Monitoraggio termoidraulico e modellazione dell'argine del fiume Grizzaga in Fossalta di Modena

The Emilia-Romagna region has been affected by several cases of heavy rainfall and extreme weather in recent years: at times, the functionality and stability of existing river embankments was compromised, putting the surrounding area and towns at risk. In this context, riverbank monitoring plays a crucial role in preventing potential hazards. Beginning in March 2023, an experimental study was conducted on the Grizzaga River embankment in Fossalta di Modena. The aim was to validate the use of an innovative reinforced geomat equipped with Fiber Optic Sensors, capable of recording deformations, useful for remotely and in real time verifying the health of the embankment and preventing the potential triggering of internal erosion or piping phenomena. Along with the networks, four Drill and Drop probes (Sentek Sensor Technologies) were installed in the embankment, capable of recording humidity and temperature data every 20 minutes at various depths (every 10 cm), and a piezometer to track the groundwater level over time. The paper analyzes and discusses the results of the monitoring of humidity, temperature, and piezometric data: the extended observation period, approximately two years, allowed for a clearer understanding of the thermo-hydraulic processes that occur within the embankment during flood events, particularly their close connection with the initial level of humidity of the embankment, influenced by seasonal cycles and prevailing atmospheric conditions. To support the experimental analysis, a numerical model was implemented, calibrated on the monitoring data and developed using the commercial software FEFLOW. The results demonstrate the model's effectiveness as an interpretive tool for levee seepage processes under transient conditions and in partially saturated conditions. Overall, the study provides important lessons for the design of levee monitoring systems and for improving vulnerability assessments and early warning capabilities for flood protection systems.

Gli eventi meteorologici estremi che da maggio 2023 hanno colpito la regione dell’Emilia-Romagna hanno talvolta compromesso la funzionalità e la stabilità dei rilevati arginali esistenti, mettendo a rischio il territorio e i centri abitati limitrofi. In tale contesto, il monitoraggio degli argini svolge oggigiorno un ruolo cruciale nella prevenzione di potenziali scenari di pericolo. A partire da marzo 2023, è stato condotto uno studio sperimentale dal dipartimento DICA del Politecnico di Milano, in collaborazione con il dipartimento ICEA dell’Università di Padova, su un breve tratto di circa 50m dell’argine del fiume Grizzaga, a Fossalta di Modena. La finalità era di validare l’utilizzo di innovative reti strumentate posate sul paramento arginale sotto uno strato di circa 10cm di terreno di copertura, intessute di sensori in fibra ottica in grado di registrare le deformazioni, utili a verificare a distanza e in tempo reale le possibili deformazioni, per monitorare le condizioni di salute dell’argine e scongiurare eventuali inneschi di fenomeni di erosione interna o sifonamento. Contestualmente alle reti, sono stati installati nel paramento lato fiume e anche lato campagna quattro sonde di tipo Drill and Drop (Sentek Sensor Technologies) lunghe 120 cm , in grado di registrare ogni 20 minuti dati di umidità e temperatura a diverse profondità (ogni 10 cm). Inoltre, in sommità arginale è stato installato un piezometro fino alla profondità di 15 m, finestrato da 5 m a 15 m, per tracciare l’andamento del livello della falda freatica nel tempo. Il presente elaborato analizza e discute i risultati del monitoraggio dei dati di umidità, temperatura e livello piezometrico: il prolungato periodo di osservazione, di circa due anni, ha permesso di comprendere con maggiore chiarezza i processi di filtrazione che avvengono all’interno dell’argine durante gli eventi di piena, in particolare la loro stretta connessione con l’iniziale grado di umidità dell’argine, influenzato dai cicli stagionali e dalle condizioni atmosferiche prevalenti. Inoltre, a supporto dell’analisi sperimentale, è stato implementato un modello numerico, calibrato sui dati di monitoraggio e sviluppato utilizzando il software commerciale FEFLOW (prodotto da DHI). I risultati ottenuti dimostrano l’efficacia del modello come strumento interpretativo dei processi di filtrazione arginale in condizioni transitorie e in regime di parziale saturazione. Complessivamente, lo studio fornisce importanti spunti per la progettazione di sistemi di monitoraggio degli argini e per il miglioramento della valutazione delle vulnerabilità e delle capacità di early warning per i sistemi di protezione dalle inondazioni.