamente, lo strato mobilitato. A partire da queste analisi, ed in mancanza di inda- gini reologiche specifiche, i valori dei parametri �1 e �1 per il calcolo di � e �y da assegnare alla colata di proget- to sono stati stimati attraverso una procedura di calibra- zione basata sul confronto con gli spessori dei depositi e sull'estensione dell'area alluvionata rilevati a seguito degli eventi noti. Sono state cioè eseguite una serie di simulazioni variando i valori della viscosità e della resi- stenza a taglio all'interno di un range predefinito di lette- ratura (O'BR I E N, 2002). Per la calibrazione, i dati disponibili relativi all'e- vento del 2005 con cui confrontare i risultati includono attraverso rilievi diretti in situ: - l'estensione dell'area alluvionata e la distanza di pro- pagazione - il volume del materiale depositato, pari a circa 16000 m3 - gli spessori dei depositi osservati, fino a 2.0 m nella zona di deposizione del fronte La miglior corrispondenza è stata ottenuta per i parametri riportati di seguito in Tabella 2. 5. RISULTATI DELLA SIMULAZIONE Si riportano di seguito, in forma tabellare (Tabella 3), i valori dei parametri principali caratterizzanti il dis- sesto idrogeologico simulato. Per potenziali fenomeni di colate detritiche, associate ad eventi pluviometrici estremi con tempo di ritorno duecentennale, vengono mostrati i seguenti valori, risultati dalla modellazione predittiva svolta con FLO-2D: la massima altezza del flusso detritico, l'accumulo detritico depositato all'arre- 189 Fig. 10 - Analisi granulometriche lungo la mediana longitudinale per diverse sezioni. Grain-size analysis for different cross-sections along the center of the channel. Tab. 2 - Parametri assegnati alla colata di progetto a seguito della procedura di back-analysis. Values assigned to the rheological parameters after the back- analysis procedure. �y = � e �C � = � e �Cv �1 �1 �1 �2 0.000707 29.8 0.00632 19.9 Analisi dinamica di colate detritiche ... Tab. 3 - Risultati della simulazione per la colata di progetto. Results from the dynamical simulations of the debris flow. Tr = 200 anni Massima altezza del flusso detritico (m) 2.3 Accumulo detritico depositato (m3) 19008.0 Volume totale mobilitato (m3) 43800.0 Area inondata dal debris flow (m2) 32848.0 Spinta dinamica (N/m) 18330.0 Spinta statica (N/m2) 23770.0 sto della colata, il volume totale mobilitato, l'area inon- data dal debris flow, la massima forza di impatto dina- mica (impulsiva) posseduta dalla massa in movimento, e il massimo valore della pressione statica lungo il per- corso della colata. Dai risultati delle simulazioni si può constatare che, per tempi di ritorno due- centennali, possono verificarsi potenziali debris flow in grado depositare e di ri lasciare in conoide e sull'infrastruttura stra- dale ai piedi del centro abitato un volume stimato di ol tre 19000 m3 (molto prossimo al valore rilevato in sito immediata- mente dopo l'evento) e mobilita- re un volume complessivo di oltre il doppio (circa 44000 m3). Il primo rappresenta il volume del lobo finale della colata in fase di arresto, quindi le volu- metrie che hanno costituito il cumulo di deposito in corrispon- denza della riduzione di pen- denza. Il secondo rappresenta il volume complessivamente preso in carico e trasportato dalla colata che si è ridepositato durante il percorso, ad esempio creando argini laterali, senza raggiungere la zona di riduzione di pendenza. Il rapporto esisten- te tra queste due quantità è ampiamente documentato in letteratura (ad es: RI C K E N M A N N & ZI M M E R M A N N, 1993; RICKENMANN, 1997) In Figura 11 è mostrata la visualizzazione grafica dei risultati ottenuti mediante l'utilizzo del post proces- sore Mapper, applicativo dello stesso software FLO-2D, per quanto riguarda l'estensione e lo spessore dei depositi. L'area di inondazione dei depositi è ben corre- labile con quella effettivamente verificatasi in entrambi gli eventi di colata, così come gli spessori massimi rag- giunti dal deposito. 6. MODELLAZIONE DELLE CONDIZIONI POST- INTERVENTO Dai recenti sopralluoghi si è osservato come il bacino di Terria possieda ancora una notevole disponi- bilità di materiale potenzialmente mobilizzabile da even- ti pluviometrici estremi, posto in zone ad elevata pen- denza. Nel tratto del fosso di Terria localizzato imme- diatamente a monte dell'infrastruttura viaria, sono stati realizzati degli interventi di somma urgenza dopo l'e- vento dell'estate del 2005, costituiti da una serie di tre briglie selettive in maglie di acciaio che assolvono il compito di protezione passiva per la strada qualora si dovessero innescare ulteriori dissesti lungo l'alveo (Figura 12). Per la difesa attiva da tali fenomeni sono in progetto un sistema di briglie che giustifica il secondo set di simulazioni, di cui si parlerà a breve, attraverso cui verranno modellate le condizioni post-intervento modificate dalla presenza di opere di sbarramento in alveo. 190 Fig. 11 - Risultati della simulazione utilizzando la colata detritica di progetto. Results of the simulation using the “project” debris flow. Fig. 12 - Briglie selettive in acciaio installate poche settimane dopo gli eventi di colata detritica per proteggere la strada dai sedimenti. Selective steel check-dams installed few weeks after the debris flow events to protect the road from the sediment. 6.1 Descrizione degli interventi previsti L'intervento in progetto prevede un sistema di bri- glie che verranno inserite a monte di interventi già esi- stenti. L'area, cronologicamente, ha visto infatti la rea- lizzazione delle seguenti opere: D. Salciarini & P. Conversini - a seguito di colate detritiche avvenute nel 1965 lungo lo stesso alveo vennero posizionate 4 briglie in gab- bioni, poi completamente ricoperte nel corso degli anni da un notevole strato detritico al punto che non era più certa la loro localizzazione; - a seguito della colata detritica del 2005, durante gli interventi di somma urgenza, sono state realizzate 3 briglie selettive in rete d'acciaio, posizionate a valle di quelle precedentemente citate, con lo scopo primario di proteggere la strada sottostante. Il progetto prevede la realizzazione di otto briglie a monte delle quattro in gabbioni già esistenti, di cui le prime due, nel tratto più in alto dell'alveo, di altezza minore rispetto alle altre, che assolvono una funzione di consolidamento dell'alveo più che di trattenuta (que- st'ultima svolta appunto dalle briglie più a valle). 6.2 Risultati della modellazione della colata detritica in presenza di opere in alveo Tramite FLO-2D le briglie possono essere inserite all'interno del modello che schematizza il problema in esame. E' interessante osservare come la presenza di queste opere modifichi le aree di espansione a valle del deposito detritico previste e i suoi spessori. Partendo dalla planimetria dell'area di intervento, ciascuna briglia prevista dal progetto viene importata all'interno del GIS e inserita nel DTM del bacino di riferi- mento mediante creazione di uno shapefile. Ciascuna briglia va dunque ad interessare una elemento della gri- glia, all'interno del quale viene così modellata la struttu- ra idraulica. La struttura idraulica da modellare compor- ta l'interruzione di una o più delle possibili otto direzioni che la colata può intraprendere all'interno di un elemen- to della griglia. Si riportano, pertanto, di seguito i risul- tati ottenuti dalle simulazioni riguardanti le situazioni pre e post intervento effettuate con i medesimi parametri geometrici e reologici utilizzati in tutte le prove prece- dentemente discusse (Tabella 4). Come si può notare i valori risultano estremamen- te minori nel caso riguardante la situazione post intervento. Ciò è anche qualitativamente osserva- bile nelle visualizzazioni grafiche delle aree interessate dall'e- spansione dell'ammasso, pre- sentate di seguito (Figura 13). 7. DISCUSSIONE CONCLUSI- VA Le colate detritiche sono fenomeni che possono avvenire manifestando scarsi preavvisi ed esercitando una notevole azione distruttiva su tutto ciò che cerca di ostacolarne il moto. La valutazione della peri- colosità da colata è un compito molto complesso poiché vi con- corrono numerosi fattori: da quelli meteorologici a quel li morfologici e meccanici. Per ridurre tale pericolosità possono 191 Tab. 4 - Suddivisione del bacino in nove sottobacini: situazio- ne post intervento. Subdivision of the basin into nine drainage areas: situation after the remedial works. Tr = 200 anni Massima altezza del flusso detritico (m) 1.0 Accumulo detritico depositato (m3) 4310.0 Volume totale mobilitato (m3) 11510.0 Area inondata dal debris flow (m2) 12592.0 Spinta dinamica (N/m) 600.0 Spinta statica (N/m2) 9397.0 essere usati opere sia strutturali che non strutturali. Questi metodi, così come i piani di protezione, richiedo- no la zonizzazione delle aree deposizionali, che comu- nemente è condotta attraverso simulazioni con modelli matematici, anche se è ancora attualmente mancante una procedura di riferimento. In termini generali, la valu- tazione e la gestione della pericolosità richiedono la conoscenza di due argomenti principali: inizialmente deve essere stimata la possibilità che un evento avven- ga in una determinata zona e in un determinato momento; in seguito, una volta che l'evento è stato innescato, l'obiettivo è conoscere il comportamento della massa in movimento, sia in termini di localizzazio- ne dei percorsi che di posizioni raggiungibili dai sedi- menti. L'attendibilità dei risultati ottenuti è fortemente legata all'accuratezza con cui vengono rilevati i dati che costituiscono l’input per i codici di calcolo (dati pluvio- metrici ed idrometrici, topografia, osservazione di even- ti simili a quelli da simulare, ecc.). Pertanto, soprattutto se sono carenti i dati con cui poter fare un'analisi di sensitività e calibrazione dei modelli, i risultati devono essere interpretati in base all'esperienza diretta. Fig. 13 - Risultati della simulazione utilizzando la colata detritica di progetto, nella condizione successiva alla realizzazione delle opere di mitigazione del rischio. Results of the simulation using the “project” debris flow in the modified conditions by the plan- ned countermeasures for the risk reductions. Analisi dinamica di colate detritiche ... RINGRAZIAMENTI Questo articolo contiene parte dei risultati deri- vanti dallo studio finanziato dalla Convenzione di Ricerca tra il Dipartimento di Ingegneria Civile e Ambientale dell'Università di Perugia ed il Comune di Ferentillo. Gli autori desiderano ringraziare il Servizio Difesa del Suolo ed il Servizio Geologico della Regione Umbria per il supporto tecnico durante le fasi del lavo- ro. Infine, gli autori ringraziano in modo particolare R. Morbidelli e C. Saltalippi per il supporto scientifico nella parte idrologica dello studio. BIBLIOGRAFIA ARMANINI A. (1999) - Previsione e prevenzione del rischio da colata di detriti - In: Il rischio idrogeologico e la difesa del suolo, Accademia Nazionale dei Lincei, Atti dei Convegni Lincei, n. 154, 13-44. BIANCO G., RUBERTO G., BROCHOT S. & LAIGLE D. (1999) - Progetto Interreg II Italia-Francia 1994-1999; Azione 5: Condivisione di metodi e conoscenze sui processi di lave torrentizie per la difesa dei centri abitati. CA I N E N. (1980) - The rainfall intensity-duration control of shallow landslides and debris flows - Geogr. Ann., Ser. A, v. 62, p. 23-27. CA L A M I T A F. & DE I A N A G. (1986) - G e o d i n a m i c a dell'Appennino umbro-marchigiano - Memorie della Società Geologica Italiana, 35, 311-316. CONVERSINI P., SALCIARINI D., FELICIONI G. & BOSCHERINI A. 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