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Attilio Castellarin

Professore ordinario

Dipartimento di Ingegneria Civile, Chimica, Ambientale e dei Materiali

Settore scientifico disciplinare: ICAR/02 COSTRUZIONI IDRAULICHE E MARITTIME E IDROLOGIA

Temi di ricerca

Parole chiave: STIME IDROLOGICHE IN BACINI NON STRUMENTATI CURVE DI DURATA DELLE PORTATE VALUTAZIONE E MITIGAZIONE DEL RISCHIO IDRAULICO ANALISI DI FREQUENZA DEGLI ESTREMI IDROLOGICI A SCALA LOCALE E REGIONALE MODELLAZIONE IDRODINAMICA 1D E 2D EFFETTI ANTROPICI SUI PROCESSI IDROOGICI

L'attività di ricerca scientifica svolta dallo scrivente con continuità dal 1998 ad oggi si articola su diverse linee che abbracciano numerose tematiche dell'Idrologia e delle Costruzioni Idrauliche, tra cui: l'analisi di frequenza degli estremi idrologici; la ricostruzione del regime dei deflussi idrici in bacini non strumentati; la regionalizzazione dell'informazione idrologica; la gestione ottimale e sostenibile delle risorse idriche superficiali; le applicazioni idrologiche in ambiente GIS (Geographical Information System); la valutazione degli effetti antropici sui processi idrologici; la modellistica numerico-idraulica di tipo mono- e bi-dimensionale; la valutazione e la mappatura e del rischio idraulico da inondazione; la protezione idraulica del territorio.

Le principali linee di ricerca possono essere raggruppate in tre grandi ambiti:

a) messa a punto e sperimentazione di tecniche per l'analisi dei processi idrologici dominanti nella formazione dei deflussi fluviali finalizzate alla classificazione dei bacini idrografici;

b) sviluppo e verifica di tecniche innovative a base statistica per la stima delle grandezze idrologiche di progetto (c.d. valori di portata al colmo di piena, indici di deflusso di magra, altezze di pioggia di durata assegnata associati ad una prefissata frequenza probabile -tempo di ritorno-);

c) analisi numerico-sperimentali finalizzate ad affrontare problematiche ricorrenti della modellistica idraulica monodimensionale (1D), quasi-bidimensionale (quasi-2D) e bidimensionale (2D) di moto vario, con particolare riferimento alle applicazioni finalizzate alla stima della pericolosità e del rischio idraulico associati a fenomeni di inondazioni fluviali.

Linea a):
Le attività di ricerca in corso sono finalizzate alla messa a punto ed alla sperimentazione di tecniche per l'analisi dei processi idrologici dominanti nella formazione dei deflussi fluviali. L'obiettivo centrale è quello di porre le basi per sviluppare metodologie innovative per la classificazione dei bacini idrografici, soprattutto in relazione ai bacini non strumentati, con l'obiettivo pratico di supportare l'analisi regionale delle caratteristiche di frequenza dei deflussi fluviali. Tale attività prevede l'analisi degli effetti indotti dalle caratteristiche climatiche e geomorfologiche del bacino contribuente sul regime fluviale e viene condotta mediante l'impiego di consolidate tecniche di analisi regressiva multivariata. La ricerca si concentra sull'individuazione di indici parametrici di controllo (ad es. percentuale di superficie impermeabile del bacino, pendenza media dell'area contribuente, tipo di copertura vegetale, piovosità media annuale, etc.) che possano utilmente sintetizzare la dipendenza del regime di frequenza probabile delle piene e delle magre dal clima e dalle caratteristiche macroscopiche del bacino imbrifero. Le tematiche descritte sono l'oggetto di un progetto PRIN dedicato, in cui lo scrivente ricopre il ruolo di responsabile locale e rappresentano problematiche attuali, largamente dibattute dalla comunità scientifica internazionale, come testimoniato dai numerosi contributi scientifici inviati a due sessioni sull'argomento tenutesi durante le edizioni del 2006 e del 2007 dell'assemblea generale della EGU (European Geosciences Union) e coordinate dallo scrivente.

Linea b):
Una parte centrale delle attività di ricerca in questo ambito è orientata alla stima del regime di frequenza dei deflussi dei corsi d'acqua naturali  in assenza di osservazioni idrometriche (v. ad es. gruppo di ricerca internazionale PUB, Prediction in Ungauged Basins, della IAHS, International Association of Hydrological Sciences). Allo scopo, sono in corso indagini finalizzate all'esame dell'applicabilità al contesto nazionale di tecniche innovative di regionalizzazione dell'informazione idrometrica basate sull'utilizzo di procedure geostatistiche. Esse permettono di stimare il regime di frequenza dei deflussi di magra in bacini non strumentati interpolando la grandezza di interesse (portata media annuale, deflusso di magra con assegnata frequenza probabile, ecc.) nello spazio bidimensionale dei descrittori geomorfologici e climatici. In tale spazio, le coordinate x e y, rappresentative del generico bacino, sono derivate da un opportuno set di indici geomorfoclimatici mediante l'applicazione dell'analisi della correlazione canonica.
Inoltre,  con riferimento alle stima delle portate di piena per bacini non strumentati, procede la sperimentazione in diversi contesti geografici delle curve inviluppo (CI) probabilistiche delle portate al colmo di piena, che sintetizzano graficamente il regime degli estremi idrometrici osservati in una data regione. Sfruttando tali curve, recentemente proposte da un gruppo di ricerca internazionale che comprende lo scrivente, è possibile stimare graficamente la portata di progetto (c.d., portata al colmo di piena associata ad un dato livello di rischio) in sezioni fluviali prive di osservazioni con un'attendibilità confrontabile con quella delle tradizionali tecniche regionali di analisi di frequenza delle piene.
Infine, con riferimento alla stima della precipitazione di progetto, le attività di ricerca in corso si concentrano sull'analisi di frequenza dei massimi annuali di precipitazione con durata compresa tra 15 minuti ed un giorno osservati all'interno di un'estesa area dell'Italia centro-settentrionale. Per esse si sta sviluppando uno stimatore regionale dell'evento meteorico di progetto che supera un limite caratteristico delle tecniche di regionalizzazione comunemente utilizzate, in quanto prescinde dalla zonizzazione dell'area in esame in regioni omogenee.

Linea c):
La linea di ricerca comprende una serie di attività relative alla modellizzazione numerica del comportamento idraulico di corsi d'acqua naturali e dei fenomeni di allagamento. Le simulazioni numeriche adottano schematizzazioni monodiemnsionali (1D), quasi bidimensionali (quasi-2D) e bidimensionali (2D). Gli obiettivi principali delle ricerche si collocano nel contesto della protezione idraulica del territorio e della difesa dal rischio alluvionale e sono rivolti sia al miglioramento delle prestazioni degli schemi numerico-idraulici di impiego ricorrente, sia alla messa a punto di tecniche innovative per la quantificazione del rischio alluvionale nelle aree di pianura. In particolare, sono attualmente in corso attività di ricerca finalizzate alla: (a) definizione del numero minino di sezioni trasversali da impiegare per la descrizione della geometria di un tratto di corso d'acqua per modelli 1D e quasi-2D; (b) alla simulazione del comportamento idraulico del complesso sistema fluviogolenale del corso medio-inferiore del Fiume Po diretta all'identificazione delle criticità presenti lungo le arginature maestre; (c) alla costruzione di mappe di rischio alluvionale attraverso l'accoppiamento di modelli 1D e 2D. Tutte le attività menzionate impiegano descrizioni topografiche delle aree di indagine ad alta risoluzione, ottenute con moderne tecniche di rilievo (ad es. laser-scanning).