- Monitoraggio ambientale

ProgettoRIO: monitoraggio innovativo del fiume Misa (Senigallia, Italia)

Airone Cenerino (Ardea cinerea) sul fiume Misa (Senigallia, Italia).
Airone Cenerino (Ardea cinerea) sul fiume Misa (Senigallia, Italia).

Si tratta di un progetto di sorveglianza dei corsi d’acqua che segnala lo stato di un bacino fluviale e le sue condizioni di allagamento, monitorando costantemente l’ambiente per allertare la popolazione e le autorità quando il rischio di esondazione di un fiume è elevato. E’ innovativo perchè utilizza strumentazione originale (brevettata) appositamente progettata e costruita: una rete di sofisticati sensori, controllati a distanza da una centrale di supervisione, misura costantemente i parametri dell’ambiente fluviale segnalando eventuali situazioni di pericolo.

Ne parlo qui, raccontando la storia con soddisfazione e orgoglio: è il frutto di una mia idea che si è concretizzata grazie alla collaborazione (e al sostegno economico) delle due aziende che rappresento: RadioAstroLab e FASAR Elettronica, entrambe di Senigallia (AN). Esiste, inoltre, un collegamento di principio fra la strumentazione utilizzata nel ProgettoRIO e gli esperimenti che osservano il cielo descritti in queste pagine. Se ti fa piacere, puoi consultare il blog dedicato al ProgettoRIO per approfondire l’argomento.

Il fatto che l’acqua presente in un terreno esposto all’atmosfera sia ben visibile per un radiometro a microonde, affermazione supportata da solide basi teoriche, ha suggerito l’idea di modificare e ottimizzare alcuni strumenti di nostra produzione per tentare una sperimentazione sulle sponde del fiume Misa che, attraversando la città di Senigallia (AN), sfocia nel mare Adriatico centrale. E’ ancora fresca nella memoria dei senigalliesi l’ultima alluvione (maggio 2014) che ha provocato gravissimi danni alle persone e alle cose. Le peculiari caratteristiche dei fiumi appenninici, una gestione del terrritorio spesso non adeguata e l’incombenza dei mutamenti climatici, hanno accentuato il rischio idrogeologico, con crescente preoccupazione della popolazione riguardo lo stato del fiume e i suoi frequenti eventi di piena con rischio esondazione. La possibilità di utilizzare i nostri strumenti per una nuova e utile applicazione, orientata alla sorveglianza e alla tutela del nostro territorio, ha stimolato la nascita del ProgettoRIO.

Verificata la teoria di base che regola il funzionamento del progetto, dal 2015 è stata pianificata una campagna di misurazioni lungo tutto il percorso del Misa per verificare il corretto funzionamento della strumentazione e per gettare le basi della complessa elaborazione dei dati acquisiti. Questi test hanno anche orientato la scelta del sito per la futura campagna di monitoraggio annuale. Le seguenti immagini mostrano la strumentazione (portatile) utilizzata nelle prime prove che, con mia grande soddisfazione, si è dimostrata versatile nell’impiego e molto sensibile alle variazioni in estensione delle zone bagnate nel bacino fluviale. I sensori sono robusti, economici e caratterizzati da prestazioni affidabili e ripetibili.

Prime misurazioni radiometriche a microonde (marzo 2015) che stimano la percentuale di allagamento del bacino del Misa. Dopo numerose verifiche strumentali lungo tutto il percorso fluviale, come sito ideale per la prima campagna di monitoraggio (Ottobre 2020 - Dicembre 2021) si è scelta la zona visibile dal ponte che attraversa il fiume lungo la strada comunale che collega le frazioni Brugnetto e Bettolelle, nell'entrotrerra senigalliese.
Prime misurazioni radiometriche a microonde (marzo 2015) che stimano la percentuale di allagamento del bacino del Misa. Dopo numerose verifiche strumentali lungo tutto il percorso fluviale, come sito ideale per la prima campagna di monitoraggio (Ottobre 2020 – Dicembre 2021) si è scelta la zona visibile dal ponte che attraversa il fiume lungo la strada comunale che collega le frazioni Brugnetto e Bettolelle, nell’entrotrerra senigalliese.

Una grande quantità di dati è stata acquisita, avendo dedicato tempo e fatica per garantire continuità delle misure su differenti scenari del bacino fluviale. Questi dati, opportunamente elaborati e analizzati, hanno fornito importanti informazioni sul funzionamento della strumentazione e sullo stato dell’ambiente fluviale al variare delle condizioni ambientali e meteorologiche. E’ stato possibile tracciare profili di umidità e mappe delle zone di allagamento dell’area sorvegliata, evidenziando molto bene le loro variazioni stagionali e individuando soglie di allerta per eventuali eventi di piena del fiume. Ovviamente, il sistema segnala altrettanto efficacemente condizioni di siccità alle quali, come sembra, dovremo abituarci nel futuro prossimo.

Forte di questa esperienza, in Ottobre 2020 ho avviato la prima campagna di monitoraggio a lungo periodo della sezione di bacino visibile dal ponte sulla strada comunale Brugnetto-Bettollele (immagini seguenti), attività che si è sviluppata per tutto il 2021. Analoga sperimentazione, con lievi modifiche nel protocollo di misura, è iniziata il 1 Gennaio 2022 ed è tutt’ora in corso.

In attesa di installare un gruppo di sensori che osservano costantemente il bacino fluviale e trasmettono automaticamente i dati verso una stazione remota di supervisione e di controllo, ho programmato sessioni di misura a cadenza quasi giornaliera utilizzando strumentazione portatile.

Radiometri a microonde, appositamente progettati e costruiti per la campagna di monitoraggio del ProgettoRIO, che sorvegliano il bacino fluviale del Misa dal ponte sulla strada comunale Brugnetto-Bettolelle (Senigallia - AN).
Radiometri a microonde, appositamente progettati e costruiti per la campagna di monitoraggio del ProgettoRIO, che sorvegliano il bacino fluviale del Misa dal ponte sulla strada comunale Brugnetto-Bettolelle (Senigallia – AN).

Si tratta, effettivamente di un lavoro faticoso, specialmente durante le fredde giornate invernali e i torridi mesi estivi. D’altra parte, la quantità e la qualità delle informazioni, ottenute con regolare continuità, ha evidenziato molto bene le variazioni stagionali delle aree bagnate e asciutte del bacino fluviale, alimentate dalle piogge locali, rivelate da speciali sensori radiometrici a microonde di nostra costruzione. Osservando come varia l’ambiente fluviale durante l’anno, si notano i marcati periodi di magra o di siccità durante i mesi estivi ed i pericolosi episodi di piena, con rischio esondazione, durante i mesi primaverili o invernali. Questi capricci del nostro fiume sono ben visibili nelle seguenti mappe, ottenute da ripetute scansioni radiometriche della stessa sezione del bacino.

Strumenti utilizzati, rispettivamente, per mappare le aree bagnate dell'ambiente fluviale (immagine a sinistra) e per segnalare gli eventi di pioggia che, insistendo sulla regione, alimentano il regime delle acque (immagine a destra).
Strumenti utilizzati, rispettivamente, per mappare le aree bagnate dell’ambiente fluviale (immagine a sinistra) e per segnalare gli eventi di pioggia che, insistendo sulla regione, alimentano il regime delle acque (immagine a destra).
Mappa in falsi colori (periodo Aprile-Dicembre 2021) che descrive come varia nel tempo la percentuale di inondazione del bacino fluviale nella sezione di misura. La quantità di acqua/umidità presente nel terreno varia con il colore: si passa dal colore blu indicativo di una regione asciutta, al colore rosso che segnala la presenza di acqua libera in superficie. L’asse orizzontale indica la larghezza della sezione di misura (ponte sulla strada provinciale Brugnetto-Bettolelle), l’asse verticale i giorni trascorsi dall’inizio dell’anno. Si notano i due eventi di piena, con rischio esondazione, che si sono verificati alla fine dell'anno.
Mappa in falsi colori (periodo Aprile-Dicembre 2021) che descrive come varia nel tempo la percentuale di inondazione del bacino fluviale nella sezione di misura. La quantità di acqua/umidità presente nel terreno varia con il colore: si passa dal colore blu indicativo di una regione asciutta, al colore rosso che segnala la presenza di acqua libera in superficie. L’asse orizzontale indica la larghezza della sezione di misura (ponte sulla strada provinciale Brugnetto-Bettolelle), l’asse verticale i giorni trascorsi dall’inizio dell’anno. Si notano i due eventi di piena, con rischio esondazione, che si sono verificati alla fine dell’anno.
Variazione stagionale della larghezza del corso d'acqua durante il 2021.
Variazione stagionale della larghezza del corso d’acqua durante il 2021.

I seguenti grafici illustrano gli andamenti dei parametri fluviali monitorati dal ProgettoRIO durante il 2022 (zona Brugnetto-Bettolelle e zona in località Osteria di Serra De Conti). L’informazione principale è associata alla funzione di allagamento della sezione di bacino sorvegliata. Questo parametro, fisicamente collegato con l’ammontare e con l’estensione superficiale di umidità/acqua libera in un terreno, è definito calibrando il sensore in modo tale che, quando osserva un suolo secco, asciutto e totalmente privo di vegetazione la misura è nulla, mentre osservando una superficie di acqua dolce che occupa tutto il campo di vista dello strumento la misura è 100 unità arbitrarie. Si tratta di una pratica scala di misura correlata con la percentuale di umidità/allagamento dello scenario osservato.

Le tre curve del primo grafico (zona Brugnetto-Bettolelle) rappresentano, rispettivamente, l’ampiezza del corso d’acqua (traccia di colore blu) e la funzione di allagamento di due regioni dell’area golenale (normalmente asciutte) a metà del bacino e vicino all’argine opposto al flusso d’acqua (tracce di colore rosso e verde). Quando il fiume è in piena, il bacino è completamente allagato: le curve convergono verso il limite superiore della scala (100) segnalando uno stato di allerta, con rischio esondazione. Il contrario si verifica in condizioni di siccità: come avviene nei mesi estivi, le curve tendono verso i valori minimi della scala.

Monitoraggio 2022 del fiuma Misa nelle località Brugnetto-Bettolelle e a Serra De Conti.
Monitoraggio 2022 del fiuma Misa nelle località Brugnetto-Bettolelle e a Serra De Conti.

Il secondo grafico (traccia di colore nero) è riportato come riferimento e confronto per le nostre misurazioni: riporta il livello del pelo dell’acqua letto ogni giorno sull’asta igrometrica installata nei piloni del ponte e gestita dalla Protezione Civile regionale.

Il terzo e quarto grafico mostrano, rispettivamente, le variazioni dinamiche del flusso d’acqua (velocità e turbolenza) e una stima sulla frequenza e sull’intensità degli eventi locali di pioggia.

Mappa 2022 delle zone bagnate e asciutte relativa alla sezione del bacino in località Brugnetto-Bettolelle, confrontabile con l'analoga mappa del 2021.
Mappa 2022 delle zone bagnate e asciutte relativa alla sezione del bacino in località Brugnetto-Bettolelle, confrontabile con l’analoga mappa del 2021.

Grafici analoghi sono riportati per i rilievi effettuati nel sito di Serra De Conti, più a monte rispetto a Senigallia.

Concludendo, elaborati i dati acquisiti si ottiene una rappresentazione grafica che visualizza la quantità di acqua presente nel bacino fluviale (percentuale di allagamento), le sue variazioni, la sua dinamica, la frequenza e l’intensità delle precipitazioni meteorologiche. Grazie a queste informazioni, regolarmente aggiornate, è possibile individuare e fronteggiare con tempestività potenziali situazioni di rischio.

La Protezione Civile Regionale, il Comune di Senigallia e il Dipartimento di Ingegneria Civile (Idraulica) dell’Università Politecnica delle Marche sono stati informati sugli sviluppi del ProgettoRIO che attenzionano con interesse.

Da parte delle aziende che rappresento, è stata fornita ampia disponibilità a promuovere una sperimentazione che prevede l’installazione di un certo numero di sensori collegati in rete lungo il percorso del Misa e gestiti da una stazione centrale di raccolta dati da noi organizzata. Sarà a nostro carico la fornitura dei sensori e la loro manutenzione, mentre l’amministrazione comunale provvede all’installazione dei supporti e alla fornitura dell’energia elettrica (i consumi sono molto ridotti). Lo scopo è dimostrativo e sperimentale: si tratta di avviare un progetto di monitoraggio in tempo reale che sorveglia il nostro fiume e i suoi capricci, dimostrando l’efficacia di sensori innovativi sviluppati e costruiti “in casa” ( è proprio il caso di dirlo…) dalla collaborazione di due aziende senigalliesi che operano nel settore dell’elettronica avanzata da oltre 20 anni.

Dettagli sul ProgettoRIO si trovano qui: https://www.progettorio.com/.

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