Analisi dei processi di innesco delle colate detritiche finalizzate allo studio delle dinamiche di propagazione

The work of this thesis aims at implementing a hydro-morphodynamic modelling framework for debris flow analysis capable of simulating both the precipitation triggering event, through the hydrological modelling, and the subsequent downstream propagation of debris flow, through the hydrodynamic modelling. The aspects addressed in the thesis concern: (i) the calibration and validation of an hydrological model in mountain basins, often characterized by scarcity of measurements or unreliable data; (ii) the estimation of solid hydrograph from the liquid one; (iii) the choice of a rheological model to characterize the solid-liquid mixture; and (iv) the implementation of a propagation model, which takes into account the steep slopes typical of river beds, and a runout criterion. The framework consists of the semi-distributed hydrologic model GEOframe-NewAge, here adopted for the first time at a 5-minute time-step, which is adequate to capture the intense precipitation events that trigger the debris flowing; the in-house hydrodynamic model DAM_DEBRIS, which integrates the classical shallow water equations, here modified to account for the steep slopes of mountains basins. In addition, an appropriate runout criterion was implemented, and multiple rheological laws were compared for the mixture characterization. The study area is the mountainous side of the Fella River basin (across the Julian Alps), located in the northeastern part of the Friuli Venezia Giulia region. This area is highly susceptible to debris flow phenomena due to both geomorphologic and rainfall characteristics, characterized by abundant and intense precipitations. The results of the hydrological modelling demonstrated the reliability of the simulated hydrographs in ungauged areas. With regard to the hydrodynamic part, first numerical tests carried out on laboratory tests showed encouraging results with a view to its application to the real case. The availability of such a modelling tool, may allow the study of possible future scenarios induced, for example, by the intensification of extreme weather events, providing an additional tool for an efficient territorial planning.

Il lavoro riguarda l’implementazione di una catena modellistica per l’analisi delle colate detritiche in grado di simulare sia l’evento critico di innesco di precipitazione, attraverso modelli idrologici di piena, che la successiva propagazione a valle del materiale già distaccato posto in alveo, attraverso la modellazione idrodinamica. Gli aspetti di tale modellazione affrontati nella tesi riguardano: (i) la calibrazione e validazione di un modello idrologico in bacini montani, spesso caratterizzati da mancanza di misure o dati poco attendibili; (ii) la stima della portata solida a partire dalla portata liquida; (iii) la scelta di un modello reologico per la corretta caratterizzazione della miscela solido-liquida; (iv) l’implementazione di un modello di propagazione che tenga conto delle pendenze ripide tipiche degli alvei torrentizi e di un criterio di arresto. La framework modellistica è costituita dal modello idrologico semi-distribuito GEOframe-NewAge, qui adottato per la prima volta ad una scala temporale di 5 minuti, adeguata a catturare gli eventi meteorici intensi che causano l’innesco; dal modello idrodinamico in-house DAM_DEBRIS, che integra le classiche equazioni alle basse, qui appositamente modificate per tener conto delle alte pendenze di cui sono caratterizzati i bacini montani. Inoltre, è stato implementato un opportuno criterio di arresto e sono state confrontate più leggi reologiche per la caratterizzazione della miscela. L’area di studio analizzata è la parte montana del bacino del fiume Fella (Alpi Giulie), situato nella parte nord-est della regione Friuli Venezia Giulia. Quest’area, infatti, è altamente suscettibile a fenomeni di colate detritiche in virtù sia delle caratteristiche geomorfologiche che di quelle pluviometriche, con precipitazioni particolarmente abbondanti ed intense. I risultati della modellazione idrologica hanno dimostrato l’attendibilità degli idrogrammi simulati anche in sezioni non strumentate. Relativamente alla parte idrodinamica, primi test effettuati su prove di laboratorio hanno mostrato risultati incoraggianti nell’ottica di una sua applicazione al caso reale. La disponibilità di un simile strumento modellistico, potrà permettere lo studio di possibili scenari futuri indotti, per esempio, dall’intensificarsi di eventi meteorici particolarmente estremi, fornendo un ulteriore strumento per una efficiente pianificazione territoriale.