Frane e sedimento

I fenomeni franosi e la dinamica dei sedimenti nell'alluvione del 2022

Di Jacopo Mengarelli

Frontone (PU), 19 settembre 2022 – Uomini e mezzi del sistema di protezione civile al lavoro per rimuovere fango e detriti dopo l'alluvione che ha colpito le Marche il 15 settembre 2022. Di Protezione Civile.

Questo capitolo tratta due aspetti legati all'alluvione del Misa 2022, entrambi inerenti alla componente di terra del territorio colpito. Stiamo parlando delle frane innescate dal nubifragio, che non riguardano gli stessi identici luoghi colpiti dall'alluvione, e il comportamento dei sedimenti, chiaramente relativi ai fiumi direttamente interessati dall'alluvione.

Frane

Foto di Protezione Civile.

La raccolta dati relativa alle frane è stata condotta sul posto dal gruppo di lavoro (senza usare il remote sensing), coprendo una superficie più grande del solo bacino del Misa e più a monte.

Le ricognizioni effettuate nel territorio compreso tra i comuni di Gubbio e Arcevia hanno messo in evidenza numerose criticità che hanno interessato scarpate stradali e versanti naturali. Questi fenomeni hanno interessato prevalentemente il versante orientale del monte Catria, colpendo in modo abbastanza serio la zona tra Sassoferrato e Serra Sant'Abbondio. Le colate detritiche in questa area hanno reso impercorribile la strada che collega i due nuclei abitati e hanno costretto all'evacuazione temporanea i frati del santuario di Fonte Avellana.

L'inventario delle frane

I gruppi di lavoro hanno realizzato e descritto un inventario, effettuato circa un mese dopo che un evento di piogge estreme ha colpito un’area di circa 5000 km² nelle regioni Marche e Umbria.

L’inventario documenta 1687 frane innescate in un’area di circa 550 km². Tutti i dissesti sono stati classificati in base al tipo di movimento e al materiale coinvolto, e documentati con fotografie di campo, ove possibile.

Nonostante il numero totale di frane non sia eccessivamente alto in assoluto (se confrontate con le circa 80mila dell'Emilia-Romagna, per esempio), a essere elevata è la loro concentrazione.

L'inventario si può scaricare a questo link

Area colpita

Geologia: sequenza umbro-marchigiana con rocce carbonatiche, marnose e arenarie
Morfologia: rilievi anticlinalici NW-SE con valli sinclinali
Clima: tipico appenninico con 950 mm di precipitazioni medie annue
Uso del suolo: prevalentemente agricolo e forestale/semi-naturale

Densità e dimensioni

densità media di circa 3,1 eventi per km²
dimensioni variabili tra 1 m² e 5,7 × 10⁴ m² a evento
area mediana: 87 m²

Classificazione delle frane

Per materiale: terra, detrito, roccia
Per tipo di movimento: scivolamento, colata, scivolamento-colata, caduta

Nell'immagine i vari tipi di frana (Santangelo et al.)

Distribuzione per materiale

A seguire le percentuali e il conteggio in termini assoluti del numeri di frane registrate, in ordine di materiale franato.

Terra

Percentuale sul totale: 60%

Conteggio assoluto: 995 frane

Detrito

Percentuale sul totale: 39%

Conteggio assoluto: 668 frane

Roccia

Percentuale sul totale: 1%

Conteggio assoluto: 24 frane

Distribuzione per movimento

A seguire le percentuali sul totale dei fenomeni registrati, in ordine di movimento effettuato dalla frana.

Scivolamenti

Percentuale sul totale: 65%

Scivolamenti-colata

Percentuale sul totale: 13%

Colate

Percentuale sul totale: 21%

Cadute

Percentuale sul totale: 1%

Di seguito sono riportate in tabelle le tipologie di frana classificate, distinguendo tra "poligoni" e "punti" (i dati sono sempre estratti dall'inventario di cui sopra).

Punti: le frane sono intese come singoli punti geografici (956 frane)

Poligoni: le frane sono intese come aree delimitate da contorni precisi (731 frane)

Il discrimine tra poligono e punto si basa su una soglia dimensionale di 225 m², equivalente a un quadrato di 15 metri per lato.

Numero di frane	Caduta		Colata		Scivolamento-colata		Scivolamento		Totale
	Poligoni	Punti	Poligoni	Punti	Poligoni	Punti	Poligoni	Punti	Poligoni	Punti
Roccia	4	14	-	-	-	-	3	3	7	17
Detrito	-	-	241	63	109	23	122	110	472	196
Terra	-	-	30	35	60	28	162	680	252	743
Totale	4	14	271	98	169	51	287	793	731	956

Area frane (in m²)	Caduta		Colata		Scivolamento-colata		Scivolamento		Totale
	N.	Area	N.	Area	N.	Area	N.	Area	N.	Area
Roccia	18	5,1 × 10³	-	-	-	-	6	6,9 × 10³	24	1,2 × 10⁴
Detrito	-	-	304	6,0 × 10⁵	132	1,9 × 10⁵	232	1,1 × 10⁵	668	9,0 × 10⁵
Terra	-	-	65	2,2 × 10⁴	88	4,9 × 10⁴	842	1,4 × 10⁵	995	2,1 × 10⁵
Totale	18	5,1 × 10³	369	6,2 × 10⁵	220	2,4 × 10⁵	1080	2,5 × 10⁵	1687	1,1 × 10⁶

Interazione con infrastrutture

Scivolamenti di terra: più concentrati vicino alla rete stradale (principalmente scarpate stradali)

Colate detritiche: meno numerose vicino alle strade ma con area cumulativa maggiore

Impatti significativi

circa il 60% delle frane entro 50 metri dalle strade
circa il 45% delle frane entro 20 metri dalle strade
interruzioni diffuse di strade nazionali e locali
danni estesi a strutture e infrastrutture

Di Protezione Civile

Fenomeni di riattivazione

Il caso di Leccia (Serra Sant'Abbondio) mostra come una colata detritica si sia riattivata tra settembre e ottobre 2022 con precipitazioni molto inferiori (meno di 17 mm/ora contro 86,4 mm/ora dell'evento principale), evidenziando condizioni di rischio residuo dopo gli eventi estremi.

Correlazione spaziale

La distribuzione delle frane mostra una correlazione molto forte con l'intensità delle precipitazioni, con il picco di densità delle frane che coincide perfettamente con il picco pluviometrico (248 mm).

Implicazioni per i cambiamenti climatici

Lo studio conferma che gli eventi pluviometrici eccezionali innescano principalmente frane a movimento rapido, che sono anche le più letali. Gli scenari climatici futuri potrebbero aumentare la frequenza di tali eventi, richiedendo maggiori sforzi nella raccolta sistematica degli effetti degli estremi climatici sull'occorrenza di frane.

Sedimento

Foto di Protezione Civile.

Tradizionalmente si ritiene che sedimenti grossolani (ghiaia, ciottoli) vengano trasportati solo come carico di fondo. Lo studio Empirical evidence from the 2022 flood in the Misa River: Suspended transport of gravel in rivers invece indaga se possano entrare in sospensione.

Le osservazioni evidenziano il potenziale dei fiumi a letto ghiaioso di trasportare sedimenti grossolani in sospensione in condizioni di piena estrema e sotto specifici vincoli geomorfologici del canale attivo. Dimostrando il ruolo della concentrazione dei sedimenti, della morfologia del canale e della dinamica di piena, la nostra ricerca fornisce nuove conoscenze sui meccanismi di trasporto solido e contribuisce a una comprensione più ampia dei processi morfodinamici che regolano i fiumi a letto ghiaioso in condizioni eccezionali.

Risultati principali

Ghiaia in sospensione documentata: sedimenti con diametri ben superiori alla sabbia sono stati trasportati non solo come "bedload", cioè "carico di fondo", ma anche in sospensione.
Le condizioni idrauliche della piena: velocità molto elevate (superiori a 5–6 m/s in certi tratti), forte turbolenza, concentrazione di energia verticale favorita dalla geometria incassata del canale.
Le evidenze mostrano depositi di ghiaia in posizioni tipiche dei carichi sospesi, non compatibili con semplice rotolamento o trascinamento al fondo.

Questo fenomeno è raro, ma in eventi estremi diventa significativo.

Distribuzione del materiale

Nel grafico a fianco si osservano i parametri relativi alla dimensione del materiale in funzione della distanza dalla sorgente (longitudinal distance), tra i paesi di Arcevia e Pianello d'Ostra, per 24 km.

Gli Overbank deposits (depositi di tracimazione) sono i sedimenti che si depositano al di fuori del canale principale del fiume quando l'acqua tracima dalle sponde durante le piene.

I Riverbed sediments (sedimenti dell'alveo) sono i sedimenti che costituiscono il letto del fiume, che rappresentano il materiale di fondo del fiume e hanno generalmente dimensioni leggermente maggiori rispetto ai depositi di tracimazione.

Implicazioni scientifiche

Sfida ai modelli classici: la dicotomia "fini = sospensione / grossolani = fondo" non è assoluta.
Nuovi parametri di modellazione: gli attuali modelli di trasporto solido fluviale potrebbero sottostimare il contributo di sedimenti grossolani in sospensione.
Eventi estremi come laboratorio naturale: le piene eccezionali permettono di osservare dinamiche invisibili in condizioni ordinarie.

Implicazioni pratiche

Gestione del rischio idrogeologico: la mobilizzazione sospesa di ghiaia aumenta il potenziale distruttivo delle piene (urti, abrasioni, danni a infrastrutture).
Ingegneria fluviale: occorre considerare anche il trasporto sospeso di grossolani per progettare opere idrauliche e difese spondali.
Ambiente e morfologia fluviale: questo tipo di trasporto influenza la dinamica dei canali incassati, i cicli di erosione-deposizione e l’habitat acquatico.

Area studio. Brenna et al.

Parametri della dimensione dei grani dei Overbank deposits e dei Riverbed sediments rappresentati in funzione della distanza longitudinale lungo il tratto in studio. Brenna et al.

I ricercatori

Foto di Protezione Civile.

Coordinamento gruppo di lavoro: Lorenzo Marchi, Istituto di ricerca per la protezione idrogeologica (IRPI-CNR)

Al gruppo di lavoro che studia gli aspetti geomorfologici dell’evento partecipano ricercatori del CNR IRPI, del Politecnico di Milano (Dipartimento di Ingegneria Civile e Ambientale), dell’Università di Padova (Dipartimento di Geoscienze), dell’Università di Urbino (Dipartimento di Scienze Pure e Applicate) e dell’Università di Modena e Reggio Emilia (Dipartimento di Scienze Chimiche e Geologiche). Le ricerche sono finalizzate alla valutazione degli effetti morfologici dell’evento meteorico e della piena che ne è conseguita.

«Abbiamo potuto osservare un’attitudine generalmente positiva da parte delle popolazioni delle località colpite, che ha fornito interessanti testimonianze sulla piena. L’interazione con la popolazione, da sviluppare con incontri mirati, può contribuire ad aumentare la consapevolezza su pericoli e rischi legati a fenomeni delle piene, alluvionali e di frana»

Lorenzo Marchi
^IRPI-CNR

Foto di Protezione Civile.