ACCORDO DI COLLABORAZIONE SCIENTIFICA TRA REGIONE TOSCANA E DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA CIVILE E AMBIENTALE DELL’UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI FIRENZE PER ATTIVITA’ DI RICERCA PER LA MITIGAZIONE DEL RISCHIO IDRAULICO NELLA REGIONE TOSCANA Macroattività B - Modellazione idrologica Attività B1: Regionalizzazione precipitazioni ANALISI DI FREQUENZA REGIONALE DELLE PRECIPITAZIONI ESTREME Enrica CAPORALI, Valentina CHIARELLO, Giuseppe ROSSI RELAZIONE TECNICA FINALE Revisione Marzo 2014 Accordo Collaborazione Scientifica RT-UNIFI ATTIVITA’ B1: Analisi di frequenza regionale delle precipitazioni estreme RELAZIONE TECNICA FINALE INDICE INDICE ........................................................................................................... 1 LISTA DELLE FIGURE ................................................................................. 3 LISTA DELLE TABELLE .............................................................................. 6 PREMESSA ................................................................................................... 8 1. INTRODUZIONE ............................................................................. 11 2. DISTRIBUZIONI DI FREQUENZA DELLE PRECIPITAZIONI ESTREME.................................................................................................... 12 2.1. Gumbel ......................................................................................... 13 2.2. Fréchet ......................................................................................... 14 2.3. Weibull .......................................................................................... 15 2.4. GEV .............................................................................................. 16 2.5. Log-Normale ................................................................................. 17 2.6. Gibrat ............................................................................................ 18 2.7. Gamma ......................................................................................... 19 2.8. Esponenziale ................................................................................ 19 2.9. TCEV ............................................................................................ 20 3. LA REGIONALIZZAZIONE DELLE PRECIPITAZIONI ................... 24 3.1. Procedura gerarchica di regionalizzazione ................................ 26 3.2. Metodologie per l’individuazione di regioni e subregioni omogenee ................................................................................................ 32 3.3. Il terzo livello della regionalizzazione ........................................ 43 4. STUDI SULLA VALUTAZIONE DELLE PRECIPITAZIONI ESTREME IN TOSCANA ............................................................................ 45 5. ANALISI DI FREQUENZA REGIONALE ........................................ 48 5.1. Area di studio e dataset pluviometrico utilizzato ........................ 48 Validazione del dataset ............................................................................ 51 5.2. Distribuzione utilizzata............................................................... 55 5.3. Suddivisione in regioni e subregioni e stima regionale dei parametri della distribuzione .................................................................... 56 5.4. Determinazione della curva di crescita per le piogge sub- giornaliere di massima intensità (1h, 3h, 6h, 12h e 24h) ......................... 76 Marzo 2014 1 Accordo Collaborazione Scientifica RT-UNIFI ATTIVITA’ B1: Analisi di frequenza regionale delle precipitazioni estreme RELAZIONE TECNICA FINALE 5.5. Determinazione della curva di crescita per le piogge massime sub-orarie di durata 30 minuti. ................................................................. 85 5.6. Pioggia Indice ............................................................................ 89 5.7. LSPP ....................................................................................... 100 6. SOMMARIO DELLE ATTIVITÀ ..................................................... 107 BIBLIOGRAFIA ......................................................................................... 112 ALLEGATI ................................................................................................. 117 Marzo 2014 2 Accordo Collaborazione Scientifica RT-UNIFI ATTIVITA’ B1: Analisi di frequenza regionale delle precipitazioni estreme RELAZIONE TECNICA FINALE LISTA DELLE FIGURE Figura 5.1: Stazioni di misura pluviometrica giornaliera, con serie storiche maggiori di 30 anni, sul DTM – modello digitale del terreno di risoluzione 70 m dell'area di indagine.................................................................................. 48 Figura 5.2: Distribuzione spaziale dei coefficienti di asimmetria G (a) e Lsk (b) osservati....................................................................................................... 58 Figura 5.3: Distribuzione spaziale dei coefficienti di variazione Cv (a) e Lcv (b) osservati....................................................................................................... 59 Figura 5.4: Distribuzioni di frequenza teoriche (linea nera) e campionarie (○) dei coefficienti G, Cv, Lsk, Lcv Regione Nord-Tirrenica..................................... 68 Figura 5.5: Distribuzioni di frequenza teoriche (linea nera) e campionarie (○) dei coefficienti G, Cv, Lsk, Lcv Regione Nord-Ovest.......................................... 69 Figura 5.6: Distribuzioni di frequenza teoriche (linea nera) e campionarie (○) dei coefficienti G, Cv, Lsk, Lcv Regione Appennino-Amiata.............................. 70 Figura 5.7: Distribuzioni di frequenza teoriche (linea nera) e campionarie (○) dei coefficienti G, Cv, Lsk, Lcv Regione Centro-Sud.......................................... 71 Figura 5.8: Legge di distribuzione TCEV. Curve di crescita teoriche (linea rossa) e osservate (○) per la regione Nord-Tirrenica (in alto) e Nord-Ovest (in basso)........................................................................................................... 73 Figura 5.9: Legge di distribuzione TCEV. Curve di crescita teoriche (linea rossa) e osservate (○) per la regione Appennino-Amiata (in alto) e Centro-Sud (in basso)........................................................................................................... 74 Figura 5.10: Variazione del fattore di crescita KT in funzione del tempo di ritorno per le diverse regioni omogenee.................................................................. 75 Figura 5.11: Suddivisione dell’area di studio in regioni omogenee. In figura sono rappresentate le regioni statisticamente omogenee e le 351 stazioni pluviometriche con più di 30 anni di dati, utilizzate nel presente studio. In secondo piano è presente la divisione in bacini idrografici e il modello digitale del terreno (DTM)......................................................................................... 76 Marzo 2014 3 Accordo Collaborazione Scientifica RT-UNIFI ATTIVITA’ B1: Analisi di frequenza regionale delle precipitazioni estreme RELAZIONE TECNICA FINALE Figura 5.12: Legge di distribuzione TCEV per la regione Nord-Tirrenica. Confronto tra distribuzioni di frequenza cumulata e Curve di crescita teoriche valide per d≥ 3 ore ed 1 g (linea rossa grafico a)) e d=1ora (linea viola grafico b))................................................................................................................. 78 Figura 5.13: Legge di distribuzione TCEV per la regione Nord-Ovest. Confronto tra distribuzioni di frequenza cumulata e Curve di crescita teoriche per 3 ore≤d≤ 24ore (linea viola grafico a)) e d=1 ora (linea viola grafico b))......... 80 Figura 5.14: Legge di distribuzione TCEV per la regione Appennino-Amiata. Confronto tra distribuzioni di frequenza cumulata e Curve di crescita teoriche valide per 1 ora≤d≤ 12ore (linea viola grafico a)) e d=24 ore ed 1 giorno (linea rossa grafico b)).................................................................................. 81 Figura 5.15: Legge di distribuzione TCEV per la regione Centro-Sud. Confronto tra distribuzioni di frequenza cumulata e Curve di crescita teoriche per 6h≤d≤24h (linea rossa grafico a)) e d=1 h e d=3 h(linee viola grafici b), c))..83 Figura 5.16: Legge di distribuzione TCEV. Confronto tra distribuzione di frequenza cumulata sperimentale delle altezze di pioggia massime annue di durata 30' adimensionali (○) e Curva di crescita teorica valida per d=1ora (linea viola) per la regione Nord-Tirrenica a), Nord-Ovest b), Appennino-Amiata c), Centro-Sud d).............................................................88 Figura 5.17: Cumulata Media Annuale di Precipitazione (MAP) per la regione Toscana da dati 1916-2003.......................................................................... 92 Figura 5.18: Esposizione calcolata a partire da DTM 10 x 10 m...................... 93 Figura 5.19: Valore medio delle serie temporali a valori estremi di precipitazione (hm) di durata 1 ora interpolati su tutta la Regione....................................... 95 Figura 5.20: Valore medio delle serie temporali a valori estremi di precipitazione (hm) di durata 3 ore interpolati su tutta la Regione....................................... 95 Figura 5.21: Valore medio delle serie temporali a valori estremi di precipitazione (hm) di durata 6 ore interpolati su tutta la Regione....................................... 96 Figura 5.22: Valore medio delle serie temporali a valori estremi di precipitazione (hm)