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PROGETTO STRADA

Strategie di Adattamento al Cambiamento Climatico per la gestione dei Rischi Naturali nel territorio

transfrontaliero

REPORT FINALE

AZIONE 2: OTTIMIZZARE L’USO DELLA RISORSA IDRICA: I LAGHI CERESIO E

VERBANO

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Autori:

Sottoazione 2.1:

Rodolfo Soncini Sessa, Enrico Weber, Marco Micotti e Daniela Anghileri - Politecnico di Milano,

Dipartimento di Elettronica e Informazione;

Andrea Salvetti -Cantone Ticino, Dipartimento del territorio, Ufficio dei corsi d’acqua;

Sottoazione 2.2:

Secondo Barbero, Alessio Salandin, Milena Zaccagnino - Arpa Piemonte, Dipartimento Sistemi Previsionali;

Matteo Demeo - Regione Piemonte, Direzione Ambiente;

Laura Boscarello, Marco Mancini, Giovanni Ravazzani - Politecnico di Milano, Dipartimento di Ingegneria

Idraulica, Ambientale, Infrastrutture Viarie, Rilevamento.

Partner Coinvolti:

Partner Capofila: Cantone Ticino - Dipartimento del territorio – Ufficio dei corsi d’acqua Regione Lombardia - Direzione Generale Reti, Servizi di pubblica utilità e sviluppo sostenibile

Partner Coinvolti: Regione Piemonte - Direzione ambiente Regione Lombardia - Direzione Generale protezione civile, prevenzione e polizia locale ARPA Piemonte

1) Obiettivi generali dell’Azione 2

L’obiettivo principale dell’azione era individuare politiche negoziate di regolazione delle acque del Verbano e del Ceresio che permettessero di migliorare la soddisfazione dei portatori di interesse dell’intero sistema

e la qualità dell’ecosistema.

Nel corso delle attività sono state prese in considerazione diverse azioni di intervento (modifica delle attuali fasce di regolazione, dei regolamenti attualmente in vigore e l'ipotesi di modifica dell'incile del Lago

Maggiore e della diga di regolazione alla Miorina) per individuare politiche di regolazione dei due laghi che raccolgano un ampio consenso. Tali politiche sono state valutate sia a fronte dello scenario storico di

afflusso, sia a fronte di possibili scenari di afflusso conseguenti al cambiamento climatico.

L’obiettivo generale si è poi articolato in diversi obiettivi specifici:

Individuazione degli scenari climatici: sviluppo di scenari meteorologici e di afflusso in cambiamento climatico, omogenei e condivisi per l’intero bacino transfrontaliero di alimentazione dei laghi Verbano e Ceresio.

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Studio degli effetti ecologici dovuti alle fluttuazioni di livello in funzione dei cambiamenti climatici: analisi approfondita delle fioriture algali sul lago Maggiore, in aumento negli ultimi anni, legati alle interazione tra evento naturale e controllo esercitato dall’uomo.

Identificazione delle politiche: supporto alle istituzioni italiane e svizzere nella realizzazione di un processo decisionale integrato e partecipato che, coinvolgendo i portatori di interesse delle due nazioni, si concluda nella definizione di scenari alternativi di regolazione dei due laghi (politiche di miglior compromesso). Tale politica è stata ricercata e costruita in un’ottica di bacino, come richiesto dalla Direttiva Quadro Europea in materia di Acqua (WFD); il processo decisionale sarà partecipato e le politiche scelte coerentemente con i principi del paradigma IWRM (Integrated Water Resources Management). Sono inoltre state considerate le linee guida preparate dalla Confederazione Elvetica per promuovere il principio della gestione integrale delle acque.

Miglioramento della previsione idrometeorologica: sono stati implementati gli attuali modelli previsionali e le reti di monitoraggio al fine di avere un miglioramento dei modelli di previsione e un miglioramento della gestione attuale.

- Attività di divulgazione, formazione e coinvolgimento delle realtà locali;

Incontri specifici con i portatori di interesse locali svolti nel corso dell’attività 2.1.4 (cfr. paragrafo

relativo a questa attività)

- Stima del numero di comuni interessati dalle attività condotte (stima della popolazione interessata);

Comuni rivieraschi lago Maggiore e lago di Lugano (parte italiana e parte svizzera), comuni italiani

lungo il corso del Ticino fino a Pavia (coinvolgimento diretto del comune di Pavia)

2) Descrizione di dettaglio delle Sottoazioni

Sottoazione 2.1: Pianificazione della regolazione dei laghi Verbano e Ceresio

Partner Coinvolti:

Cantone Ticino - Dipartimento del territorio – Ufficio dei corsi d’acqua Regione Lombardia - Direzione Generale Reti, Servizi di pubblica utilità e sviluppo sostenibile Regione Piemonte - Direzione ambiente ARPA Piemonte

Attività 2.1.1 : Stima dei campi meteorologici a seguito del cambiamento climatico

- Contesto scientifico e metodologie applicate;

Le indicazioni della comunità scientifica internazionale risultano sempre più precise, da una parte, in merito

al cambiamento climatico in atto e , dall’altra, sulle modalità di generazione di scenari climatici a scala regionale e locale in accordo con gli scenari a scala globale previsti dai più recenti modelli climatologici in

base agli scenari di emissione codificati nei rapporti IPCC.

Come previsto in fase di preparazione del progetto STRADA, sono state sviluppate le sinergie con il progetto

europeo di ricerca FP7 Acqwa (www.acqwa.ch Assensing Climate impacts on the Quantity and quality of Water). In particolare con il Workpackage 3, Task 3.1, Subtask 3.1.2 Local Scale Climate Information.

http://www.acqwa.ch/

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Nel corso dell’attività assegnata al Politecnico Federale di Zurigo, Istituto di Ingegneria Ambientale (Prof. P.

Burlando, IfU – ETHZ) sono state applicate tecniche di downscaling statistico facendo uso di modelli stocastici non lineari (Burlando and Rosso, 2002) per generare scenari a scala “puntuale” di precipitazione e

temperatura con l’obiettivo di produrre scenari multipli secondo un approccio di tipo Monte Carlo. Queste tecniche risultano particolarmente utili perché consentono di investigare gli effetti del cambiamento

climatico sulla struttura temporale dal processo di precipitazione, aspetto solitamente poco dettagliato con le tradizioni tecniche statistiche.

Partendo dagli output dei modelli di circolazione regionale REG-CM3 e REMO gli scenari puntuali sono stati

generati per complessive 31 stazioni di temperatura e 26 stazioni di precipitazione distribuite all’interno del bacino idrografico del lago Maggiore. Gli scenari riguardano la ricostruzione delle condizioni attuali

(scenario di controllo) e quattro scenari di cambiamento climatico, utilizzando 4 periodi di 10 anni dal 2011 al 2050. Lo scenario di emissione globale considerato è quello corrispondente allo scenario A1B definito da

IPCC.

I dettagli dell’approccio modellistico utilizzato per simulare il processo di precipitazione e quello di

temperatura sono descritti nel rapporto specifico dell’attività (Bordoy and Burlando, 2013).

- Risultati ottenuti

La valutazione dei risultati e la loro analisi statistica è descritta nel rapporto definitivo, a cui si

rimanda per i dettagli

Attività 2.1.2: Stima del regime degli afflussi ai laghi a seguito del cambiamento climatico


I campo meteorologici stimati nel corso dell’attività 2.1.1 sono stati utilizzati per la generazione di

serie sintetiche di afflusso ai laghi tramite l’utilizzo dei modelli idrologici esistenti, relativi a tutto il

bacino del Verbano. In particolare è stato utilizzato il modello FEST sviluppato dal DIIAR del

Politecnico di Milano (Montaldo et al., 2007; Ravazzani et. al, 2008, Ravazzani et al., 2010), è un

modello distribuito, fisicamente basato, che simula in continuo con risoluzione oraria i principali

processi idrologici, quali precipitazione, accumulo e scioglimento nivale, infiltrazione, umidità del

terreno e deflusso sub-superficiale, deflusso nei corsi d’acqua e accumuli in falda.


Le simulazioni prodotte dal modello FEST per gli scenari climatici generati nell’attività 2.1.1 sono

stati consegnati nella primavera 2012. e sono in corso le analisi statistiche dei primi risultati

ottenuti per la simulazione di controllo

Nel corso dell’ultimo anno sono state eseguite le verifiche e consegnate le serie di afflusso anche

per gli scenari di cambiamento climatico, in particolare per il decennio 2041-2050. Tali scenari,

opportunamente verificati e corretti, hanno costituito la base per la valutazione delle azioni

considerate (politiche di regolazione, regolamenti e modifiche strutturali proposte per la diga della

Miorina), tema dell’attività 2.1.4

Attività 2.1.3: Effetti ecologici delle fluttuazioni di livello del Lago Maggiore


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E’ ormai noto e documentato che sul lago Maggiore sono in corso un significativo riscaldamento

della massa d’acqua e, parallelamente, un incremento nelle fluttuazioni di livello, legati a variazioni

meteoclimatiche. Anche nell’ecosistema sono stati registrati fenomeni inconsueti, quali

l’insorgenza di schiume di origine ignota e di estese fioriture algali, atipiche in un lago oligotrofico.

Resta da dimostrare se tali fenomeni siano direttamente riconducibili ed in quale misura alle

variazioni meteoclimatiche e se ci si debba attendere un aggravamento della situazione.

La Regione Piemonte Direzione Ambiente ha attivato, nell’ambito della Sottoazione 2.1, due

distinte collaborazioni istituzionali, la prima con C.N.R. - I.S.E. di Pallanza, finalizzata al

“Monitoraggio, campionamento selettivo e crioconservazione di ceppi cianobatterici presenti nelle

acque del lago Maggiore.” (Ricerca A), la seconda con A.R.P.A. del Piemonte - Dip. V.C.O. finalizzata

alla “Analisi delle condizioni meteorologiche, idrologiche ed idrochimiche predisponenti la

formazione di schiume e loro origine più probabile nei laghi Maggiore e d’Orta” (Ricerca B).

Ricerca A) Il monitoraggio delle fioriture cianobatteriche viene effettuato, nell'ambito del Progetto STRADA, con la tecnica della fluorimetria in vivo, utilizzando in situ una profilatore fluorimetrico molto sensibile, in

grado di discriminare i cianobatteri da altri gruppi algali1. Al fine poi di rilevare su ampia scala spazio-temporale la dinamica estiva dei popolamenti e delle fioriture algali e cianobatteriche nel Lago Maggiore,

nel 2011 è stata effettuata l'elaborazione di immagini satellitari telerilevate2 (MERIS - MEdium Resolution Imaging Spectrometer Full Resolution) distribuite dall’Agenzia Spaziale Europea (ESA). Campionamenti

selettivi sono stati effettuati sui ceppi cianobatterici potenzialmente tossici rilevati, al fine di congelarli e poter disporre di materiale per confronti su base pluriennale: parte della ricerca è finalizzata proprio alla

creazione di una banca di campioni congelati ed allo sviluppo della miglior metodica di congelamento/crioprotezione.

Ricerca B) Nel corso del 2011 è stata predisposta e applicata una Scheda Tipo di registrazione di eventi di formazione persistente di schiume, comprendente, oltre alla localizzazione ed alla descrizione qualitativa di

ogni evento, con documentazione anche di tipo fotografico, i dati idrologici e di condizioni meteo, il profilo chimico e chimico-fisico delle acque nonché i popolamenti fitoplanctonici contestuali all’evento, nonché un

protocollo operativo per il campionamento e l’analisi di campioni d’acqua/schiuma.

Le analisi specialistiche sono state condotte su campioni liofilizzati di acqua/schiuma, mediante analisi NMR

mono- e bidimensionali e GC-MS 3,4; tali analisi consentono di determinarne composizione in sostanze o gruppi di composti e, per ogni componente di interesse, tipologia e, in alcuni casi, forma isomerica.


Ricerca A) I dati raccolti e analizzati hanno confermato l’esistenza di una relazione tra le fluttuazioni di livello e lo sviluppo del fitoplancton, che potrebbe raggiungere concentrazioni tipiche di una fioritura nei

casi in cui si verifica la combinazione di periodi di prolungata siccità, seguiti da eventi piovosi significativi. I dati del monitoraggio a larga scala sembrano indicare che episodi simili possano essere più probabili nella

parte centro-meridionale del bacino, dove le condizioni sono probabilmente più favorevoli allo sviluppo degli organismi maggiormente responsabili di questi fenomeni.

Ricerca B)

Gli eventi di formazione di schiume verificatesi nel Lago Maggiore negli anni 2007 e 2008 sembrano essere associati alla presenza della diatomea T. flocculosa che è risultata la specie dominante nel periodo tardo

primaverile (fine aprile) con valori di biovolume superiori a 3.000 mm3/m3. Tali fioriture sembrano essere in stretta relazione con l’anomalia termica (elevata temperatura) misurata nel periodo di massima

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circolazione invernale (febbraio) del lago. Anche elevate intensità del vento nel periodo primaverile (marzo-

maggio) potrebbero, inoltre, favorire l’innescarsi di fioriture di T. flocculosa, in quanto impedirebbero l’affondamento verticale di tale alga nel lago. Per il 2010 è probabile che l'innescarsi degli eventi di schiuma

sia stato sostenuto da T. flocculosa, ma forse anche da altre specie fitoplanctoniche appartenenti al raggruppamento delle diatomee, e che la formazione delle schiume sia stato favorita anche da un mese di

ottobre caratterizzato da notevoli raffiche di vento e velocità media elevata del vento.

Infine, le diatomee e, in particolar modo, T.flocculosa sono in grado di produrre polisaccaridi, tensioattivi

naturali, che possono esser la causa della formazione di schiume. L’analisi chimica delle schiume ha evidenziato che la componente principale presente è quella dei polisaccaridi a struttura ramificata con

presenza di due unità monosaccaridiche diverse attribuibili presumibilmente ad arabion galattani.

Per poter confermare la probabile relazione tra schiume e presenza di diatomee, potrebbe essere utile

accoppiare all’analisi chimica quella genetica del DNA rinvenuto nei campioni di schiuma al fine di identificare la specie di alga responsabile delle schiume.

Attività 2.1.4: Individuazione di una politica di regolazione integrata e condivisa.

- Contesto scientifico, modelli/metodologie/procedure applicate;

L’attività 2.1.4 del progetto ha previsto l’applicazione al sistema Verbano-Ceresio della procedura PIP. La

PIP è una procedura di pianificazione integrata e partecipata della risorsa idrica, elaborata dal gruppo SAT (Sistemi Ambientali e Territoriali) del Politecnico di Milano, nell'ambito del paradigma gestionale IWRM

(Integrated Water Resources Management, GWP 2000) e in riferimento alla direttiva quadro europea sulle acque 2000/60/EC (Water Framework Directive, WFD).

Tale procedura propone un modo razionale di procedere per realizzare una processo decisionale integrato,

ossia tale da considerare tutti gli interessi in gioco, indipendentemente dalla loro importanza relativa, e partecipato, cioè nel quale il coinvolgimento dei Portatori di interesse non si limiti alla loro informazione o

consultazione, bensì preveda la loro attiva collaborazione al progetto e alla valutazione delle alternative (co-progettazione) e possibilmente alla realizzazione della scelta finale (co-decisione).

In concreto la PIP si articola in 10 fasi, che, partendo dall'identificazione partecipata dello scopo dell'attività

pianificatoria che si sta realizzando (Fase 0), si sviluppano mediante un processo negoziale continuo tra le Parti coinvolte (gruppi di Portatori di interesse e/o Decisori), fino all'individuazione di un insieme di

alternative efficienti (Fase 7), da sottoporre ai Decisori come base di partenza perchè attuino, in maniera trasparente, la scelta finale dell'alternativa che giudicano essere il miglior compromesso (Fase 9).


Le attività eseguite fino ad oggi e i risultati ottenuti sono documentati qui di seguito suddivisi nelle varie fasi della procedura PIP, sopra introdotta.

Fase di ricognizione

Durante la fase di Ricognizione sono stati individuati i seguenti elementi per la definizione dell'ambito in cui si sviluppa l'attività 2.1.4:

l'obiettivo del Progetto: Trovare un’alternativa di compromesso ottimale per la gestione del sistema idrico Verbano-Ceresio, un’alternativa cioè che aumenti la soddisfazione di tutte le parti, se esiste. Nell'attività 2.1.4 si è deciso di procedere in due passi: 1) individuare l'alternativa di

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miglior compromesso per il solo Ceresio; 2) negoziare una soluzione per l'intero sistema Verbano-Ceresio;

i confini spaziali e temporali del sistema: il sistema idrico del Lago Maggiore nella situazione attuale (lungo l'orizzonte 1974-2010) e in uno scenario futuro (2050) che tenga conto delle conseguenze dei cambiamenti climatici sui processi di afflusso;

i Portatori d’interesse: insieme degli attori, istituzionali e non, interessati dagli effetti dei rilasci dei laghi Maggiore e Lugano.

la documentazione disponibile: gli studi e i progetti già realizzati nell'ambito territoriale individuato, e in particolare:

o il progetto Verbano-INTERREG II,

o il progetto Ceresio,

o il progetto TwoLe-Cariplo

o lo Studio degli effetti di una modifica dell’incile del lago Maggiore e dell’opera di regolazione su portate e livelli del fiume Ticino e del fiume Po, commissionato da AIPO

E’ disponibile un rapporto specifico ( D1, Micotti, Weber e Soncini, maggio 2010) sulla fase di ricognizione.

Azioni, Criteri e indicatori

Quali sono gli interventi possibili sul sistema Ceresio-Verbano dal punto di vista dell'interazione con la

regolazione dei due laghi? Nell'attività 2.1.4 si è deciso di considerare le seguenti opzioni di intervento (definite azioni): l'imposizione di un dmv al Ticino sublacuale, una modifica allo sbarramento della Miorina,

la regolazione coordinata dei 2 laghi. Per poter valutare e comparare gli effetti di queste azioni e alternative sul sistema (Fasi 6 e 7 della procedura PIP) è necessario individuare, interagendo con i Portatori d'interesse,

un insieme di criteri di valutazione, che riflettano le caratteristiche del problema e i valori che stanno alla base dei giudizi che i Portatori esprimono. I criteri non devono considerare solo lo scopo del Progetto, ma

tutti gli effetti positivi o negativi, a cui i Portatori aspirano o che paventano: in altre parole devono esprimere i loro interessi. I Portatori di interesse coinvolti all'interno di VerbaCe sono stati suddivisi in

gruppi (settori) sulla base del criterio di valutazione adottato (criterio di settore).

I settori individuati sono stati: ambiente, erosione, esondazioni, energia, fauna ittica, irrigazione,

navigazione, pesca, turismo, zanzare. Per ogni sottosistema del sistema complessivo sono stati sviluppati e approfonditi gli indicatori richiesti per lo specifico sottosistema (cfr. tabella e Rapporto D2)

Modello del sistema

Per poter quantificare gli effetti che le diverse alternative produrrebbero sugli indicatori se esse fossero

implementate, bisogna disporre di un modello che descriva le relazioni causa-effetto presenti nel sistema. Nel programma VerbaCe è stato definito un modello matematico del sistema: tale modello verrà utilizzato

sia nella fase di progetto delle alternative e che nella successiva fase di stima degli effetti.

L'identificazione del modello inizia dall'analisi dello schema del sistema idrico oggetto dello studio,

riportato nella figura sottostante. Lo scopo modello è quello di riprodurre le relazioni esistenti tra le variabili di controllo e le variabili idrologiche che compaiono nelle definizioni degli obiettivi e degli

indicatori.

La descrizione del modello e delle singole componenti è contenuta all'interno del rapporto interno D3.

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Scenari e alternative

Dal punto di vista delle forzanti agenti sul sistema, l'azione 2.1.4 ha preso in esame diverse situazioni: la realizzazione della storia del processo di afflusso ai 2 laghi nell'orizzonte di progetto, la realizzazione dello

scenario di controllo generato dai modelli climatici regionali egli scenari previsti nel periodo 2041-2050 da due differenti modelli climatici regionali ReMo e RegCM3.

Per quanto riguarda la progettazione delle alternative, sono state generate dapprima tutte quelle inerenti

la regolazione del solo Ceresio. Successivamente è stato eseguito il calcolo delle alternative del Verbano considerando la regolazione del Ceresio individuata come alternativa di compromesso dalla negoziazione

del sottosistema Ceresio (alternativa A150), considerando tre diverse configurazioni per lo sbarramento della Miorina: sbarramento attuale e fascia di regolazione attuale, sbarramento attuale con fascia di

regolazione ampliata costante durante l’anno e un terzo gruppo di alternative, in corrispondenza della modifica allo sbarramento secondo il progetto AIPO – Da Deppo.

Stima degli effetti

Per ogni alternativa prodotta sono stati calcolati tutti gli indicatori individuati ottenendo una misura degli effetti indotti dalle decisioni (strutturali, normative e gestionali) corrispondenti. Per ogni giorno

dell'orizzonte di progetto, infatti, viene simulato il comportamento del sistema, tenendo conto sia dei vincoli (strutturali e normativi) sia della regolazione dei due laghi. In questo modo si ottengono le

traiettorie di alcune variabili (i livelli lacuali, i rilasci, le derivazioni) sulla base delle quali sono calcolati gli indicatori. Dopo aver ottenuto la matrice completa per il sottosistema del Ceresio, è stata calcolata la

matrice degli effetti del Verbano per le tre configurazioni sopra ricordate.

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Valutazione delle alternative

Il valore di ogni indicatore viene convertito in una misura di soddisfazione dei vari portatori d'interesse

attraverso opportune funzioni valore, che sono state quasi completamente individuate. A partire dalla matrice degli effetti si ottiene così una matrice dei valori, che viene poi aggregata opportunamente in modo

da ottenere una misura sintetica della soddisfazione secondo il punto di vista di ciascun rappresentante di settore.

Comparazione e negoziazione

La prima fase della negoziazione, relativa al solo Ceresio, si è conclusa ( con l'individuazione della zona di possibile compromesso e delle criticità che occorre tener presenti nella seconda fase. La negoziazione

dell'intero sistema è avvenuta nell’autunno 2012 e all’inizio del 2013, individuando nel complesso nove differenti alternative di compromesso, appartenenti alle diverse configurazioni dello sbarramento della

Miorina.

Incontri di progetto effettuati

- Incontro Ente Parchi e Riserve Lago Maggiore, Verbania, 22 ottobre 2010:

o Presentazione del progetto VerbaCe ed esposizione degli antefatti

o Esplorazione dell’albero dei criteri e degli indicatori individuati nel progetto Verbano – INTERREG II per il settore Ambiente a Monte

- Incontro Settori Ambiente e Pesca per Verbano, Ceresio e Tresa, Milano, 22 dicembre 2010 :

o Validare i criteri definiti per valutare le alternative prodotte nell'ambito del programma di

ricerca per quanto riguarda l'ambiente dei due laghi e la pesca o Individuare i criteri da utilizzare per quanto riguarda l'ambiente fluviale della Tresa

- Incontro Settore Ambiente Ticino, Milano, 22 dicembre 2010:

o scegliere il valore del Deflusso Minimo Vitale (DMV), e della sua eventuale modulazione, da

considerare nel programma di ricerca; o definire lo stato di riferimento a cui tendere per tutelare la qualità dell'ambiente fluviale;

o individuare i criteri con cui valutare le alternative prodotte nell'ambito del programma di ricerca.

- Incontro Esondazioni Verbania, Verbania, 28 gennaio 2011:

o Presentazione del progetto VerbaCe

o Esplorazione dell’albero dei criteri e degli indicatori individuati nel progetto Verbano – INTERREG II per il settore Esondazioni Verbano

o Analisi della funzione per la stima delle aree allagate sul territorio di Verbania

- Grandi derivazioni dal Ticino sublacuale, Milano, 9 febbraio 2011:

o definizione domande idriche di riferimento o analisi delle modalità di ripartizione della portata tra le diverse utenze

o individuazione dei criteri di valutazione delle portate derivate

- Usi ricreativi del Ticino sublacuale, Milano, 9 febbraio 2011:

o analisi del problema o identificazione della gerarchia di valutazione delle portate rilasciate

- Protezione dalle esondazioni del Ticino sublacuale, Pavia 25 febbraio 2011:

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o ambito e scopi del progetto VerbaCe

o esame di una proposta vincolante per la progettazione delle alternative di regolazione, a tutela delle popolazioni a rischio

o conferma dei dati e dei modelli disponibili

- Incontro Settori Pesca professionale e fauna ittica, Bellinzona, 9 settembre 2011:

o definizione degli indicatori inerenti la fauna ittica per i settori: Pesca Verbano e Ceresio, Fauna ittica Verbano e Ceresio, Ambiente Verbano e Ceresio

- Incontro Esondazioni a Verbania, Verbania, 16 dicembre 2011:

o definizione delle funzioni valore per la gerarchia di valutazione del S. Esondazioni a Verbania

o definizione di un primo set di pesi per l'aggregazione delle utilità

- Incontro di settore: Esondazioni e Turismo a Verbania, Verbania, 19 marzo 2012

o validazione delle funzioni valore per la gerarchia di valutazione del S. Esondazioni Verbano o definizione di un primo set di pesi per l'aggregazione delle utilità

o validazione degli indicatori per il Settore Turismo Verbano

- Incontro di settore: Ambiente Verbano, Ambiente Ticino, Zanzare, Verbania 19 marzo 2012:

o analisi dei risultati del calcolo degli indicatori o definizione o conferma delle funzioni valore per le gerarchie di valutazione dei settori coinvolti

o definizione di un primo set di pesi per l'aggregazione delle utilità

- Incontro Esondazioni e Turismo a Locarno, Teleconferenza, 28 marzo 2012:

o verifica dei valori di area allagata a Locarno per alti livelli o validazione delle funzioni valore per la gerarchia di valutazione del S. Esondazioni Verbano

o definizione di un primo set di pesi per l'aggregazione delle utilità o validazione degli indicatori e delle utilità per il Settore Turismo Verbano

- Incontro Ittiofauna Verbano, Teleconferenza, 29 marzo 2012:

o analisi e verifica dei risultati degli indicatori per l'ittiofauna sul Verbano

o verifica delle funzioni valore per la gerarchia di valutazione del Settore Pesca Verbano, Biodiversità Verbano e Ambiente Verbano

o definizione del set di pesi per l'aggregazione delle utilità nei vari settori

La generazione delle alternative, la stima degli effetti e la comparazione sono descritte in dettaglio nei rapporti D4 (Sottosistema Ceresio e Tresa) e D5 (Sottosistema Verbano e Ticino)

Principali risultati ottenuti

I risultati conclusivi sono contenuti nel rapporto D6, a cui si rimanda per maggiori dettagli e considerazioni.

Qui vengono riassunti gli elementi principali, presentati ai portatori di interesse il 20 marzo 2013.

Come ricordato, le alternative sono state raggruppate in tre categorie secondo la tipologia di azione

prevista:

Alternative tipo A: politiche di regolazione con l’attuale sbarramento della Miorina.

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Alternative tipo B: politiche di regolazione con l’attuale sbarramento della Miorina ed estensione

della fascia di regolazione (costante per tutto l’anno, da -0.50 m a + 1.50 m rispetto allo zero di

Sesto Calende).

Alternative tipo C: politiche di regolazione con il nuovo sbarramento secondo progetto AIPO. Considerando lo scenario climatico attuale, l'alternativa efficiente di compromesso per il Ceresio

(denominata A150) ha permesso di individuare un ampio margine di miglioramento per gran parte dei

settori coinvolti rispetto alle prestazioni prodotte dall'applicazione del regolamento attualmente in vigore.

Per il sistema Verbano-Ticino, tra tutte le alternative simulate, al termine del processo negoziale, sono state

individuate dai portatori di interesse 9 alternative che riscuotono il maggior consenso (A8, A26, A362, B22,

B353, C209, C352, C370, C426).

Tra le diverse tipologie di alternative e fra le alternative della stessa tipologia (A, B o C) ovviamente esistono

gradi di soddisfazione diversi tra i portatori, con utilità in genere superiori a quella attuale o in ogni caso

leggermente inferiori.

Particolarmente critico è risultato soltanto il settore Biodiversità, al cui interno gli indicatori definiti

assumono sempre dei valori non soddisfacenti; dagli stessi portatori di interesse di questo settore, tuttavia,

è stata riconosciuta durante il processo di negoziazione la necessità di approfondire la tematica e di definire

indicatori robusti e condivisi in grado di descrivere il settore.

Per quanto riguarda le conseguenze del cambiamento climatico si è osservato quanto segue:

In generale, l’allargamento dello spazio decisionale e di regolazione consente di aumentare, anche

con le condizioni climatiche attuali, la soddisfazione generale dei portatori di interesse. Le

alternative di tipo B migliorano per alcuni settori le utilità rispetto alle alternative di tipo A. Le

alterrnative di tipo C (nuovo sbarramento e nuova politica di regolazione), ampliando

ulteriormente lo spazio decisionale, consentono di migliorare ulteriormente e significativamente

tali utilità.

Gli scenari climatici e idrologici generati per il periodo 2041-2050 inducono una modifica stagionale

del ciclo idrologico e una diminuzione di disponibilità idrica che si riflette in una drastica riduzione

delle utilità di tutti i settori di interesse.

Anche in condizioni di cambiamento climatico, le alternative di tipo C, rispetto alle alternative di

tipo A e B, consentono in parte di alleviare gli effetti negativi del cambiamento climatico.

L’analisi della regolazione congiunta Verbano-Ceresio ha evidenziato che esistono ridotti margini di

miglioramento, che vengono evidenziati non in termini di pianificazione delle politiche, ma utilizzando una

cosiddetta regolazione in linea, in cui alla politica di regolazione definita nella fase di pianificazione viene

innestata una politica che massimizza l’utilità del sistema nel breve e medio periodo, facendo uso di

ulteriore informazione (in particolare previsioni meteorologiche, previsioni idrologiche, condizioni di

umidità del bacino), che non può essere considerata durante la fase di pianificazione delle politiche.

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Sottoazione 2.2: Previsione idro‐meteorologica nel bacino del Verbano per la gestione di eventi

estremi

Partner:

- ARPA Piemonte (Coordinamento)

- Regione Piemonte ‐ Direzione Ambiente

- Cantone Ticino ‐ Dipartimento del territorio – Ufficio dei corsi d’acqua

Altri soggetti coinvolti:

- Politecnico di Milano- Dip. di Ingegneria Idraulica, Ambientale, Infrastrutture Viarie e del

Rilevamento

- Consorzio del Ticino

Attività 2.2.1: Modelli idrologici di previsione

Introduzione

L’attività 2.2.1 ha previsto lo studio di un sistema di supporto alle decisioni per la regolazione della traversa della Miorina che consenta la costruzione di scenari di evoluzione del livello del Lago Maggiore in relazione alla previsione degli afflussi al lago ed alle azioni di regolazione della traversa. Dal momento che le politiche di regolazione del Consorzio del Ticino possono modificare sensibilmente la dinamica del livello del lago, il sistema è stato costruito in modo da tenere in considerazione una serie di ipotesi gestionali alternative, adottate di concerto con il Consorzio del Ticino, e congruenti sia con i limiti dovuti alla concessione, sia con le possibilità tecniche di manovra degli organi di regolazione (portine), sia con il livello del lago misurato all’istante di previsione. Tutte le regole gestionali sono state inserite nel sistema modellistico tramite opportuna modifica della scala di deflusso naturale all’incile della diga della Miorina. Il sistema complessivo si compone di un modello idrologico distribuito fisicamente basato per la stima degli afflussi al lago che può essere alimentato sia da forzanti meteorologiche derivanti dalla rete di monitoraggio che da forzanti meteorologiche previste e da un simulatore dei livelli del lago che sulla base degli afflussi previsti e della politica di regolazione prescelta, valuta l’andamento del livello del lago.

L’area di studio

Il lago Maggiore, secondo bacino italiano per superficie e volume (rispettivamente 212 kmq e 37.5 km3), si trova ad una altitudine di 193.5 m sul livello del mare, immediatamente ai piedi della catena alpina. Il lago è stato formato in un periodo di circa 100'000 anni dall'escavazione di due ghiacciai Wurmiani, che si muovevano dalle Alpi attraverso le valli dei fiumi Ticino e Toce, rimodellando pre-esistenti valli fluviali del periodo Messiniano. Il potere erosivo di questi ghiacciai, spessi 1200-1500 m e in movimento con velocità di 5-10 m d-1 è ben dimostrata dalla profondità del lago: (profondità media 177.4 m, massima 370 m). Il bacino imbrifero del lago è di 6599 kmq (Figura 1), circa il 50% di questa area si trova a quote superiori a 1283 m s.l.m., l'1.1% di essa corrisponde a ghiacciai. Politicamente il bacino imbrifero appartiene sia all'Italia (3229 kmq), con le regioni del Piemonte e della Lombardia, e alla Svizzera (3370 kmq), ma l'80% della superficie lacustre è in Italia. La popolazione residente nel bacino imbrifero è di circa 670'000 abitanti. II bacino imbrifero del Verbano comprende le valli dei fiumi Ticino e Toce e quelle del torrente Maggia; riceve anche le acque del lago di Lugano tramite il torrente Tresa, del lago d'Orta mediante il torrente Strona, del lago di Varese tramite il torrente Bardello e del lago di Mergozzo (che le alluvioni del fiume Toce separarono dal Golfo Borromeo). Unico emissario è il fiume Ticino che nasce presso Sesto Calende e confluisce nel Po a valle di Pavia. La regione insubrica, nella quale è collocata l'area del Lago Maggiore, è

14

caratterizzata da elevata umidità e inverni relativamente dolci a causa sia della presenza del lago stesso e delle Alpi, che offrono protezione rispetto ai venti provenienti da settentrione. I venti prevalenti sono quelli nord-occidentali e sud-occidentali. Le precipitazioni meteoriche sono elevate (valore medio circa 1800 mm a-1), con forti variazioni (1191-3352 a-1).

Figura 1. Il bacino idrografico del Lago Maggiore.

La regolazione dei livelli del Lago Maggiore

Il dibattito sull’opportunità di un’opera di regolazione del lago Maggiore risale a tempi remoti: nel 1800 coinvolgeva già tecnici ed opinionisti in appassionate discussioni, ma se ne trovano cenni anche in epoche precedenti. La realizzazione dell’opera di regolazione del lago Maggiore venne portata a termine soltanto molti anni più tardi quando molti dei problemi tecnici poterono essere risolti agevolmente, ma soprattutto quando si verificarono le condizioni per superare altre complesse problematiche politico-economiche fra i rivieraschi. L’utilizzazione del Verbano come serbatoio, regolato all’incile del suo emissario, presentava infatti una singolare difficoltà in quanto parte delle sponde del bacino lacustre ricadono nel territorio della Confederazione Elvetica, che ha sempre guardato con una certa preoccupazione i progetti di regolazione delle acque tesi al beneficio dei territori italiani a sud del lago. La posa della prima pietra della traversa di regolazione avvenne l’8 novembre 1938 e la costruzione venne terminata e collaudata nei primi mesi del 1943. Le opere sono ubicate circa 3 km a valle di Sesto Calende, in corrispondenza della soglia detta della Miorina, che costituisce l’incile naturale del lago Maggiore. Esse comprendono lo sbarramento di regolazione, una conca di navigazione in sponda sinistra ed altri manufatti accessori. La traversa mobile della Miorina è larga 200 metri, ed è costituita da 120 portine metalliche tipo Chanoine completamente abbattibili accostate l’una all’altra ed incernierate nella base alla platea di fondo. Esse sono manovrate dall’alto tramite due carri di manovra che scorrono su un ponte a traliccio metallico sostenuto da tre pile in alveo. Le portine possono assumere quattro differenti posizioni per la ritenuta delle acque; una quinta posizione di totale abbattimento rende l’alveo completamente libero per il deflusso delle piene e ricostituisce praticamente la situazione "naturale" dell’incile, così come era prima della costruzione dello sbarramento. Alcuni interventi di regolarizzazione del fondo fluviale, effettuati negli anni ‘50 a monte dello sbarramento (Dosso dei Murazzi), agevolano la derivazione delle portate durante i periodi di bassi livelli del lago.

15

Manovrando opportunamente le portine costituenti lo sbarramento è possibile regolare con grande precisione le portate defluenti dal lago Maggiore, erogando quanto necessario e trattenendo nel lago stesso - che funziona così da serbatoio - le acque sovrabbondanti che senza l’opera di regolazione defluirebbero inutilizzate nel Ticino. Le acque immagazzinate nel lago costituiscono così una riserva che viene successivamente utilizzata per integrare le portate naturali, nei periodi in cui esse sono insufficienti a soddisfare le richieste delle utenze. L’esercizio della regolazione del lago Maggiore attraverso lo sbarramento mobile della Miorina è iniziato ufficialmente il 1° gennaio 1943. Le variazioni del livello del lago nei periodi di regolazione sono contenute entro i limiti definiti dagli atti della Concessione: quello inferiore, fisso, è pari a -0.50 m rispetto allo zero dell’idrometro di Sesto (193.016 m slm), mentre quello superiore varia durante l’anno, in ragione della variazione stagionale degli afflussi e del rischio di piene: +1.00 m dal 1° marzo al 31 ottobre; +1.50 m dal 1° novembre alla fine di febbraio. A ciò corrisponde una possibilità di invaso pari a 315 milioni di mc, che salgono a 420 milioni nel periodo invernale. L’utilizzazione dei volumi accumulati nel lago avviene nei periodi primaverile-estivo (utenze essenzialmente irrigue) e autunno-invernale (utenze industriali): compatibilmente con le disponibilità idriche accumulate nel lago, in tali periodi si erogano rispettivamente 255 mc/s e 150 mc/s. In Figura è mostrata la scala delle portate naturali dell’incile, a portine completamente abbattute. Essa è ben rappresentata da un’equazione di secondo grado:

bhahaQ 2

2

1 Eq. (1)

dove Q è la portata defluita (mc/s), h è il livello idrico rispetto allo zero idrometrico di Sesto Calende (m), a1, a2 e b sono i coefficienti del polinomio di secondo grado pari rispettivamente a 41.354, 354.9 e 132.47.

y = 41.354x2 + 354.9x + 132.47R² = 0.9999

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

0 1 2 3 4 5 6

Port

ata

(m

3/s

)

Livello (m sullo zero idrometrico)

valori tabellari

Poli. (valori tabellari)

Figura 2. La scala delle portate dell’incile del Lago Maggiore in condizioni di opera di regolazione completamente abbattuta (condizioni naturali).

I dati disponibili

Per la definizione dei parametri del modello idrologico è stata utilizzata tutta la più recente cartografia digitale disponibile quale il Modello Digitale delle Quote, la cartografia dell’uso del suolo e della tessitura del suolo. L’alimentazione del modello idrologico è stata effettuata sia con le forzanti meteorologiche provenienti dalla rete di monitoraggio di ARPA Piemonte, sia dalla previsione della precipitazione sulle aree di allertamento regionali. Per la calibrazione del modello idrologico sono stati utilizzati i valori giornalieri di portate affluite al Lago Maggiore ricostruite dal Consorzio del Ticino sulla base delle osservazioni del livello del lago all’idrometro di Sesto Calende e della portata uscente dal lago stesso secondo l’equazione:

16

t

hhA

QQQ

ttt

out

t

outt

in

111

2

Eq. (2)

Dove 1t

inQ è la portata in ingresso al lago al tempo attuale,

1t

outQ è la portata in uscita al tempo attuale,

t

outQ è la portata in uscita dal lago al tempo precedente, A è l’area della superficie del lago (ipotizzata

costante pari a 210 kmq), 1th è il livello del lago misurato a Sesto Calende al tempo attuale,

th è il livello

del lago misurato a Sesto calende al tempo precedente, t è la durata dello step temporale (24 ore).

La calibrazione del modello idrologico

Il modello idrologico distribuito è utilizzato per la stima degli afflussi al lago principalmente durante gli eventi di piena significativi, periodi nei quali risulta efficace l’utilizzo del sistema implementato a supporto della regolazione del lago. Per questo motivo il modello idrologico è stato calibrato prendendo come riferimento i valori giornalieri di afflusso al Lago Maggiore determinati dal Consorzio del Ticino. Gli indici per la valutazione delle performance del modello sono l’errore medio percentuale sulla portata al

colmo (Q ) e l’errore medio percentuale sul volume defluito o ( V ):

oss

osssim

QQ

QQ

max

maxmax (Eq. 3)

oss

osssim

VV

VV

Eq. (0)

dove simQmax è la portata al colmo simulata,

ossQmax è la portata al colmo osservata, simV è il volume defluito

simulato e ossV è il volume defluito osservato, entrambi calcolati come integrale dell’idrogramma simulato

ed osservato, rispettivamente, con la regola dei trapezi. Nella Tabella 1 si riporta una sintesi degli indici di prestazione del modello nella simulazione degli eventi significativi. I grafici relativi ai risultati della simulazione per gli eventi considerati sono riportati dalla Figura.

Tabella 1. Eventi di piena significativi considerati nella calibrazione e validazione del modello idrologico. Si riportano le date dell’evento, la portata massima osservata (m

3/s), il volume defluito osservato (10

6 m

3) e gli indici di errore.

Evento Qmax Volume Q V

7 Ottobre 2000 – 28 Ottobre 2000 4479 2437 0.14 -0.028

31 Maggio 2002 – 14 Giugno 2002 3198 968 0.16 2.9

7 Novembre 2002 – 25 Novembre 2002 4892 1906 0.32 0.15

24 Ottobre 2004 – 12 Novembre 2004 2512 1613 -0.05 -0.085

15 Maggio 2008 – 5 Giugno 2008 1801 1454 -0.22 -0.17

1 Settembre 2008 – 12 Settembre 2008 2294 790 0.19 0.00

3 Novembre 2008 -17 Novembre 2008 2235 1058 0.1 0.07

26 Aprile 2009 – 11 Maggio 2009 2201 1190 0.14 0.056

4 Giugno 2009 – 20 Giugno 2009 2008 1123 -0.06 -0.26

17

Evento Qmax Volume Q V

30 Aprile 2010 – 17 Maggio 2010 1770 1298 0.10 -0.07

Media - - 0.0836 -0.0238

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

0.00E+00

5.00E+08

1.00E+09

1.50E+09

2.00E+09

2.50E+09

3.00E+09

7/10/00 14/10/00 21/10/00 28/10/00

Po

rta

ta (

m3/s

)

Vo

lum

e c

um

ula

to (

m3)

volume osservato

volume simulato

portata osservata

portata simulata

0

1000

2000

3000

4000

0.00E+00

2.00E+08

4.00E+08

6.00E+08

8.00E+08

1.00E+09

1.20E+09

31/5/02 7/6/02 14/6/02

Po

rta

ta (

m3/s

)

Vo

lum

e c

um

ula

to (

m3)

volume osservato

volume simulato

portata osservata

portata simulata

Figura 3. Simulazione dell’evento di piena di Ottobre 2000. Figura 4. Simulazione dell’evento di piena di Giugno 2002.

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

0.00E+00

5.00E+08

1.00E+09

1.50E+09

2.00E+09

2.50E+09

6/11/02 13/11/02 20/11/02 27/11/02

Port

ata

(m

3/s

)

Volu

me c

um

ula

to (

m3)

volume osservatovolume simulatoportata osservataportata simulata

0

1000

2000

3000

0.00E+00

2.00E+08

4.00E+08

6.00E+08

8.00E+08

1.00E+09

1.20E+09

1.40E+09

1.60E+09

1.80E+09

19/10/04 26/10/04 2/11/04 9/11/04 16/11/04

Port

ata

(m

3/s

)

Volu

me c

um

ula

to (

m3)


Figura 5. Simulazione dell’evento di piena di Novembre 2002. Figura 6. Simulazione dell’evento di piena di Novembre 2004.

0.00

1000.00

2000.00

0.00E+00

2.00E+08

4.00E+08

6.00E+08

8.00E+08

1.00E+09

1.20E+09

1.40E+09

1.60E+09

10/5/08 17/5/08 24/5/08 31/5/08 7/6/08 14/6/08

Port

ata

(m

3/s

)

Volu

me c

um

ula

to (

m3)


0

1000

2000

3000

0.00E+00

1.00E+08

2.00E+08

3.00E+08

4.00E+08

5.00E+08

6.00E+08

7.00E+08

8.00E+08

9.00E+08

31/8/08 7/9/08 14/9/08

Port

ata

(m

3/s

)

Volu

me

cum

ula

to (

m3)


Figura 7. Simulazione dell’evento di piena di Maggio 2008. Figura 8. Simulazione dell’evento di piena di Settembre 2008.

18

0

1000

2000

3000

0.00E+00

2.00E+08

4.00E+08

6.00E+08

8.00E+08

1.00E+09

1.20E+09

1.40E+09

2/11/08 9/11/08 16/11/08

Port

ata

(m

3/s

)

Volu

me c

um

ula

to (

m3)


0

1000

2000

3000

0.00E+00

2.00E+08

4.00E+08

6.00E+08

8.00E+08

1.00E+09

1.20E+09

1.40E+09

24/4/09 1/5/09 8/5/09

Port

ata

(m

3/s

)

Volu

me c

um

ula

to (

m3)


Figura 9. Simulazione dell’evento di piena di Novembre 2008 Figura 10. Simulazione dell’evento di piena di Maggio 2009.

0

1000

2000

3000

0.00E+00

2.00E+08

4.00E+08

6.00E+08

8.00E+08

1.00E+09

1.20E+09

1/6/09 6/6/09 11/6/09 16/6/09 21/6/09 26/6/09

Po

rta

ta (

m3/s

)

Vo

lum

e c

um

ula

to (

m3)


0

1000

2000

3000

0.00E+00

2.00E+08

4.00E+08

6.00E+08

8.00E+08

1.00E+09

1.20E+09

1.40E+09

1.60E+09

27/4/10 2/5/10 7/5/10 12/5/10 17/5/10 22/5/10

Po

rta

ta (

m3/s

)

Vo

lum

e c

um

ula

to (

m3)


Figura 11. Simulazione dell’evento di piena di Giugno 2009. Figura 12. Simulazione dell’evento di piena di Maggio 2010.

La simulazione dei livelli del lago

L’algoritmo per il calcolo del livello

Il calcolo del livello del lago è basato sulla soluzione dell’equazione di continuità (Figura ):

0 ui QQdt

dW Eq. (5)

dove W è il volume invasato, Qi la portata in ingresso e Qu la portata in uscita.

La soluzione dell’equazione di continuità, unita alle curve di invaso, )(HWW , e svaso,

)()( WQHQQ uuu , permette di valutare l’andamento delle portate in uscita ed il livello nell’invaso. Si

suppone che la superficie del serbatoio sia orizzontale (“Level pool routing”), così che il legame volume-portata sia univoco.

19

DHW

H0

H

QiQu

DHHH 0

Figura 13. Schema di calcolo del livello nel lago.

Introducendo l’Eq. (1) al posto della portata in uscita nella Eq. (2) si ottiene una equazione di secondo grado la cui soluzione positiva restituisce il livello idrometrico del lago.

2

42

1

th Eq. (6)

Dove

2

1a Eq. (7)

t

Aa

2

2 Eq. (8)

t

t

in

t

out ht

AQ

bQ

1

22 Eq. (9)

Ricostruzione dei livelli di piena

Nei grafici dalla Figura alla Figura sono riportati i risultati della simulazione dei livelli del Lago Maggiore per gli eventi di piena significativi utilizzando come input le portate di afflusso orario calcolate dal modello idrologico distribuito alimentato con le forzanti meteorologiche osservate. In Tabella è riportata la differenza (cm) tra il massimo valore di livello idrometrico simulato e quello osservato per gli eventi di piena significativi.

Tabella 2. Differenza (cm) tra il massimo valore di livello idrometrico simulato e quello osservato per gli eventi di piena significativi.

Evento Differenza (cm)

7 Ottobre 2000 – 28 Ottobre 2000 16

31 Maggio 2002 – 14 Giugno 2002 25

7 Novembre 2002 – 25 Novembre 2002 10

24 Ottobre 2004 – 12 Novembre 2004 -28

15 Maggio 2008 – 5 Giugno 2008 -21

1 Settembre 2008 – 12 Settembre 2008 -5

20

Evento Differenza (cm)

3 Novembre 2008 -17 Novembre 2008 5

26 Aprile 2009 – 11 Maggio 2009 32

4 Giugno 2009 – 20 Giugno 2009 -18

30 Aprile 2010 – 17 Maggio 2010 -6

Media 1

192.00

194.00

196.00

198.00

200.00

202.00

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

7/10/00 0:00 14/10/00 0:00 21/10/00 0:00 28/10/00 0:00

Liv

elli

[m

]

Q[m

c/s

]

Qingresso

Quscita

Livelli simulati

livelli osservati

Figura 14. Simulazione del livello del Lago Maggiore per l’evento di piena di Ottobre 2000.

192.00

194.00

196.00

198.00

200.00

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

3/6/02 0:00 5/6/02 0:00 7/6/02 0:00 9/6/02 0:00 11/6/02 0:00 13/6/02 0:00

Liv

elli

[m

]

Q[m

c/s

]

Qingresso

Quscita

Livelli simulati

livelli osservati

Figura 15. Simulazione del livello del Lago Maggiore per l’evento di piena di Giugno 2002.

21

192.00

194.00

196.00

198.00

200.00

0

2000

4000

6000

8000

10000

15/11/02 0:00 17/11/02 0:00 19/11/02 0:00

Liv

elli

[m

]

Q[m

c/s

]

Qingresso

Quscita

Livelli simulati

livelli osservati

Figura 16. Simulazione del livello del Lago Maggiore per l’evento di piena di Novembre 2002.

192.00

194.00

196.00

198.00

200.00

0

1000

2000

3000

4000

28/10/04 0:00 30/10/04 0:00 1/11/04 0:00 3/11/04 0:00 5/11/04 0:00 7/11/04 0:00 9/11/04 0:00

Liv

elli

[m

]

Q[m

c/s

]

Qingresso

Quscita

Livelli simulati

livelli osservati


193.00

194.00

195.00

196.00

0.00E+00

5.00E+02

1.00E+03

1.50E+03

2.00E+03

25/5/08 0:00 29/5/08 0:00 2/6/08 0:00 6/6/08 0:00 10/6/08 0:00

Liv

elli

[m

]

Q[m

c/s

]

Qingresso

Quscita

Livelli simulati

livelli osservati

Figura 18. Simulazione del livello del Lago Maggiore per l’evento di piena di Maggio 2008.

22

192.00

194.00

196.00

198.00

0

1000

2000

3000

4000

5000

5/9/08 0:00 9/9/08 0:00 13/9/08 0:00

Liv

elli

[m

]

Q[m

c/s

]

Qingresso

Quscita

Livelli simulati

livelli osservati

Figura 19. Simulazione del livello del Lago Maggiore per l’evento di piena di Settembre 2008.

192.00

194.00

196.00

198.00

200.00

0

1000

2000

3000

4000

1/11/08 0:00 4/11/08 0:00 7/11/08 0:00 10/11/08 0:00 13/11/08 0:00 16/11/08 0:00

Liv

elli

[m

]

Q[m

c/s

]

Qingresso

Quscita

Livelli simulati

livelli osservati


192.00

194.00

196.00

198.00

200.00

0

1000

2000

3000

4000

24/4/09 0:00 28/4/09 0:00 2/5/09 0:00 6/5/09 0:00 10/5/09 0:00 14/5/09 0:00

Liv

elli

[m

]

Q[m

c/s

]

Qingresso

Quscita

Livelli simulati

livelli osservati

Figura 21. Simulazione del livello del Lago Maggiore per l’evento di piena di Aprile 2009.

23

192.00

194.00

196.00

198.00

0

1000

2000

3000

4000

4/6/09 0:00 8/6/09 0:00 12/6/09 0:00 16/6/09 0:00

Liv

elli

[m

]

Q[m

c/s

]

Qingresso

Quscita

Livelli simulati

livelli osservati

Figura 22. Simulazione del livello del Lago Maggiore per l’evento di piena di Giugno 2009.

193.00

194.00

195.00

196.00

0.00E+00

1.00E+03

2.00E+03

3.00E+03

29/4/10 0:00 3/5/10 0:00 7/5/10 0:00 11/5/10 0:00 15/5/10 0:00 19/5/10 0:00

Liv

elli

[m

]

Q[m

c/s

]

Qingresso

Quscita

Livelli simulati

livelli osservati

Figura 23. Simulazione del livello del Lago Maggiore per l’evento di piena di Maggio 2010.

Assimilazione degli afflussi osservati

La simulazione del livello del lago durante le piene significative ha mostrato come il modello presenti una buona accuratezza, ma possa presentare un errore legato all’incertezza della modellazione dell’afflusso col modello idrologico distribuito. Ai fini di un utilizzo del sistema di simulazione del livello del lago in tempo reale con scopi operativi di ausilio nella scelta della regolazione del lago stesso, è utile prevedere un sistema di assimilazione del dato giornaliero osservato di afflusso per correggere l’eventuale errore commesso dal modello idrologico. La scelta della portata affluita come termine di riferimento è dettata dal fatto che è indipendente dalla regolazione del lago anche nei periodi asciutti e quindi direttamente confrontabile con l’output del modello idrologico. L’algoritmo implementato prevede dunque di calcolare un coefficiente di correzione a scala giornaliera sulla base del confronto tra la portata media giornaliera in ingresso al lago osservata e quella simulata dal modello idrologico. Il coefficiente correttivo viene dunque applicato ai dati del giorno per il quale il coefficiente è stato calcolato ed esteso ad un orizzonte temporale in avanti rispetto al giorno di calcolo inteso come limite entro il quale si può propagare l’errore del modello idrologico. Considerando le caratteristiche geomorfologiche dei principali affluenti del Lago Maggiore, essi presentano dei tempi caratteristici di risposta idrologica sub-giornaliera, per cui si ritiene di poter estendere l’applicazione del coefficiente correttivo fino alle 24 ore successive al giorno di calcolo. Un

24

esempio di applicazione dell’algoritmo di assimilazione delle portate di afflusso al lago osservate è mostrato per due eventi significativi (ottobre 2000 e giugno 2002) nelle figure seguenti. Si può notare come, l’algoritmo di correzione, vada a colmare progressivamente alla sua applicazione nel tempo, eventuale sovrastime o sottostime del modello idrologico.

192.00

194.00

196.00

198.00

200.00

202.00

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

7/10/00 0:00 14/10/00 0:00 21/10/00 0:00 28/10/00 0:00

Liv

elli

[m

]

Q[m

c/s

]

Qingresso

Quscita

Livelli simulati

livelli osservati

Figura 24. Esempio di applicazione dell’algoritmo di assimilazione degli afflussi osservati alla simulazione del livello del lago dell’evento di Ottobre 2000. Data correzione 14 ottobre 2000.

192.00

194.00

196.00

198.00

200.00

202.00

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

7/10/00 0:00 14/10/00 0:00 21/10/00 0:00 28/10/00 0:00

Liv

elli

[m

]

Q[m

c/s

]

Qingresso

Quscita

Livelli simulati

livelli osservati

Figura 25. Esempio di applicazione dell’algoritmo di assimilazione degli afflussi osservati alla simulazione del livello del lago dell’evento di Ottobre 2000. Data correzione 15otobre 2000.

25

192.00

194.00

196.00

198.00

200.00

202.00

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

7/10/00 0:00 14/10/00 0:00 21/10/00 0:00 28/10/00 0:00

Liv

elli

[m

]

Q[m

c/s

]

Qingresso

Quscita

Livelli simulati

livelli osservati


192.00

194.00

196.00

198.00

200.00

202.00

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

7/10/00 0:00 14/10/00 0:00 21/10/00 0:00 28/10/00 0:00

Liv

elli

[m

]

Q[m

c/s

]

Qingresso

Quscita

Livelli simulati

livelli osservati


26

192.00

194.00

196.00

198.00

200.00

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

3/6/02 0:00 5/6/02 0:00 7/6/02 0:00 9/6/02 0:00 11/6/02 0:00 13/6/02 0:00

Liv

elli

[m

]

Q[m

c/s

]

Qingresso

Quscita

Livelli simulati

livelli osservati

Figura 28. Esempio di applicazione dell’algoritmo di assimilazione degli afflussi osservati alla simulazione del livello del lago dell’evento di Giugno 2002. Data correzione 5 giugno 2002.

192.00

194.00

196.00

198.00

200.00

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

3/6/02 0:00 5/6/02 0:00 7/6/02 0:00 9/6/02 0:00 11/6/02 0:00 13/6/02 0:00

Liv

elli

[m

]

Q[m

c/s

]

Qingresso

Quscita

Livelli simulati

livelli osservati

Figura 29. Esempio di applicazione dell’algoritmo di assimilazione degli afflussi osservati alla simulazione del livello del lago dell’evento di Giugno 2002. Data correzione 6 giugno 2002.

Politiche di regolazione

Nell’ottica di utilizzare il sistema di previsione del livello del lago a supporto della scelta della regolazione del lago stesso, è utile poter disporre di scenari diversi che contemplano diverse ipotesi sulla regolazione della traversa all’incile. Si presentano di seguito due possibili regolazioni:

abbassamento totale dell’opera di sbarramento rappresentato dalla curva di svaso naturale

regolazione dell’opera di sbarramento in modo da permettere la fuoriuscita della metà della portata naturale.

27

Le due ipotesi vengono applicate a titolo di esempi a due eventi tra quelli disponibili: l’evento di piena dell’Ottobre 2000 che presenta il massimo volume tra quelli disponibili e l’evento di Settembre 2008 che, al contrario, presenta il volume minimo. Il livello del lago è stato dunque ricostruito nelle due ipotesi sopradescritte usando come dato in ingresso al lago l’afflusso osservato dal Consorzio del Ticino e partendo con l’analisi dal sesto giorno precedente il superamento del livello di massima regolazione, superato il quale, secondo il regolamento, le paratoie devono essere completamente abbattute, e quindi non è possibile ipotizzare scenari diversi da quello del deflusso naturale. In Figura 30 si mostra l’applicazione della ipotesi di deflusso naturale all’evento di piena di ottobre 2000. Si può notare come tale ipotesi comporti un valore di portata uscente più elevato rispetto a quella che è stata effettivamente rilasciata, inducendo un livello del lago più basso rispetto a quello realmente osservato. Tale effetto si risente sul primo colmo di livello ma viene completamente assorbito nello sviluppo successivo della piena quando i volumi elevati defluiti al lago compensano completamente la riduzione iniziale. In Figura si mostra l’applicazione della ipotesi di lasciar defluire la metà della portata naturale. Si nota che, in questo caso, le portate uscenti risultano comparabili a quelle che sono state rilasciate effettivamente, ottenendo quindi un andamento del livello del lago che poco si discosta dal livello realmente osservato. In Figura si mostra l’applicazione della ipotesi di deflusso naturale all’evento di piena di settembre 2008. Si può notare come questa ipotesi porti a delle portate uscenti paragonabili a quelle effettivamente rilasciate, ottenendo quindi un andamento del livello del lago che poco si discosta dal livello realmente osservato. In Figura si mostra l’applicazione della ipotesi di lasciar defluire la metà della portata naturale. In questo caso, la portata uscente risulta inferiore a quella effettivamente rilasciata, causando un incremento del livello del lago.

193.00

194.00

195.00

196.00

197.00

198.00

199.00

200.00

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

24/9/00 0:00 1/10/00 0:00 8/10/00 0:00 15/10/00 0:00 22/10/00 0:00 29/10/00 0:00

Liv

elli

[m

]

Q[m

c/s

]

Qingresso

Quscita

Livelli ricostruiti

livelli osservati

fascia +

Figura 30. Ricostruzione del livello del lago durante l’evento di piena dell’Ottobre 2000 nella ipotesi di applicare la curva di svaso naturale anche per livelli inferiori a quello di massima regolazione.

28

193.00

194.00

195.00

196.00

197.00

198.00

199.00

200.00

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

24/9/00 0:00 1/10/00 0:00 8/10/00 0:00 15/10/00 0:00 22/10/00 0:00 29/10/00 0:00

Liv

elli

[m

]

Q[m

c/s

]

Qingresso

Quscita

Livelli ricostruiti

livelli osservati

fascia +

Figura 31. Ricostruzione del livello del lago durante l’evento di piena dell’Ottobre 2000 nella ipotesi di svasare la metà della portata

corrispondente alla curva di svaso naturale per livelli inferiori a quello di massima regolazione.

193.00

194.00

195.00

196.00

197.00

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

1/9/08 0:00 8/9/08 0:00 15/9/08 0:00

Liv

elli

[m

]

Q[m

c/s

]

Qingresso

Quscita

Livelli ricostruiti

livelli osservati

fascia +

Figura 32. Ricostruzione del livello del lago durante l’evento di piena di Settembre 2000 nella ipotesi di applicare la curva di svaso naturale anche per livelli inferiori a quello di massima regolazione.

29

193.00

194.00

195.00

196.00

197.00

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

1/9/08 0:00 8/9/08 0:00 15/9/08 0:00

Liv

elli

[m

]

Q[m

c/s

]

Qingresso

Quscita

Livelli ricostruiti

livelli osservati

fascia +

Figura 33. Ricostruzione del livello del lago durante l’evento di piena di Settembre 2008 nella ipotesi di svasare la metà della portata corrispondente alla curva di svaso naturale per livelli inferiori a quello di massima regolazione.

CONCLUSIONI

L’attività descritta ha portato all’implementazione di un sistema per la previsione del livello del Lago Maggiore in occasione di eventi di piena allo scopo di fornire suggerimenti per la regolazione della traversa della Miorina. Per tale scopo è stato calibrato e validato un modello idrologico distribuito utilizzato per la stima delle portate di afflusso al lago. Il modello è stato verificato confrontando le prestazioni nella simulazione degli afflussi al lago di 10 eventi di piena significativi accaduti nel periodo compreso tra il 2000 ed il 2011. E’ stato quindi sviluppato un algoritmo esterno al modello idrologico che, ricevendo in ingresso i valori di afflusso al lago simulati dal modello idrologico, permette di ricostruire l’andamento del livello del lago e la corrispondente portata uscente, una volta definita la curva di svaso del lago. Al fine di minimizzare l’errore di simulazione del modello idrologico, è stato sviluppato un algoritmo di assimilazione che corregge la stima dell’afflusso al lago sulla base dei valori reali. Pensando all’applicazione del sistema di simulazione del livello in ausilio alla scelta della regolazione del lago, sono state individuati e testati due scenari di regolazione del lago: il primo che considera lo svaso naturale del lago secondo la scala di deflusso caratteristica dell’incile a sbarramento completamente abbassato, il secondo che ipotizza l’uscita di una portata che risulta la metà rispetto a quella dello svaso naturale.

Bibliografia Azione 2.2

Hargreaves, G. H., e Z.A. Samani. «Reference crop evapotranspiration from temperature.» Appl. Eng. Agric, 1985: 96– 99

Ponce, V. M. & Yevjevich, V. (1978) Muskingum-Cunge method with variable parameters. Hydraul. Div. ASCE, 104 (12), 1663-1667

Ponce, V. M. Engineering hydrology, Principles and Practices. New Jersey, USA: Prentice Hall, Englewood Cliffs, 1989

Rosso, R., “An introduction to spatial distributed modeling of basin response”, in: Advances in Distributed Hydrology, Water Resources Publications, 1994.

30

Tarboton, D. G., Chowdhury, T. G., Jackson Thomas, H., 1994. A Spatially Distributed Energy Balance Snowmelt Model, Utah Water Research Laboratory

Troch, P.A., De Troch, F.P., Brutsaert, W., “Effective water table depth to descrive initial conditions prior to etorm events in humid regions”, Water Resour. Res., vol 29, 427-434, 1993a.

Troch, P.A., Mancini, M., Paniconi, C., Wood, E.F., “Evaluation of distributed catchment scale water bilance model”, Water Resour. Res., 29(6), 1805-1817, 1993b.

31

Attività 2.2.2 Adeguamento delle reti di monitoraggio

Nell’ambito dell’attività 2.2.2 è stata attivata una specifica collaborazione istituzionale con il Consorzio del Ticino, funzionale a realizzare una stretta interconnessione con quanto previsto dall’attività 2.2.1, al fine di ottenere un miglioramento della base dati disponibile per lo sviluppo e l’utilizzo di strumenti previsionali idrometeorologici. Infatti, tale attività prevedeva la fornitura di uno specifico strumento di supporto alle decisioni per la regolazione della traversa della Miorina rivolto all’Ente regolatore (Consorzio del Ticino). Per la costruzione dello strumento in questione si è reso necessario confrontarsi con il Consorzio del Ticino in qualità di utente finale a cui è destinato il servizio; in particolare, il Consorzio del Ticino ha assicurato la propria attiva collaborazione in tal senso e ha garantito la messa a disposizione delle seguenti informazioni:

scala di deflusso della diga della Miorina e i rilievi topografici disponibili;

regolamento di gestione della diga ed indicazioni sulle modalità operative di regolazione della diga da inserire nel sistema di supporto alle decisioni;

la curva di invaso del Lago Maggiore, ossia della relazione tra il volume invasato e la quota del livello idrometrico;

dati di afflusso al Lago, livello idrometrico a Sesto Calende e portata erogata per il periodo storico 2000-2010.

Inoltre, si è proceduto a potenziare il sistema di monitoraggio delle portate derivate nel Ticino, attraverso la realizzazione di nuovi punti di misura e l’ammodernamento delle apparecchiature nei punti già strumentati dotandoli di sistemi di teletrasmissione. I misuratori di portata in argomento, realizzati a cura dell’Associazione di Irrigazione EST SESIA, hanno riguardato i seguenti canali ad uso irriguo: Regina Elena, Molinara di Oleggio, Naviglio Langosco; mentre il misuratore di portata del Naviglio Sforzesco (previsto dalla collaborazione istituzionale di cui sopra) non è stato realizzato, poiché è in attesa di ricevere le necessarie autorizzazioni da parte del Parco del Ticino. Il Consorzio del Ticino, attraverso il supporto dei propri utenti, ha provveduto alla creazione di un sistema comune di raccolta ed accentramento dei dati (portata affluita al lago, portata erogata dal lago e livello idrometrico del Lago Maggiore a Sesto Calende, dati dei canali) i quali vengono messi a disposizione in tempo reale alla Regione Piemonte ed al Centro Funzionale Regionale per i propri compiti istituzionali.

strategie di adattamento al cambiamento climatico per la ... · la valutazione dei risultati e la...

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