Le grandi dighe sono sistemi complessi che, oltre alle opere ingegneristiche di sbarramento, comprendono anche il bacino artificiale venutosi a determinare ed i versanti ad essi circostanti. Diverse tipologie di rischi sono quindi connessi alla presenza di invasi artificiali, tra i quali i più frequenti sono rappresentati dall'instabilità dello sbarramento o delle sponde dell'invaso. Inoltre, in alcuni casi, è l'alterazione stessa degli equilibri idrologici/idrogeologici e delle pressioni in gioco determinate dalla realizzazione di un invaso di grandi dimensioni a determinare condizioni di rischio geologico (es. attivazione di frane lungo le sponde e, addirittura, attività sismica). Per questi motivi, le grandi dighe necessitano più di altre opere infrastrutturali, di un monitoraggio pervasivo dell'intero sistema sbarramento/bacino ai fini di una completa valutazione e gestione dei rischi.
Il presente progetto si pone l'obiettivo di incrementare il livello di conoscenza sulla dinamica evolutiva dell'intero "sistema" grande diga, attraverso un approccio metodologico basato sui seguenti metodi fondamentali:
1) il monitoraggio tramite tecniche di telerilevamento in grado di raccogliere informazioni su vaste zone, quali l'Interferometria SAR Satellitare Avanzata (A-DInSAR), l'analisi multi-temporale di immagini multi-spettrali satellitari e di immagini acquisite da piattaforma SAPR (Sistemi Aeromobili a Pilotaggio Remoto);
2) l'implementazione di un sistema di visualizzazione dei dati spaziali e temporali tramite realtà virtuale, ovvero un nuovo tipo di ambiente geo-scientifico e tecnologico, multidimensionale, interattivo e immersivo.
Attraverso l'applicazione di tale approccio a due grandi dighe si verificherà l'incremento conoscitivo sui rischi geologici derivanti dall'utilizzo di dati telerilevati, oggi sempre più diffusi, combinati con metodi di visualizzazione olografica (o virtuale).
L'innovatività della ricerca consiste nell'utilizzo integrato di tecniche di acquisizione di dati telerilevati e nella possibilità di renderne i risultati facilmente visualizzabili e fruibili tramite supporti di realtà virtuale in grado di ottimizzarne e facilitarne la rappresentazione.
Le grandi dighe costituiscono un sistema estremamente complesso che coinvolge ampie porzioni di territorio e che incide profondamente sulle condizioni naturali. Oltre alla modifica delle condizioni idrauliche e alla creazione di un lago artificiale, la costruzione di una diga può determinare variazioni delle condizioni idrogeologiche e delle pressioni in gioco che possono portare all'attivazione di frane che non si sarebbero altrimenti attivate nelle condizioni morfo-climatico-idrografiche naturali preesistenti.
Nei casi più importanti, quali la diga delle Three Gorges in Cina, la modifica delle condizioni idrauliche è talmente importante da essere la causa, oltre che dell'attivazione di numerose frane (Fourniadis et al., 2007), anche di numerosi terremoti di media magnitudo (Stone, 2008). Nella maggior parte dei casi la sismicità ha una bassa energia ed è registrabile solo strumentalmente, ma ci possono essere casi di terremoti importanti, anche di magnitudo maggiore di 6, come è successo per i terremoti indotti dallo sbarramento dei bacini di Koyna (India) e Aswan (Egitto; Mucciarelli, 2013). Anche la grande diga di Merowe in Sudan settentrionale, si trova nelle vicinanze di un sistema di faglie che potrebbero interagire con il bacino artificiale anche attraverso deformazioni di tipo asismico.
Alcune grandi dighe del nostro paese, come ad esempio l'invaso di Campotosto, presentano un'elevata complessità in termini di rischio geologico. Con 300 milioni di m3 di invaso e 14 km2 di superficie, quello di Campotosto rappresenta il secondo invaso per dimensione in Europa. A seguito delle sequenze sismiche che hanno coinvolto l'area della diga nel 2009 e nel 2016/2017, si è avuta chiara percezione dell'importanza di un monitoraggio comprensivo dell'intero invaso e dei relativi rischi geologici, rappresentati dall'attività della attigua faglia di Campotosto (Passone and Mai, 2017) e/o da frane sismo-indotte lungo le sponde.
In genere, le attività di monitoraggio delle dighe sono prevalentemente concentrate in corrispondenza degli sbarramenti e delle spalle e, solo in alcuni casi, in corrispondenza di alcune sponde ove siano stati riconosciuti chiari indizi di frane (ad esempio: Barla et al., 2010). In questo contesto, un importante avanzamento della conoscenza sul sistema complesso costituito da una grande diga sarà garantito dall'utilizzo sistematico di dati acquisiti tramite sistemi di telerilevamento satellitari e/o aerei. Le informazioni quantitative che si potranno ottenere attraverso l'impiego di tali tecnologie sono ad esempio: (a) variazioni delle condizioni della copertura vegetale (che possano indicare processi geomorfologici attivi in aree non accessibili); (b) variazione delle caratteristiche del terreno (es. erosione, fratturazioni etc); (c) deformazioni del corpo diga, delle spalle e delle sponde dell'invaso.
Missioni satellitari di Osservazione della Terra quali Sentinel 1 e Sentinel 2 e Cosmo-SkyMed, sono in grado di fornire dati con frequenza temporale settimanale, garantendo così un possibile controllo sull'evoluzione dei processi in atto. Inoltre, attraverso l'impiego di sistemi aeromobili a pilotaggio remoto (SAPR) dotati di sensoristica ottica, multispettrale e termica è possibile acquisire informazioni sull'evoluzione 2D e 3D di alcuni settori critici individuati grazie all'analisi interferometrica, con un maggior dettaglio e con elevate risoluzioni temporali.
Un altro importante passo in avanti rispetto alle metodologie e agli strumenti oggigiorno più utilizzati per l'integrazione e visualizzazione di grandi quantità di dati spaziali, potrà essere l'adattamento di tali dati per l'immissione in piattaforme di realtà virtuale, le cui potenzialità ad oggi non risultano ancora completamente esplorate per l'analisi dei rischi geologici, né in ambito tecnico né in quello scientifico.
Barla G, Antolini F, Barla M, Mensi E, Piovano G (2010) Monitoring of the Beauregard landslide (Aosta Valley, Italy) using advanced and conventional techniques. Engineering Geology 116: 218-235
Fourniadis IG et al. (2007) Regional assessment of landslide impact in The Three Gorges area, China, using Aster data: Wushan-Zigui: Landslides 4: 267-278
Mucciarelli M (2013) Induced Seismicity and Related Risk in Italy. Article in Ingegneria Sismica
Passone L, Mai PM (2017) Kinematic Earthquake Ground-Motion Simulations on Listric Normal Faults. Bulletin of the Seismological Society of America 107(6): 2980-2993, doi: 10.1785/0120170111
Stone R (2008) Three Gorges Dam: Into the Unknown. Science 32(5889): 628-632
DOI: 10.1126/science.321.5889.628