Progetto di ricerca DeichSCHUTZ per la protezione delle dighe: misurazioni attendibili per fiumi asciutti

Progetto di ricerca DeichSCHUTZ per la protezione delle dighe: misurazioni attendibili per fiumi asciutti

Quando si verificano delle forti inondazioni le speranze delle persone interessate sono rivolte alle dighe: se reggeranno o meno. Una rottura delle dighe come quella verificatasi durante l’alluvione del 2013 a Fischbeck (Sassonia-Anhalt) ha causato enormi danni nelle zone interne del paese che ancora oggi persistono. DeichSCHUTZ, il progetto di ricerca in corso presso l’Università di Brema, si occupa di un innovativo sistema di protezione delle dighe che potrebbe evitare cedimenti di questo genere.

Nella sola Germania, le dighe proteggono le aree vicine ai fiumi per migliaia di chilometri. Secondo l’attuale livello tecnologico le dighe vengono costruite con tre zone. Le singole zone vengono costantemente realizzate con crescente permeabilità dal lato dell’acqua verso il lato a contatto con il terreno, offrendo in questo modo un buon drenaggio del corpo della diga durante un evento alluvionale. Tuttavia, in Germania ci sono ancora tante dighe vecchie realizzate con struttura omogenea, come la diga di Fischbeck che ha ceduto nel giugno del 2013 con l’esondazione dell’Elba. A differenza delle dighe a 3 zone, le dighe costruite con il vecchio sistema sono particolarmente cedevoli nel caso di piene di lunga durata. S’infiltra l’acqua negli argini e il livello freatico continua ad aumentare nel corpo della diga con il perdurare del ristagno dell’acqua. Più il livello freatico cresce, più materiale del letto del fiume si trova sotto carico. In questo modo la diga perde il peso necessario a contrastare la pressione dell’acqua. 

La stabilizzazione di una diga a rischio cedimento richiede un dispendio di materiali e di personale enorme, richiede inoltre tempo, cosa che manca in caso di inondazioni.Sono pertanto necessarie procedure di sicurezza efficaci in termini di impiego di personale, materiali e tempo, come l’impiego di sacchi di sabbia ai lati interni della diga. 

Innovativo sistema mobile di protezione delle dighe

Christopher Massolle dell’istituto di ingegneria idraulica dell’Hochschule di Brema ha sviluppato una soluzione in grado di ridurre significativamente l’impiego di tempo e di persone. Con il progetto di ricerca DeichSCHUTZ promosso dal Ministero federale tedesco per l’Istruzione e la Ricerca (BMBF) stanno lavorando ad un innovativo sistema mobile di protezione delle dighe per stabilizzare le dighe durante eventi alluvionali. In questo progetto viene impiegata anche la tecnica di misurazione della STS. 

Per collaudare il sistema mobile di protezione delle dighe è stata costruita una diga di prova nell’area della scuola tecnicaTHW a Hoya (Bassa Sassonia). È stato realizzato un bacino a forma di U con una capacità di 550 metri cubi di acqua,alla cui fine si trova una diga:

Come si può vedere dal video, sul lato sinistro della diga sono stati inseriti diversi tubi. In questi tubi si trovano sonde di livello di precisione ATM/N della STS. Nel progetto sperimentale il bacino è stato riempito con acque sotterranee. In condizioni realistiche l’acqua sale ad un’altezza di 3 metri entro 30 ore. Durante questo intervallo di tempo le sonde di livello ATM/N misurano l’evoluzione del livello freatico. Grazie ad un campo di misura della pressione da 1 a 250 mH2O su un errore totale di ≤ ± 0.30%FS (-5 fino a 50°C) il tutto avviene con una precisione al centimetro. Una volta che il livello freatico non aumenta ulteriormente, sull’argine sul lato dell’acqua viene installato il sistema mobile di protezione delle dighe per impedire un’ulteriore penetrazione delle acque freatiche. Il corpo della diga continua a prosciugarsi e l’entità della conseguente modifica della falda freatica viene misurata con le sonde di livello impiegate. Con i risultati delle misurazioni ottenuti è dunque possibile controllare la funzionalità del sistema di protezione.

Utilizzo della geomorfometria per le analisi idro-geomorfologiche in un bacino di ricerca del Mediterraneo

Utilizzo della geomorfometria per le analisi idro-geomorfologiche in un bacino di ricerca del Mediterraneo

Sommario

Lo scopo di questo articolo è applicare una procedura geomorfometrica object-based per definire le aree che contribuiscono al deflusso delle acque e sostenere un’analisi idro-geomorfologica su un bacino di ricerca di 3-km2 del Mediterraneo (Italia meridionale).

Con un’attività di monitoraggio durata tre anni sono stati raccolti e registrati dati sulla portata e sulla conducibilità elettrica su base quotidiana e sub-oraria. Le analisi chimografiche sui della Hydro 10 hanno rivelato una forte risposta idrologia stagionale nel bacino, diversa da quella dei temporali che si verificano nei periodi di piogge e di siccità. Queste analisi ci hanno permesso di definire i segni idro-chimografici distintivi legati ad un aumento della portata delle inondazioni, cosa che coinvolge progressivamente vari componenti di deflusso (flusso di base, flusso sommerso e flusso superficiale) e una crescente area che contribuisce al deflusso. Indagini sul campo e misurazioni della falda acquifera/del deflusso delle acque effettuate durante un evento temporalesco selezionato ci hanno permesso di identificare e mappare 15 specifiche aree fonte di deflusso con unità geomorfologiche omogenee, precedentemente definite come tipi idro-geomorfi (punti di primavera, infiltrazioni diffuse lungo il canale principale, infiltrazioni lungo i corridoi ripariali, deflusso diffuso dai versanti ed estrazione concentrata dalle cavità colluviali). Seguendo le procedure precedentemente proposte e utilizzate dagli autori per eseguire una mappatura geomorfologica object-based, sono state effettuate una segmentazione idro-geomorfologicamente orientata ed una classificazione con un pacchetto eCognition (Trimble, Inc). La migliore concordanza con la mappatura geomorfologica expert-based è stata ottenuta con profilo ponderato e somma di curvatura piana di 20 ad intervalli di diverse dimensioni. Unendo l’analisi-idrochimica e la mappatura degli idro-geomorfotipi object-based, la variabilità delle aree di contribuzione è stata modellata graficamente per l’evento selezionato verificatosi durante la stagione di piogge, utilizzando i valori di registro sull’accumulazione del flusso che meglio si adattano alle aree di contribuzione. I risultati ci hanno permesso di indentificare il componente di deflusso sull’idro-chimografo per ogni passaggio di tempo e di calcolare un contributo di deflusso specifico da ogni idro-geomorfotipo. Potrebbe essere utile applicare questo tipo di approccio ai 25 bacini simili dell’Ecoregione Mediterraneo costituiti da zone dominate da piogge, zone con foreste e zone non carsiche.

Leggi l’intera ricerca di studio

Source: Domenico Guida1, Albina Cuomo (1), Vincenzo Palmieri (2)
(1) Department of Civil Engineering, University of Salerno, Fisciano, 84084, Italy
(2) ARCADIS, Agency for Soil Defense of the Campania Region, 5 Naples, Italy

Monitoraggio affidabile delle acque sotterranee e di superficie in Romania

Monitoraggio affidabile delle acque sotterranee e di superficie in Romania

Serve un sistema di controllo completo con funzioni di allarme per eseguire misure precise del livello dell’acqua, elaborare prognosi affidabili per l’approvvigionamento di acqua potabile e prevedere le alluvioni. Insieme al suo partner MDS Electric Srl, la STS ha realizzato in Romania un sistema completo per la gestione delle acque sotterranee e di superficie.

La Romania ricava gran parte dell’acqua potabile dalle acque di superficie, come il Danubio, e dalle risorse idriche sotterranee. Una corretta gestione delle risorse naturali è,dunque, di grande importanza.

Per garantire la fornitura di acqua potabile e proteggersi dalle alluvioni, il paese ha investito in un’ampia infrastruttura di misurazione idrica.

Immagine 1: punto di misurazione delle acque sotterranee

In collaborazione con il partner rumeno MDS Electric Srl, nel corso degli ultimi anni sono stati installati oltre 700 datalogger e più di 350 sistemi di trasmissione dei dati in tutto il paese – incluse le zone più remote. Per questo motivo si è investito principalmente in strumenti di misura a batteria, che monitorano sia la situazione in tempo reale dei fiumi dell’area del Danubio, sia le risorse idriche sotterranee del paese.

Soluzioni di misura per applicazioni specifiche 

Si tratta di un’impresa complessa: infatti, ogni sonda ad immersione utilizzata e ogni sistema di trasmissione dei dati richiede una diversa valutazione e gestione per soddisfare le proprie condizioni. Tra l’altro, è indispensabile disporre anche di una funzione automatica di allarme nel caso vengano superati i valori limite stabiliti.

Il monitoraggio permanente del livello dell’acqua nei punti di interconnessione importanti per la fornitura dell’acqua potabile, nonché dei fiumi dell’area del Danubio, dipende da una serie di requisiti:

  • una trasmissione dei dati automatica e sicura tramite il protocollo M2M
  • funzione di allarme automatica in caso di superamento dei valori limiti
  • monitoraggio del livello e della temperatura dell’acqua, nonché, in alcuni casi, monitoraggio della temperatura ambientale
  • una soluzione server con funzioni di visualizzazione, valutazione ed elaborazione dei dati rilevati e della banca dati integrata
  • facile installazione e manutenzione
  • servizio clienti locale

Per la realizzazione di questo progetto di vasta portata, la STS ha scelto i registratori di livello DL/N 70 e WMS/GPRS/R/SDI-12 per la misurazione della pressione e della temperatura, o – a seconda delle esigenze – il trasmettitore di dati digitale DTM.OCS.S/N con interfaccia Modbus, per garantire una misurazione del livello dell’acqua altamente precisa con curva caratteristica dello 0,03 % nei punti critici.

In collaborazione con il partner locale MDS Electric Srl, la STS è riuscita a realizzare un unico sistema completo per il monitoraggio del livello delle acque. Ogni area di installazione è stata valutata in loco da esperti della MDS Electric Srl e della STS al fine di installare in ogni singolo punto di misurazione la soluzione più adeguata. Anche la stabilità a lungo termine della tecnologia di misura della pressione impiegata è garantita. Il trasmettitore Modbus DTM.OCS.S/N si distingue per un’eccellente stabilità a lungo termine con un errore totale di meno dello  0,1% annuo. Grazie al basso consumo energetico e al design resistente, questo sensore svolge il suo lavoro per anni sostanzialmente senza bisogno di riparazioni.

Ulteriori vantaggi del DTM.OCS.S/N in sintesi:

  • campo di misura della pressione: 200mbar…25bar
  • curva caratteristica: ≤ ± 0.15 / 0.05 / 0.03% FS
  • temperatura di funzionamento: -40… 85°C
  • temperatura del fluido : -5…80°C
  • interfaccia: RS485 con Modbus RTU (protocollo standard)
  • facile implementazione nel sistema esistente
  • facile regolazione della pendenza della curva e dell’offset
Prevedere i rischi naturali: misura del livello dei laghi glaciali

Prevedere i rischi naturali: misura del livello dei laghi glaciali

I ghiacciai delle Alpi sono in continuo cambiamento. Con lo scioglimento dei ghiacciai che si verifica in primavera e in estate, possono crearsi dei laghi di cui bisogna monitorare costantemente il livello per poter individuare in tempo un’inondazione. Questo richiede sensori di pressione, sonde di livello e data logger affidabili.

L’azienda svizzera Geopraevent, attiva a livello internazionale,sviluppa, installa e gestisce sistemi di allarme e monitoraggio di elevata qualità per diversi rischi naturali, tra cui valanghe, frane e inondazioni. Gli impianti sono progettati e realizzati individualmente a seconda del compito e delle condizioni locali. Attualmente sono operativi in tutto il mondo più di 60 sistemi di allarme e monitoraggio. Quando si tratta di catastrofi naturali, date le conseguenze potenzialmente gravi, non ci sono margini di errore: la tecnologia utilizzata deve funzionare per anni in modo stabile. Per questo motivo, ogni sistema è collegato ai server della Geopraevent per garantirne un corretto funzionamento. 

Misura del livello dei laghi glaciali della Plaine Morte 

Questo vale anche per l’impianto commissionato nel 2011 per il monitoraggio del ghiacciaio della Plaine Morte nelle Alpi Bernesi. In primavera, non appena le temperature si innalzano, il ghiacciaio comincia a sciogliersi (vedi il video). Dall’acqua di scioglimento si formano ogni anno tre laghi (il lago Faverges, Vatseret e Strubel), che continuano a crescere nei mesi estivi per poi di nuovo svuotarsi.

Il pericolo per il vicino comune di Lenk, che ha commissionato il progetto, deriva principalmente dal lago Faverges. Come gli altri due laghi, questo lago esiste solo nelle stagioni più calde dell’anno. Dopo la sua puntuale formazione annuale derivata dallo scioglimento della neve e del ghiacciaio, nei mesi successivi l’acqua si riscalda e cerca uno sbocco attraverso il ghiaccio. A poco a poco, questo canale di deflusso si scioglie a sua volta, il che significa che la portata aumenta costantemente. Nell’agosto 2014, ad esempio, 20 metri cubi di acqua al secondo si sono riversati sul Trüebach in direzione Lenk. Dopo che il lago glaciale si svuota, il ciclo ricomincia la primavera successiva con l’inizio del disgelo. 

Per prevedere l’inondazione del lago glaciale e mettere in atto le dovute misure di protezione, è stato installato un sistema di monitoraggio da parte della Geopraevent in grado di fornire un preallarme di uno o due giorni. Per realizzare questo progetto si è ricorso anche alla tecnologia dei sensori della STS per via, tra l’altro, delle eccezionali caratteristiche in termini di stabilità a lungo termine. 

Allarme di inondazione del lago glaciale tramite SMS 

Per riuscire a valutare costantemente il pericolo derivato dai laghi glaciali in modo realistico, sono state installate in tutto quattro stazioni di misura : una in ognuno dei tre laghi e una nel Trüebach, dove l’acqua scorre verso il comune di Lenk in caso di svuotamento del lago. 

Il livello dell’acqua dei tre laghi glaciali viene monitorato mediante sensori di pressione. Per farlo gli strumenti di misura sono stati immersi con un elicottero nel punto più profondo di ciascun lago. Le sonde di livello ATM/N/T sono collegate con un cavo ai datalogger fissati su un rialzo. I datalogger impiegati in questo caso sono alimentati a energia solare. I dati raccolti vengono trasmessi alla Geopraevent tramite rete radiomobile. Se il data logger trasmette livelli dell’acqua in calo, è un chiaro segno che il lago in questione si sta svuotando.

Stazione di misurazione sul ghiacciaio Plaine Morte (Immagine: Geopraevent)

In aggiunta alla misura del livello del lago, un radar monitora il riempimento del Trüebach. Questa stazione di misura supplementare serve a verificare se effettivamente il lago glaciale si sta svuotando in direzione del paese. Poiché il Trüebach si sviluppa lungo una gola, il radar di misura del livello, anch’esso collegato mediante un cavo a un data logger, è fissato a una corda d’acciaio tesa sopra la gola. 

Non appena nei laghi e nel Trüebach si registrano dati inferiori o superiori ai valori limite prefissati, i responsabili per il comune di Lenk vengono automaticamente informati con un SMS e possono così avviare le misure necessarie per proteggere il paese dall’inondazione.

Migliore protezione contro le anomalie climatiche grazie a sonde di livello affidabili

Migliore protezione contro le anomalie climatiche grazie a sonde di livello affidabili

Negli ultimi anni la Russia ha dovuto lottare sempre di più con le catastrofi ambientali a causa delle condizioni metereologiche estreme. Non solo ci sono stati enormi danni materiali, ma ha anche perdite di vite umane. Un vasto programma strutturale per prevedere meglio il tempo serve a limitare i rischi e sostenere la ricerca sui cambiamenti climatici.

Le anomalie climatiche, come la lunga siccità del 2010 o le forti inondazioni nella regione dell’Amurdel 2013, hanno suscitato grande attenzione e preoccupazione in Russia e non solo. In Russia, il Servizio federale di idrometeorologia e monitoraggio ambientale (Roshydromet) è responsabile per le previsioni meteo di elevata precisione e sarà ulteriormente rafforzato nell’ambito dell’Hydrometeorological Services Modernization Project-II. A tale scopo ci sarà un investimento di poco più di 139 milioni di dollari.

Questo progetto su larga scala di ammodernamento supporta il Roshydromet nel suo compito di fornire alla popolazione russa e alle amministrazioni locali informazioni affidabili e tempestive sulle condizioni meteo, idrologiche e climatiche. Allo stesso tempo, la Russia deve essere integrata meglio nel sistema globale dei servizi meteorologici. 

Le varie misure del progetto includono : 

  • il rafforzamento delle tecnologie di informazione e comunicazione per la fornitura di dati sul meteo, sul clima e sull’idrologia;
  • l’ammodernamento della rete di osservazione;
  • il rafforzamento delle istituzioni;
  • un accesso ottimizzato ai dati e alle informazioni del Roshydromet;
  • il miglioramento delle misure anti-catastrofe.

Per modernizzare la rete di osservazione idrologica del Roshydromet nei fiumi Lena, Jana, Indigirka, Viljuje Kolymaè stata posta particolare attenzione alla tecnologia di monitoraggio che funziona in modo affidabile e quasi completamente senza bisogno di manutenzione in aree difficili da raggiungere e in condizioni rigide come il permafrost.

Immagine 1: Panoramica dei punti di misurazione

Una parte dei sensori di misura necessari sono stati forniti dalla STS e, in collaborazione con l’azienda partner russa Poltraf CIS Co. Ltd., sono stati installati in 40 stazioni di misura idrologica. Il progetto includeva i seguenti requisiti: 

  • il monitoraggio permanente del livello e della temperatura dell’acqua, nonché la misura della pioggia e della neve. Ciò comprende anche l’installazione di telecamere di sorveglianza per tenere sotto controllo la formazione di ghiaccio in importanti punti strategici.
  • la trasmissione automatica e priva di errori dei dati via GPS o satellite.
  • una funzione di allarme in caso di superamento dei valori limite definiti.
  • una soluzione server per memorizzare i dati raccolti con un software di visualizzazione, valutazione ed elaborazione dati.
  • una tecnologia semplice da installare e utilizzare, che funzioni negli anni senza richiedere una grande manutenzione.
  • una preparazione professionale dei siti di misurazione.

Per soddisfare questo difficile compito è stato utilizzato, insieme ad altri, il sensore Modbus DTM.OCS.S/N/RS485. Le sonde di livello digitali misurano sia il livello che la temperatura. Grazie al design robusto e alle temperature ambientali consentite da -40 a 80 °C è possibile far fronte alle rigide condizioni, mentre l’accuratezza di ≤ 0.03 % FS assicura risultati precisi nei punti di misura critici. 

Altri vantaggi della sonda di livello in sintesi: 

  • sensore di livello digitale ad alta precisione per una facile integrazione nella rete Modbus standard.
  • adattamento personalizzato all’applicazione grazie alla costruzione modulare.
  • massima precisione per l’intero campo di temperatura grazie alla compensazione elettronica.
  • regolazionedell’offset del punto zero e dell’intervallo di misura tramite il Modbus.
  • elevata stabilità a lungo termine della cella di misura.
  • sensore ricalibrabile