Deflusso superficiale lungo le strade rurali: analisi e soluzioni di mitigazione mediante impiego di droni

In the last decades the growing anthropization of agricultural areas has led to a growing development of road networks. The presence of roads in fact has many advantages, favouring movement between areas that are difficult to reach, faster transport of products and more efficient agronomic operations. At the same time the presence of roads can contribute to the activation of soil degradation phenomena (erosion, surface landslides) during intense weather events, especially where there is an ineffective water management through adequate drainage systems, as well as a result of an inadequate planning and maintenance of the road networks themselves. The development of digital photogrammetric techniques (for example the “Structure from Motion” technique), combined with the use of remote piloted systems (drones) has progressively encouraged the possibility of performing high resolution topographic analysis repeated over time and at low cost, allowing the processing of digital terrain elevation models (DEMs) with centimeter detail. Furthermore, the possibility of integrating the use of specific hydrological models with such photogrammetric techniques represents a further useful tool for carrying out hydro-geomorphological analyzse at a field scale. This thesis therefore has the objective to analyze how the presence of drainage systems along a rural road located in a terraced vineyard affects the surface water dynamics. The study area under consideration is steep slope terraced vineyard located in the province of Trento (Italy), characterized by the presence of a rural road without adequate water management systems and by the repeated activation of surface landslides. The hydrological dynamics under examination were analyzed by simulating the presence of specific surface drainage systems (longitudinal and cross ditches), by means of specific editing operations in the GIS environment of the DEM obtained from the drone. The SIMWE hydrological model (SIMulated Water Erosion model) was then used starting from the real absence of drainage systems and hypothesizing various scenarios with different positioning of the ditches along the road. It was thus possible to carry out a quantitative analysis of the surface runoff along the road for each scenario. The results suggest how the presence of drainage systems along rural roads influence the dynamics of surface water runoff over time, highlighting the importance of effective water management along agricultural road networks, especially in steep slope areas subject to soil degradation phenomena. This works also highlights how the integrated use of drones and hydrological models represents a particularly useful tool for better planning of road networks in agriculture, in order to prevent and mitigate the occurrence of agricultural land degradation.

Negli ultimi decenni la crescente antropizzazione delle aree agricole ha portato ad un crescente sviluppo delle reti viarie. La presenza di strade infatti presenta numerosi vantaggi, favorendo lo spostamento tra zone di difficile raggiungimento, un trasporto più rapido dei prodotti e operazioni agronomiche più efficienti. Allo stesso tempo la presenza di strade può contribuire all’attivazione di fenomeni di degrado del suolo (erosione del terreno, frane superficiali) durante eventi meteo intensi, soprattutto laddove vi è un’inefficace gestione dell’acqua mediante adeguati sistemi di drenaggio, così come in seguito ad una non ottimale pianificazione e manutenzione delle reti viarie stesse. Lo sviluppo delle tecniche fotogrammetriche digitali (per esempio la tecnica “Structure from Motion”), combinate con l’utilizzo di sistemi a pilotaggio remoto (droni) ha progressivamente incentivato la possibilità di realizzare analisi topografiche ad alta risoluzione ripetute nel tempo e a basso costo, consentendo l’elaborazione di modelli digitali di elevazione del terreno (DEMs) a dettaglio centimetrico. Inoltre, la possibilità di integrare l’utilizzo di specifici modelli idrologici con tali tecniche fotogrammetriche rappresenta un ulteriore strumento utile ad effettuare analisi idro-geomorfologiche a scala di campo. La presente tesi ha pertanto l’obiettivo di analizzare come la presenza di sistemi di drenaggio lungo una strada rurale situata in un vigneto terrazzato influenzi le dinamiche idriche superficiali. L’area studio presa in esame è un vigneto terrazzato ad elevata pendenza situato in provincia di Trento (Italia), caratterizzato dalla presenza di una strada rurale sprovvista di adeguati sistemi di regimazione idrica e dalla ripetuta attivazione di frane superficiali. I processi idrologici in esame sono stati analizzati simulando la presenza di sistemi di drenaggio superficiale (canalette longitudinali e trasversali), mediante specifiche operazioni di editing in ambiente GIS del DEM ricavato da drone. Il modello idrologico SIMWE (SIMulated Water Erosion model) è stato quindi utilizzato a partire dalla reale assenza di sistemi di drenaggio e ipotizzando vari scenari con diversi posizionamenti delle canalette lungo la strada. È stato così possibile effettuare una analisi quantitativa del deflusso superficiale lungo la strada per ogni scenario. I risultati suggeriscono come la presenza di sistemi di drenaggio lungo le strade rurali influenzi le dinamiche del deflusso superficiale dell’acqua nel tempo, evidenziando l’importanza di una efficace gestione dell’acqua lungo le reti viarie agricole, soprattutto in aree a forte pendenza soggette a fenomeni di degrado del suolo. Il presente lavoro evidenzia inoltre come l’utilizzo integrato di droni e modelli idrologici rappresenti uno strumento particolarmente utile per una migliore pianificazione delle reti stradali in agricoltura, al fine di prevenire e mitigare il verificarsi di fenomeni di degrado del suolo agricolo.