Analisi degli scenari storici e futuri delle precipitazioni estreme e delle portate al picco nel bacino del torrente Vegliato (Gemona del Friuli –UD)

The hydrographical network in Friuli Venezia Giulia is rather complex, especially in the mountain areas. In fact, in the alpine and pre-alpine area, most of the streams are torrential watercourses with medium-small basins characterised by sharp slopes and unstable areas. Sediment availability combined with precipitation events creates the right conditions for debris floods or debris flows. The chosen study area is the Vegliato torrent basin (Gemona del Friuli -UD), which has the characteristic just described, in particular has a basin area of 4.4 km2, very steep slopes and several sediment sources. The basin has complex lithological and permeability characteristics, which leads to the stream being dry most of the time, but during intense rainfall events, the stream response is rapid and concentrated in a short period. That creates the conditions of sediment transport events as debris floods and debris flows. Since now, no models of the hydrological response of this basin have been elaborated yet, but these could be relevant in a climate change scenario and increase of intense rainfall, for the characterisation of sediment transport events and the hydro-erosive activity of the basin. For the alpine region, there is a significant trend in warming and an increase in extreme events due to the climate change. To make projections of the future climate, many climate models have been developed based on different emission scenarios that describe many factors closely linked to the climate change. Local scale models, Convection-Permitting Models (CPM), compared to models with lower resolution, represent with more accuracy the orographic surface and the convective atmospheric phenomena that generate short and intense rainfalls. Future local scale projections can be used to simulate the variation of temperature and precipitations, but also to identify possible changes in basins water discharge. In this thesis, the general objective is to understand how short precipitation influence flood peaks for the Vegliato torrent (Gemona del Friuli-UD), in particular those with a return level of 100 years. Specific objectives are: (i) analysis of extreme events with historical observed precipitation data (rain gauges) and CPM climate model data for the end of century scenario; (ii) morphometric characterisation of the basin; (iii) hydrological response modelling (flood hydrograph) for the historical and future scenario for the Vegliato basin. The results show that the Vegliato torrent has a CN value of 52-57 and presents a rapid response for intense precipitation events (1.5-2 hours) that generate flood peaks of 25-45 m3/s according to the antecedent moisture content of the soil. The analysis identify for the end of century scenario a mean increase of 19% in 1-hour rainfall events in the study zone. The simulations for the future scenario considered an increase of the intensity of short precipitation of both +20% and +40% (in line with previous studies); these variations lead to an increase in the peak flow rate in the study basin up to 80% for the most severe scenario.

In Friuli Venezia Giulia, la rete idrografica si presenta piuttosto articolata, soprattutto in ambiente montano. Infatti, nella fascia alpina e prealpina la maggior parte dei corsi d’acqua sono di natura torrentizia, con bacini medio-piccoli caratterizzati da versanti ripidi e aree in dissesto. La disponibilità di sedimento, unita agli eventi di precipitazione, creano le condizioni per l’innesco di colate detritiche o flussi iper-concentrati. L’area di studio scelta è quella del bacino del torrente Vegliato (Gemona del Friuli -UD), che presenta le caratteristiche appena descritte, in particolare, si estende per un’area di appena 4.4 km2, presenta pendii molto ripidi e numerose aree sorgenti di sedimento. Il bacino presenta caratteristiche litologiche e di permeabilità complesse, che fan sì che per la maggior parte del tempo il torrente risulti secco ma che, durante gli eventi di pioggia intensi, la sua risposta idrologica sia rapida e concentrata in poco tempo. Questo porta alla generazione di eventi di trasporto solido come flussi iper-concentrati e colate detritiche. Attualmente non sono state ancora elaborate modellazioni circa la sua risposta idrologica, ma queste potrebbero risultare importanti per la caratterizzazione degli eventi di trasporto solido e del comportamento idro-erosivo del bacino, in particolare in uno scenario di cambiamento climatico ed aumento delle precipitazioni intense. Per la regione alpina, i cambiamenti climatici mostrano una tendenza marcata verso il riscaldamento e l’aumento dei fenomeni estremi. Per fare delle proiezioni sul clima futuro sono stati elaborati numerosi modelli climatici basati su diversi scenari di emissione che descrivono l’evoluzione di diversi fattori strettamente connessi con il cambiamento climatico. I modelli a scala locale, Convection-Permitting Models (CPM), rispetto a modelli meno risoluti, permettono una rappresentazione più accurata dell’eterogeneità della superficie terrestre e dei fenomeni atmosferici convettivi che generano eventi di pioggia di breve durata e forte intensità. Le proiezioni future a livello locale, oltre ad essere utilizzate per simulare le variazioni in termini di temperature e precipitazioni, possono essere anche utilizzate per individuare le possibili variazioni nella risposta idrologica in termini di deflussi e di valore di portata al picco. In questo lavoro di tesi, l’obiettivo generale è quello di comprendere come le precipitazioni di breve durata influenzino i picchi di piena, in particolare quelli con tempo di ritorno pari a 100 anni, per il bacino del torrente Vegliato (Gemona del Friuli-UD). Obiettivi specifici sono stati: (i) analisi degli estremi di precipitazione sia con dati di precipitazione storici osservati (pluviometri) che con dati di un modello climatico CPM per lo scenario di fine secolo; (ii) caratterizzazione morfometrica del bacino; (iii) modellazione della risposta idrologica (idrogramma di piena) del bacino del Vegliato, per lo scenario storico e futuro. I risultati ottenuti evidenziano che il bacino del torrente Vegliato presenta un valore di CN medio di 52-57 e ha una risposta rapida agli eventi di precipitazione intensa di breve durata (1.5-2 ore) che portano alla generazione di picchi di piena di 25-45 m3/s a seconda delle condizioni antecedenti di saturazione del suolo. L’analisi del cambiamento per la fine del secolo ha individuato un aumento medio delle precipitazioni di 1 ora del 19% nell’areale di studio. Le simulazioni per gli scenari futuri hanno considerato un aumento dell’intensità delle precipitazioni sia di +20% che di +40% (in linea con precedenti studi); questi incrementi si riflettono in un aumento della portata al picco del bacino di studio fino all’80% per lo scenario più gravoso.