FASCICOLO V

1. FASE CONOSCITIVA

1.1. Introduzione

1.2. Descrizione del bene a rischio

1.3. Documentazione cartografica

1.3.1 Fonti documentali

1.3.2 Tipi di dati

1.4. Dati numerici

1.4.1 Dati idrologici e idraulici

1.4.2 Dati progettuali

1.5. Rilievi topografici

1.5.1 Generalità

1.5.2 Metodologie di rilievo

1.5.3 Altimetria digitale

1.6. Modello organizzativo per la costituzione della banca dati e loro gestione

Indice Fascicolo V

1.1 Introduzione

Scopo dell’attività è raccogliere dati cartografici, dati idraulico-idrologici, letteratura tecnica, documenti progettuali prodotti da precedenti attività nell’area di studio, al fine di ampliare il quadro delle conoscenze pregresse, integrando quelle disponibili con successivi affinamenti.

Tale fase di raccolta dati consente infatti di ottenere una conoscenza completa ed accurata dell’area di studio e di valutare l’evoluzione nel tempo del sistema idraulico studiato.

Dovrà pertanto essere preso in considerazione un articolato ventaglio di fonti documentali.

Per ogni dato acquisito dovrà essere specificata la fonte di provenienza, la datazione e l’attendibilità dell’informazione. L’attività di raccolta dati potrà essere coadiuvata da un adeguato supporto informatico (database) che consenta un rapido aggiornamento e una facile consultazione degli stessi.

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1.2 Descrizione del bene a rischio

La descrizione del bene esposto a rischio rappresenta un momento di analisi e valutazione delle sue principali caratteristiche relazionate con una possibile interazione con stati di inondazione.
Spesso tali beni hanno una distribuzione areale diffusa che richiede una schematizzazione in entità grafiche convenzionali (punto, linea, area).
La caratterizzazione geometrica delle singolarità rilevanti scaturisce da rilievi diretti, supportati da materiale fotografico documentale. Le caratteristiche costruttive riguardano i materiali, l’anno di costruzione, la tipologia, il comportamento statico all’acqua in quiete ed in moto.

Particolare rilievo ha anche la caratterizzazione dei beni artistici censiti che coinvolge esperti del settore.
Il quadro conoscitivo, non facilmente codificabile in un formato univoco, è integrato da informazioni su ristrutturazioni, ampliamenti, modifiche d’uso.
Le stesse informazioni attribuibili a beni singolari possono essere codificate per tipologie ricorrenti attribuite con continuità ad elementi grafici lineari ed areali.

Nel caso particolare di centri storici e d’arte o di beni di particolare pregio, dovrà essere condotta un’analisi di dettaglio, finalizzata alla caratterizzazione del bene nel suo complesso, all’esame critico dello stato di conservazione, anche eventualmente con approfondimenti di indagine nelle zone di particolare degrado o rischio. Tale attività comprenderà quindi una fase preliminare di raccolta delle fonti documentali condotta presso archivi, biblioteche, soprintendenze, ecc; tutti i dati reperiti, opportunamente catalogati ed archiviati, dovranno essere organizzati in un database alfanumerico per la facile consultazione ed elaborazione. Nella medesima banca-dati confluiranno inoltre le informazioni scaturite da attività di puntuale ricognizione sul campo, quali dati metrici, stato di conservazione, rilievi, riprese fotografiche e quanto altro necessario per una completa caratterizzazione del bene.

Consigliabile, tanto per la fase di rilievo che per quella di informatizzazione, è il ricorso a schede descrittive sintetiche che dovranno essere predisposte, per le diverse tipologie di beni, da personale esperto.
In generale, i processi lavorativi richiesti esigono il ricorso a figure professionali di diverso profilo, per garantire l’integrazione tra gli aspetti tecnico-scientifici e quelli storico-artistici.

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1.3 documentazione cartografica

La documentazione cartografica in senso estensivo rappresenta le entità a prevalente distribuzione areale (morfologia, uso del suolo, strutture di servizio, tipologie costruttive, …).

1.3.1 Fonti documentali

L’attività di raccolta ed organizzazione di dati storici prevede la ricerca di materiale presso Enti vari, sia locali (Amministrazioni comunali, provinciali e regionali), sia statali (Archivi di stato, Biblioteche, Enti di ricerca).

Le informazioni potranno essere reperite presso i vari uffici competenti: Servizi Idrografici Nazionali e Regionali, Autorità di Bacino, Ministero dei Lavori Pubblici, Provveditorati alle Opere Pubbliche e Uffici speciali dell'ex Genio Civile, Servizio Meteorologico dell’Aeronautica, Istituti CNR-IRPI, Consorzi di Bonifica, Uffici tecnici regionali, provinciali e comunali, altri Enti e Società pubblici e privati, quali ENEL, ANAS, ecc.).

Il reperimento delle informazioni bibliografiche, storiche, aerofotografiche e cartografiche riguardanti il tronco d’alveo oggetto di studio possono essere inoltre comprese negli allegati al PRG dei Comuni interessati.

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1.3.2 Tipi di dati

a)      Cartografia di base, su supporto cartaceo e/o digitale:

-         carte di inquadramento (IGM 1:100000, 1:25000);

-         carte di dettaglio (CTR 1:10000, 1:5000, planimetrie catastali, o scala inferiore, se disponibili);

b)      Cartografie tematiche:

-         carte di uso del suolo;

-         carte geologiche;

-         carte delle aree inondabili, carte del rischio idrogeologico dell’Autorità di Bacino competente;

-         altro…;

c)      Aerofotogrammetrie;

d)      Foto aeree;

e)      Modello digitale del terreno (DEM, TIN, piani quotati);

f)       Rilievi effettuati in tempi diversi (rilievi topografici);

g)      Bibliografia e letteratura tecnica;

h)   Altre informazioni su vincoli e norme attuative riguardanti il territorio (Piani delle Autorità di Bacino, norme Nazionali o Regionali, Piani di protezione civile, Piani Regolatori, ecc.).

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1.4 dati numerici

In generale dovrà essere effettuato un censimento su tutte le informazioni numeriche o assimilabili che descrivono le caratteristiche fisiche del sistema studiato in relazione ai fenomeni di inondazione: dati idrologici storici, resoconti di piene eccezionali, documentate eventualmente dai riferimenti altimetrici delle altezze idriche raggiunte; problematiche connesse, nell’area di studio, con il verificarsi di inondazioni; misure per il controllo delle piene e strutture idrauliche interferenti con esse, fotografie di passati eventi di piena, ecc.

1.4.1 Dati idrologici e idraulici

Il reperimento di questo tipo di dati è alla base dell’analisi idrologico-idraulica finalizzata alla stima delle portate di piena di assegnato tempo di ritorno.

Dovranno essere utilizzate le analisi di frequenza sulle inondazioni fluviali, se disponibili, ritenute attendibili, senza duplicare il lavoro svolto da altri Enti o Istituti, oppure già compresi in studi eseguiti in precedenza.

In particolare, possono essere reperite informazioni utili negli Annali Idrologici, che riportano sinteticamente i principali risultati dell’elaborazione di dati pluviometrici e idrometrici.

Peraltro, dovranno essere eseguite le dovute analisi idrologiche per ogni possibile inondazione ogni qual volta non siano disponibili tali elaborazioni, oppure quando le condizioni al contorno siano mutate in modo significativo, o quando non si ritengano adatti i metodi usati negli studi già svolti.

A tal fine devono essere reperiti, presso gli uffici centrali o periferici del Servizio Idrografico e Mareografico Nazionale, i Servizi Idrografici Regionali, gli Istituti CNR-IRPI o altri enti preposti, i seguenti dati:

a. Registrazioni idrometriche per corsi d’acqua strumentati;

b. Localizzazione dei pluviometri ricadenti nel bacino di studio e immediatamente prossimi ad esso;

c. Serie storiche di pioggia relative alle stazioni pluviometriche suddette per le durate tipiche di 1, 3, 6, 12, 24 ore.

1.4.2 Dati progettuali

Dovranno essere reperiti i dati progettuali delle opere idrauliche e delle opere infrastrutturali interferenti con i corsi d’acqua, e di interventi di sistemazione eseguiti in passato.

In particolare la raccolta dovrà riguardare, in dettaglio, informazioni in merito a tipologia costruttiva, materiali, data di realizzazione, manutenzione, collaudi, ristrutturazioni e stato di conservazione dell’opera ed ogni altra caratteristica che risulti di interesse ai fini della modellazione idraulica degli effetti prodotti dall’opera sulla corrente.

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1.5 Rilievi topografici

1.5.1 Generalità

Una corretta analisi finalizzata alla salvaguardia di elementi vulnerabili esposti al rischio e all’eventuale progettazione di sistemi di messa in sicurezza degli stessi, necessita di un’adeguata modellazione idraulica dei corsi d'acqua naturali, comprese le interazioni in prossimità della foce con le onde di marea.

La schematizzazione idraulica tipicamente impiegata per rappresentare i complessi fenomeni idraulici è quella relativa alla condizione di corrente gradualmente variata in moto permanente. La diffusione di strumenti informatici sempre più "user friendly" per la soluzione numerica di tale schema, rende inoltre questo approccio una prassi ormai affermata.

Le ipotesi più ricorrenti riguardano la distribuzione idrostatica della pressione lungo ciascuna sezione, la stazionarietà delle grandezze idrauliche e la costanza delle caratteristiche geometriche dell’alveo.

Tralasciando di descrivere accuratamente l’intero campo di moto, tali modelli di calcolo assumono inoltre l’ipotesi di monodimensionalità del flusso, che assegna a ciascuna progressiva un valore unico del carico totale e, quindi, del tirante.

In sostanza, il tirante idrico in un assegnata sezione idraulica dipenderà esclusivamente dalla portata e dalle caratteristiche geometriche dell’alveo stesso:

y = f (Q, x, parametri geometrici dell’alveo)

Fig. 1 – Schema idraulico del moto permanente monodimensionale

Ne consegue, quindi, l’importanza fondamentale di un accurato rilievo sui risultati della simulazione idraulica.

E’ pertanto consigliabile la realizzazione di una livellazione tecnica di alta precisione, con un errore medio chilometrico contenuto tra +/- 6.5 mm al fine di legare i capisaldi del rilievo locale ai punti della Rete Altimetrica Nazionale (RAN) dell’IGM, determinare l’altezza dei colmi di piena storici, effettuare la taratura ed il controllo altimetrico dei rilievi aerofotogrammetrici.

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1.5.2. Metodologie di rilievo

Le tecniche di rilievo ad oggi disponibili per la ricostruzione della morfologia di una data area possono essere distinte in:

-         Rilievo topografico in sito: tradizionale o GPS (Global Positioning System);

-         Aerofotogrammetria;

-         Acquisizione di mappe topografiche mediante scansione;

-         Immagini da piattaforma satellitare.

Il rilievo topografico in sito condotto mediante strumentazione tradizionale rappresenta la metodologia classica, solo di recente affiancata dal rilievo satellitare GPS.

Il problema del controllo delle zone fluviali si prospetta relativamente complesso, in quanto si tratta di zone nelle quali la visibilità è limitata da molteplici situazioni. La moderna metodologia GPS non può pertanto essere utilizzata in modo estensivo negli ambiti fluviali, in quanto l’acqua presente nella vegetazione assorbe parzialmente il segnale e non permette quindi l’applicazione sotto fronda della metodologia satellitare, per cui risulta conveniente utilizzare una metodologia di tipo misto come sotto specificato:

• localizzazione e materializzazione di un insieme di punti scelti in modo da risultare intervisibili e posti in una zona sufficientemente aperta, dalla quale sia possibile ottenere il posizionamento satellitare;

• esecuzione, a partire dai suddetti punti, di rami di poligonazione, che consentano di localizzare i punti caratteristici delle sezioni là dove occorrono, scegliendo a terra la via più conveniente;

• utilizzazione, nell’insieme di punti in oggetto, di punti già disponibili per altre finalità.

Una descrizione generale delle modalità di esecuzione dei rilievi in sito finalizzati alla modellazione idraulica verrà fornita in Allegato A. Per maggior dettaglio si rimanda a testi specializzati.

Per quanto riguarda l’aerofotogrammetria, essa si avvale di fotografie aeree del territorio e di strumentazioni fotogrammetriche digitali, che prevedono l’utilizzo delle immagini raster dei fotogrammi da osservarsi su personal computer dotati di appositi dispositivi, in modo da consentire l’osservazione stereoscopica (stereoscopi a specchi, occhiali polarizzati attivi e passivi, schermi polarizzati). Mediante questi dispositivi viene reso possibile l’utilizzo della fotogrammetria nel rilievo di porzioni anche non particolarmente estese di territorio, permettendo quindi omogeneità di precisione e trasposizione del modello stereoscopico direttamente presso il tecnico incaricato dello studio idraulico. Le fasi fondamentali del rilievo fotogrammetrico sono:

-         acquisizione delle immagini del territorio attraverso l’utilizzo di apposite macchine fotografiche montate su aerei;

-         individuazione di punti noti sul terreno (punti di appoggio) necessari a definire a posteriori il posizionamento delle macchine fotografiche;

-         orientamento dei fotogrammi;

-         restituzione, mediante appositi apparecchi detti “restitutori”.

A differenza delle tecniche topografiche tradizionali, i rilievi fotogrammetrici consentono di ottenere una descrizione accurata e pressoché continua anche di ampie zone.

Mediante l’impiego di scanner è possibile trasformare, in maniera semiautomatica, una normale carta topografica in una carta numerica, grazie anche all’ausilio di moderne applicazioni software di riconoscimento delle forme. Lo scanner numerizza automaticamente le carte topografiche per scansione di righe; l’operatore interviene solo inizialmente nell’impostazione di alcuni parametri quali la risoluzione spaziale della scansione, la scelta dei livelli di grigio o di colore e le dimensioni della carta. Lo scanner legge una dopo l’altra le righe di scansione in cui la carta è stata suddivisa e le memorizza, sottoforma di matrice di valori interi, nella memoria del computer a cui è collegato.

I dati acquisiti in questo modo vengono detti “raster”, dopo la loro memorizzazione vengono sottoposti a operazioni di vettorializzazione (identificazione di punti, linee ed aree) e ad ulteriori trattamenti automatici, come l’assottigliamento delle linee o lo smoothing (smussamento). Questo processo di elaborazione è molto oneroso dal punto di vista dell’esecuzione in quanto ogni elemento presente sulla carta topografica viene rilevato dallo scanner con tutte le interruzioni e le sovrapposizioni originali. Sono comunque commercialmente disponibili applicativi software che permettono il riconoscimento semiautomatico di questi elementi.

L’acquisizione di mappe topografiche mediante scansione non può comunque ritenersi un’alternativa di accuratezza comparabile a quella di rilievi topografici e/o aerofotogrammetrici, che restano strumenti indispensabili ed imprescindibili per una modellazione del territorio finalizzata all’analisi idraulica.

Essa resta tuttavia un valido strumento per l’acquisizione di una base cartografica informatizzata e georiferita, utile per le successive applicazioni.

In conclusione, solo dall’esame comparativo e dall’integrazione di queste molteplici fonti di dati è possibile giungere ad un modello del terreno il più possibile corretto e adeguato ai fini della modellazione idraulica.

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1.5.3. Altimetria digitale

La modellazione idraulica ha conosciuto in questi ultimi anni un forte impulso dovuto all’avvento di sistemi informatici quali i GIS e alla vasta disponibilità di dati in formato digitale.

Uno tra gli aspetti di maggior importanza riguarda la possibilità di disporre di modelli altimetrici del terreno di tipo “digitale” (DTM, Digital Terrain Model), cioè disponibili su supporto informatico e quindi analizzabili da sistemi computerizzati. In effetti la rapida diffusione dei modelli digitali del terreno è dovuta principalmente all’enorme sviluppo della potenza di calcolo dei sistemi informatici, al miglioramento delle capacità di visualizzazione degli stessi e all’incremento della disponibilità di dati sul territorio (quindi al progresso compiuto nella fase di rilevamento dei dati stessi).

Il modello digitale fornisce una descrizione pressoché continua del terreno, da cui è possibile, con l’ausilio di software specializzati, ma anche di procedure ormai commercialmente diffuse, estrapolare vari modelli rappresentativi: curve di livello, modelli a maglia regolare, modelli a maglia triangolare, profili, sezioni, piani quotati. In generale le principali strutture dati impiegate per gestire e manipolare i dati altimetrici sono riconducibili a tre grandi tipologie:

- a griglia (raster);

- a triangoli irregolari (TIN);

- a curve di livello.

L’importanza di tali modelli ai fini della modellazione idraulica risiede nella possibilità di integrare i risultati dei rilievi topografici in sito, mediante controllo ed estensione delle sezioni rilevate con dati DEM, e soprattutto nella possibilità di passare da una descrizione monodimensionale del campo di flusso ad una rappresentazione quanto meno bidimensionale della distribuzione del tirante idrico, che tenga conto delle effettive caratteristiche morfologiche dell’area.

Per maggiori dettagli sull’impiego degli strumenti GIS per la definizione delle aree di inondazione si rimanda al paragrafo 2.3.

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1.6 Modello organizzativo per la costituzione della banca dati e loro gestione

La raccolta dati dovrà essere seguita da una fase di catalogazione ed archiviazione, per quanto possibile condotta su supporto informatico (database), in maniera tale da renderne facile la gestione, la consultazione e l’aggiornamento e da consentire un rapido confronto con i risultati di nuovi rilievi svolti contestualmente allo studio presente.

La banca dati sarà formata mediante apposito modello organizzativo per la gestione dei dati la cui struttura organizzativa dovrà essere impostata in modo da essere facilmente gestibile.

Un esempio di organizzazione di banca dati, sviluppato con il software Microsoft Access, è mostrata nel paragrafo 4.1.2.

Nel caso specifico possono essere messe a punto e impiegate metodologie informatizzate di archiviazione e organizzazione dei dati implementate da personale specializzato.

L’attività dovrà essere condotta possibilmente secondo criteri, metodi e standards di raccolta, elaborazione e consultazione, nonché modalità di coordinamento e di collaborazione tra i diversi soggetti operanti nel settore, che garantiscano la possibilità di omogenea elaborazione ed analisi e la costituzione e gestione di un unico sistema informativo di interscambio dati.

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