Il modello REFLEX, sviluppato da Fondazione CIMA, simula l’inondazione dovuta ad eventi alluvionali, garantendo tempi di calcolo rapidi e precisione anche su grandi bacini fluviali. Testato in contesti come il fiume Zambesi e l’alluvione nelle Marche, REFLEX gestisce fenomeni complessi come backwater effect e coastal expansion, normalmente presenti solo in modelli idrodinamici fisicamente basati. La velocità di calcolo e l’affidabilità lo rendono uno strumento efficace per la previsione del rischio di alluvioni e per l’allerta precoce
Immaginiamo di voler prevedere l’impatto di un’alluvione: serve sapere la portata, ossia quanta acqua c’è nel fiume, e se questa supererà una soglia di allerta lungo il suo percorso, esondando e allagando le aree circostanti. Ma come si distribuirà il volume di acqua esondata? Quali infrastrutture può danneggiare?
Per rispondere a queste domande, chi fa ricerca in ambito idrologico e idraulico si basa di solito su modelli che, partendo dai dati loro forniti quali osservazioni o previsioni meteorologiche, eseguono una serie di calcoli per fornire degli scenari di inondazione. Un primo strumento che aiuta a rispondere a queste domande è rappresentato dai modelli idrologici, che si concentrano sulle portate fluviali (dunque l’acqua presente in una data sezione del fiume in uno specifico momento) e dicono se vi è un rischio di esondazione, ma non come avverrà. A questo ovviano i modelli idraulici, che rappresentano un secondo tassello di quella che va a formare una vera e propria catena per la valutazione dell’impatto di un’eventuale alluvione. Ma qualche problema si pone: per esempio, nella difficoltà di conciliare l’accuratezza dei risultati con la possibilità di ottenerli in tempi rapidi, in grado di seguire l’evoluzione di fenomeni che si sviluppano anche molto rapidamente, così da poter mettere in campo risposte tempestive.
È in questo contesto che si inserisce il nuovo modello REFLEX, da poco descritto in un nuovo articolo pubblicato sul Journal of Flood Risk Management. «Si tratta di un modello sviluppato interamente da Fondazione CIMA. Negli ultimi cinque anni lo abbiamo implementato sia in Italia sia in altre regioni del mondo nell’ambito di progetti internazionali, e questo ci ha dato modo di valutarlo in diversi casi studio», spiega Lorenzo Alfieri, ricercatore dell’ambito Idrologia e Idraulica di Fondazione CIMA e co-autore dello studio.
Ti presento REFLEX
Cosa caratterizza il modello REFLEX? Come altri modelli geomorfologici, REFLEX è uno strumento che, a partire dalla morfologia del territorio e da un volume di esondazione, mira a rappresentare le condizioni di massima inondazione (massima estensione e profondità) senza la necessità di simulare l’intera dinamica dell’evento. Questi risultati, sovrapposti a mappe che raccolgono le informazioni su infrastrutture e popolazione, sono la base per una stima dell’impatto dell’evento. REFLEX si basa sul concetto HAND (Height Above Nearest Drainage). In breve, il modello classifica il territorio in base alla sua elevazione relativa rispetto ai corsi d’acqua, fornendo una rappresentazione efficace della topografia locale: permette così di identificare rapidamente le aree che più facilmente possono essere inondate in base a quanto sono elevate rispetto al fiume esondato.
Di diverso rispetto ad altri modelli geomorfologici, REFLEX porta due elementi principali. Il primo è l’uso di volumi d’acqua fisicamente basati: molti altri modelli eseguono le loro simulazioni “immaginando” livelli idrici estesi indefinitamente, generando talvolta volumi irrealistici di esondazione in zone molto pianeggianti. REFLEX invece considera volumi di piena realistici, calcolati in base al tempo che impiega l’onda di piena a transitare lungo ciascun tratto di fiume.
Secondo elemento di novità è l’inclusione nel modello di due fenomeni idraulici che di solito sono considerati solo in modelli idrodinamici fisicamente basati. Il back water effect è quello che si verifica quando, a causa della morfologia del terreno, la piena fluviale porta all’inondazione non solo del terreno a valle o circostante, ma anche di quello più a monte; può avvenire per esempio se una gola restringe il letto del fiume. La coastal expansion, invece, è il fenomeno che si verifica a livello degli estuari (in mari o laghi) quando l’alluvione va a interessare bacini limitrofi, creando la tipica forma a delta.
«Siamo riusciti a implementare questi fenomeni nel modello REFLEX senza che venisse compromessa la velocità di calcolo», spiega Alfieri. «Questo ci permette di usarlo anche su bacini molto vasti e in diversi scenari alluvionali, elemento fondamentale per simulazioni climatiche che tengano in considerazione i possibili scenari del cambiamento climatico».
Dall’Italia all’Africa
E in effetti, come descritto nell’articolo appena pubblicato, ricercatori e ricercatrici di Fondazione CIMA hanno potuto sfruttare REFLEX in diversi contesti. Il modello è stato usato per esempio durante l’alluvione nelle Marche del 2022, ma anche nell’ambito di progetti internazionali che hanno portato il modello a lavorare nelle Figi e Vanuatu, in Laos e Cambogia. «Il bacino più vasto sul quale abbiamo usato REFLEX è stato quello del fiume Zambesi, il quarto più grande del continente africano. È stato il contesto perfetto per testare il modello in condizioni di disponibilità minima di informazioni provenienti dalle stazioni al suolo, che scarseggiano in tutto il bacino», continua Alfieri.
«Ciascuno dei casi di studio su cui abbiamo testato REFLEX ne ha mostrato l’affidabilità dei risultati. Inoltre, lo abbiamo validato confrontandolo sia con mappe di inondazione prodotte da modelli idrodinamici che con dati satellitari di mappatura degli eventi alluvionali».
Il tutto con tempi di calcolo che appaiono decisamente vantaggiosi anche per i non addetti ai lavori: dieci minuti appena per le simulazioni eseguite sul fiume Magra, con una risoluzione di soli 5 metri; e poco più di quattro ore per le simulazioni sul bacino dello Zambesi, ossia circa 200 volte in meno di una simulazione idrodinamica equivalente.
«Queste caratteristiche confermano l’utilità del modello REFLEX all’interno di catene modellistiche che permettano di prevedere i potenziali impatti di un’alluvione. Certo, ci sono ancora alcuni limiti su cui lavoreremo per migliorare il modello: per esempio, nel calcolo delle mappe di profondità delle inondazioni REFLEX assume come costante la quota dell’acqua di inondazione lungo ogni tratto fluviale, mentre è intuitivo che l’acqua possa aumentare o diminuire nei diversi tratti del fiume (influenzando l’alluvione nei terreni circostanti)», conclude Alfieri. «Tuttavia, questo lavoro ci mostra il ruolo fondamentale che modelli affidabili, completi e al contempo efficienti nei calcoli, possono avere per l’allerta precoce delle alluvioni».