Soglie pluviometriche per l'allertamento idraulico in Lombardia: ottimizzazione di una metodologia empirica

Non-structural risk warning systems, such as Civil Protection warnings, are tools that minimize the loss of human lives and the economic costs caused by floods. The warnings may be issued by monitoring the evolution of hydro-meteorological phenomena with the support of numerical weather forecasting models and a system of discrete hydro-pluviometric thresholds that classify the criticality of the event in progress and act as precursors for the flood risk. This study aims to improve the empirical estimation methodology of a system of continuous rainfall thresholds (RTs), estimating a threshold for the start of a rainfall event and numerically optimizing the RTs parameters. Ten river catchments in Lombardy are analyzed using the “ARPA Lombardia” hydro-meteorological station network, which provides hourly hydro-pluviometric historical series lasting 15 – 25 years. The RTs estimated with the numerical optimization algorithm show a significant improvement in performance compared to the estimation method already developed for the “Hydraulic node of Milan”. Furthermore, the new method for estimating the threshold of the start of the rainfall event has allowed to differentiate the approach for each basin. By considering the initial soil moisture conditions with the "equivalent rainfall" method, results improve for most of the sections and get worse for some others. The accuracy of the RTs has been quantified through binary classification measures and their uncertainty through bootstrap resampling. The improved methodology has proven to be valid for heterogeneous basins, demonstrating its potential in the hydraulic risk warning.

I sistemi non strutturali di allertamento per il rischio idraulico, come le allerte di Protezione Civile, sono strumenti che minimizzano la perdita di vite umane e i costi economici determinati dalle alluvioni. Le allerte possono essere emesse monitorando l’evoluzione dei fenomeni idro-meteorologici grazie al supporto di modelli numerici di previsione meteorologica e di un sistema di soglie idro-pluviometriche discrete che classificano la criticità dell’evento in atto e operano da precursori per il rischio idraulico. Questo studio si propone di perfezionare la metodologia di stima empirica di un sistema di soglie pluviometriche (SP) continue, stimando una soglia di inizio evento pluviometrico e ottimizzando numericamente i parametri delle SP. Vengono presi in considerazione dieci bacini imbriferi lombardi monitorati dalla rete di sensori idro-meteorologici di ARPA Lombardia, che mette a disposizione serie storiche idro-pluviometriche orarie lunghe 15 – 25 anni. Le SP stimate con l'algoritmo di ottimizzazione numerica mostrano un miglioramento significativo delle prestazioni rispetto al metodo di stima già sviluppato per il nodo idraulico di Milano. Inoltre, il nuovo metodo di stima della soglia di inizio evento pluviometrico ha permesso di differenziare l’approccio per ciascun bacino. Considerando le condizioni di iniziale umidità del suolo con il metodo delle "piogge equivalenti" si ottengono risultati migliori nella maggior parte delle sezioni e peggiori per alcune. L’accuratezza delle SP è stata quantificata attraverso gli indici di classificazione binaria e la loro incertezza tramite il ricampionamento con metodo bootstrap. La metodologia perfezionata è risultata valida per bacini eterogenei, dimostrando le sue potenzialità per l’allertamento idraulico.