Le valanghe come fattore di rischio e di modificazione ambientale

Michele Freppaz e Margherita MaggioniUniversità di Torino

Università degli Studi di TorinoLaboratorio Neve e Suoli Alpini (LNSA)

Istituto Scientifico Angelo Mosso (2901 m slm), Alagna Valsesia (VC)

PRINCIPALI ARGOMENTI DI RICERCA:

• Manto nevoso e proprietà del suolo

• Distribuzione del manto nevoso, pedogenesi e proprietà dei suoli

• Suoli stagionalmente innevati in un clima che cambia

• Caratteristiche della neve e dei suoli sulle piste da sci

• Movimenti lenti e veloci del manto nevoso

Università degli Studi di TorinoLaboratorio Neve e Suoli Alpini (LNSA)

MOVIMENTI DEL MANTO NEVOSO

LENTI…snow gliding

VELOCI…valanghe

▪ Qual è la dinamica di una valanga?Ed in particolare di una valanga piccola?

▪ Possiamo modellarla?

I primi modelli appaiono in Russia nel 1935…

VALANGHE

Modelli di dinamica delle valanghe: evento di progetto vs evento reale

Mappe di pericolo valangheDimensionamento di opere di difesa

Comprendere la dinamica «reale» del flusso

MODELLI SEMPLICI e BEN CALIBRATI MODELLI SOFISTICATI

Modelli di recente sviluppo…RAMMS

Conservazione della massa e della quantità di moto (con entrainment)plus

Random Kinetic Energy

variazioni di densità differenza tra il fronte e la coda della

valanga

fluidizzazione nel flusso

AGREEMENT DISAFA-Natrisk and WSL-SLF for the project “Application of RAMMS in Aosta Valley, Italy: Avalanche dynamics calculations for ski-run and road safety”

P.ta SeehorevalangheSant’Anna, Pista Nera

snow gliding

I nostri siti sperimentali nel massiccio sul Monte Rosa

Ist. A. Mosso

Pista Larici valanghe bagnate

Sito sperimentale della P.ta Seehore

VIDEO

Dati sperimentali7 dicembre 2010

Barbero, M., Barpi, F., Borri Brunetto, M., Bovet, E., Chiaia, B., De Biagi, V., Frigo, B., Pallara, O., Maggioni, M., Freppaz, M., Ceaglio, E., Godone, D., Viglietti, D., Zanini, E. (2013). A new experimental snow avalanche test site at Seehore peak in Aosta Valley (NW Italian Alps) - Part II: engineering aspects. Cold Regions Science and Technology, 86, 14-21, doi10.1016/j.coldregions.2012.10.014.

Maggioni, M., Freppaz, M., Ceaglio, E., Godone, D., Viglietti, D., Zanini, E., Barbero, M., Barpi, F., Borri Brunetto, M., Bovet, E., Chiaia, B., De Biagi, V., Frigo, B., Pallara, O. (2013). A new experimental snow avalanche test site at Seehore peak in Aosta Valley (NWItalian Alps) - part I: Conception and logistics, Cold Regions Science and Technology, 85, 175-182, http://dx.doi.org/10.1016/j.coldregions.2012.09.006.

Laser scanning27 marzo 2010

BILANCIO di MASSA

Fotogrammetria

7 dicembre 2010

VELOCITA’ del FRONTE

In campo…

EROSIONE e DEPOSITO

Simulazione con RAMMS extended

7 dicembre 2010

Back calculations di valanghe ben documentate (Seehore)

Maggioni et al., in progress. Simulating small avalanche dynamics.

5 marzo 2011

5 marzo 2011

Ricerche in corso…▪ Erosione/deposito lungo il percorso.▪ Influenza di valanghe precedenti o accumuli/erosione da

vento.▪ Qual è la vera superficie di scorrimento?▪ Regime di flusso e pressioni di impatto.

Take home message:▪ I siti sperimentali sono fondamentali per conoscere la

dinamica delle valanghe e per sviluppare modelli in grado disimulare la “realtà” del fenomeno.

▪ I modelli complessi non sono al momento utilizzabili daiprofessionisti che però hanno già a disposizione modelli piùsemplici e ben calibrati.

Monitoraggio e valutazione di situazioni critiche sulla via di accesso al Rifugio Fontana Mura in Val Sangone, Coazze (TO)

Settori per Bollettino Valanghe

Carta di Localizzazione Probabile delle Valanghe (SIVA - ARPA Piemonte)

Obiettivi del progetto

Analisi delle valanghe che possono raggiungere la strada

Realizzazione di un piano di monitoraggio locale

Ideazione di una procedura per valutare le situazioni critiche per la strada di accesso al rifugio

MIGLIORE CONOSCENZA

MIGLIOR PIANO DECISIONALE

Valanghe sulla via di accesso al rifugio

Simulazioni con RAMMS per trovare eventuali soglie critiche per il raggiungimento della strada!

Valanghe sulla via di accesso al rifugio

Piano di monitoraggio

Paline in cresta

«Campo neve»

Database

Legenda

……

Spedito alla Smart Data Platform

Procedura per la valutazione delle situazioni critiche

Passi concettuali:

1. Identificazione delle situazioni critiche, sulla base di letteratura specifica;

2. Descrizione di tali situazioni attraverso i dati raccolti nel Piano di monitoraggio;

3. Valutazione della situazione attuale (descritta dai dati registrati nel Piano di monitoraggio) per confronto con le situazioni critiche identificate.

1. Identificazione delle situazioni valanghive critiche

Neve fresca

Neve ventata

Valanghe da slittamento

Neve bagnata

Strati deboli persistenti(neve vecchia)

VALANGHE SPONTANEE

2. Descrizione delle situazioni attraverso i parametri registrati nel Piano di monitoraggio

Neve fresca Valanghe da slittamento

- HN misurata al campo neve e/o alle paline sopra una certa soglia;- Valutazione delle nevicate previste. - HN misurata al campo neve e/o paline sopra una

certa soglia;- Valutazione delle nevicate previste;- Presenza di suolo nudo caldo prima della nevicata;- Osservazione di glide cracks.

3. Valutazione della situazione attuale

DATI ATTUALI

dal database

SEuna delle situazioni è

ONALLORA

la situazione attuale è critica

Routine di confronto con le situazioni critiche

individuate, nella Smart Data Platform

Progetto Inte.Ri.M

The Internet of Things for Natural Risk Management

• Realizzazione di un sistema di monitoraggio low cost;• Implementazione di una piattaforma di raccolta ed analisi dati

in tempo reale sviluppata con strumenti IoT;• Analisi di situazioni di pericolo valanghe sia dal punto di vista

tecnico che economico/gestionale.

Le domande concrete:Quanto costa prevenire con opere di protezione fissa e/o attività di monitoraggio? Quanto si perde in termini economici di indotto per una valle che viene bloccata da una valanga?

… in attesa di fondi…… in cerca di casi studio reali…

www.scatol8.net …una prima applicazione all’Istituto Angelo Mosso…

protalus rampart («nivomorene»)

Neve e Valanghe: agenti di modificazione ambientale

Lawinen Zug o avalanche furrows

(Miyazaki, 1937 e Sugiyama et al., 1987)

Lawinen Zug o avalanche furrows

(Miyazaki, 1937 e Sugiyama et al., 1987)

Erosione del suolo ad opera delle valanghe

Quando le valanghe sono difondo e/o scorrono attraversoaree prive di copertura nevosapossono incorporare ingentiquantità di suolo, detriti organicie minerali

Le aree di studio

Mont de La Saxe

Lavancher

Mont Blanc Massif

Brenva Glacier

Il sito valanghivo di Lavancher

Dislivello: 2000 m

Rocce calacaree: inghiottitoi

Valanghe che scorrono in aree non innevate

Confortola, G., Maggioni, M., Freppaz, M., Bocchiola, D. (2012) Modelling soil removal from snow avalanches: a case study in the Italian Alps. Cold Regions Science and Technology 70: 43-52, 2012.

Modellizzazione dell’erosione del suolo ad opera delle valanghe

Adattamento di un modellodi dinamica delle valanghe

Erosione del suolo possibilelungo l’intero percorso

Zona di accumulo

▪Anni: 2006, 2007, 2008▪Perimetrazione▪Stima del volume▪Campionamento regolare nella zona di accumulo (n=105)▪Prelievo (200 mL) dei primi 10 cm di neve

Freppaz M., Godone G., Filippa G., Maggioni M., Lunardi S., Williams M.W., Zanini E. (2010) Soil Erosion Caused by Snow Avalanches: a Case Study in the Aosta Valley (NW Italy). Arctic, Antarctic, and Alpine Research, Vol. 42, No. 4: 412–421

Marzo 2007

Entità del trasporto di suolo, detriti organici e minerali

2006: 240 Mg ha-1

2007: 38 Mg ha-1

2008: 10 Mg ha-1

Freppaz M., Godone G., Filippa G., Maggioni M., Lunardi S., Williams M.W., Zanini E. (2010) Soil Erosion Caused by Snow Avalanches: a Case Study in the Aosta Valley (NW Italy). Arctic, Antarctic, and Alpine Research, Vol. 42, No. 4: 412–421

Zona di accumulo

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

2006 2007 2008

% C

om

po

siti

on

of

the s

ed

imen

ts

scheletro (> 2 mm) (nero)detriti organici (> 2 mm) (grigio)terra fine (< 2 mm) (bianco)

Zona di accumulo

Caratteristiche del sedimento

Freppaz M., Godone G., Filippa G., Maggioni M., Lunardi S., Williams M.W., Zanini E. (2010) Soil Erosion Caused by Snow Avalanches: a Case Study in the Aosta Valley (NW Italy). Arctic, Antarctic, and Alpine Research, Vol. 42, No. 4: 412–421

Zona di accumulo

Caratteristiche del suolo (topsoil)

Carotaggio manuale

Rocks (%)

(>2mm)

Zona di accumulo

Caratteristiche del suolo (topsoil)

Fine Earth (%)

(<2mm)

In rosso la massima estensione dell’area valaghiva (dati Catasto Valanghe Regione Valle d’Aosta)

Movimenti del manto nevoso

VELOCI: le valanghe

Movimenti del manto nevoso

LENTI: lo snow gliding

Snow gliding

Danni causati dallo snow glidingSkilift Bärenfall, ski resort Amden, northern pre-Alps (CH)

Chairlift Pleus, ski resort Elm, northern Alps (CH)

Fonte: Margreth (2007)

Misure di protezione dallo snow gliding

Snow gliding

Scivolamento (lento, mm/giorno) del manto nevososu di un substrato (suolo, roccia……)

4 condizioni:

1. Ridotta rugosità superficiale

2. Inclinazione del pendio > 15°

3. T interfaccia substrato (e.g. suolo)/neve = 0 °C

4. Presenza di acqua libera che «lubrifica» l’interfaccia substrato/neve

1. Ridotta rugosità superficiale

2. Inclinazione del pendio > 15°

3. T interfaccia substrato (e.g. suolo)/neve = 0 °C

Istituto Scientifico A. Mosso, 2901 m slm

▪ Fusione del manto nevoso (I)

4. Presenza di acqua libera che «lubrifica» l’interfaccia substrato/neve

▪ Fusione del manto nevoso (II)

4. Presenza di acqua libera che «lubrifica» l’interfaccia substrato/neve

Anche eventi di pioggia su neve (ROS)

▪ Fusione del manto nevoso (III)

4. Presenza di acqua libera che «lubrifica» l’interfaccia substrato/neve

Fratture (glide cracks/bocche di balena) e corrugamenti del manto nevoso

▪ Fusione del manto nevoso (IV)

4. Presenza di acqua libera che «lubrifica» l’interfaccia substrato/neve

Valanghe da slittamento

Valanghe da slittamento e cambiamenti climatici

▪ Studi modellistici hanno ipotizzato poche variazioni quantitative, ma significativevariazioni nel regime dell’attività valanghiva, con un incremento della proporzionerelativa di valanghe di neve bagnata.

▪ In Svizzera, è stato evidenziato un incremento della percentuale di osservazioni divalanghe di neve bagnata rispetto alle valanghe di neve asciutta a partire dalla finedegli anni 80 del secolo scorso anche per la parte centrale dell’inverno, cioè dadicembre a febbraio.

▪ Le stagioni invernali 2008-2009 e 2013-2014 che sulle Alpi sud-orientali sono statetra le più nevose degli ultimi 100 anni, hanno evidenziato, in modo eclatante, unaproblematica particolare legata alle cosiddette valanghe da slittamento (glide-snow avalanches).

Martin E., Giraud G., Lejeune Y., Boudart G., 2001, “Impact of a climate change on avalanche hazard”, Annals of Glaciology, 32, 163-167.Eckert N., 2009, “Assessing the impact of climate change on snow avalanche activity in France over the last 60 winters using hierarchical Bayesian spatiotemporal change point models”, 8th World IMACS/MODSIM Congress, Cairns, Australia, 13-17 July 2009.Cagnati A., 2016. “Valanghe da slittamento, studi e prevenzione”, Ecoscienza n.2, 50-51.

Le aree di studio

Mont de La Saxe

Lavancher

Mont Blanc Massif

Brenva Glacier

23 Febbraio

27 Febbraio

1 Marzo

Mont de La SaxeInverno 2010

Foto Renzino Cosson

Tecniche di misura

Slittini di metallo e potenziometri

Tecniche di misura

Sensori di temperatura e umidità della neve e del suolo

Risultati

Misura dell’entità del movimento del manto nevoso

Ceaglio E., Mitterer C., Maggioni M., Ferraris S., Segor V., Freppaz M. (2017) The role of soil volumetric liquid water content during snowgliding processes. Cold Regions Science and Technology 136 (2017) 17–29

Risalita capillare d’acqua dal suolo verso il manto nevoso

4. Presenza di acqua libera che «lubrifica» l’interfaccia substrato/neve

Ceaglio E., Mitterer C., Maggioni M., Ferraris S., Segor V., Freppaz M. (2017) The role of soil volumetric liquid water content during snowgliding processes. Cold Regions Science and Technology 136 (2017) 17–29

4. Presenza di acqua libera che «lubrifica» l’interfaccia substrato/neve

Perdita di coesione del suolo

Ponti da neve

Area di distacco

Photo Renzino Cosson

Ponti da neve (1974)

Aree al di fuori dei ponti da neve

May, 2011

Grass rolls

Adapted from: Alexander Stahr, Ewald Langenscheidt 2014. Landforms ofHigh Mountains. Springer

Uno dei meccanismi

Zona di accumulo

Zona di accumulo

ESTATE:Nel suolo:▪ Bassa temperatura ▪ Elevato contenuto idrico

Le valanghe non sono solo fattori di rischio ma formidabili agentidi modificazione dell’ambiente montano

▪ La quantità di sedimenti che una valanga può trasportare èsignificativa (decine di Mg/ha)

▪ I movimenti veloci e lenti del manto nevoso possono alterare leproprietà del suolo

▪ Le proprietà del suolo (es. umidità) possono significativamenteinfluenzare i movimenti del manto nevoso

Suolo e neve: un sistema unico

Freppaz et al., 2018, Topsoil and snow: a continuum system. Applied Soil Ecology

Istituto Scientifico Angelo Mosso, Alagna Valsesia, 2901 m slm12 Dicembre 2018