La fisica durante un'alluvione

I disastri causati dalle esondazioni sono sempre più spesso nelle cronache quotidiane. Proviamo a spiegare con un po’ di fisica il collegamento tra precipitazioni e straripamenti

A chi non è mai capitato di trovarsi in una giornata di pioggia, di cercare di attraversare una strada e di dover scavalcare un piccolo fiume che scorre sull’asfalto? Immaginare come si sia formato è facile: molte gocce, poco spazio et voilà il fiumiciattolo è fatto! Fate ora diventare le gocce una pioggia torrenziale, la strada una provincia, l’asfalto un terreno zuppo d’acqua, ed eccola lì, un’alluvione!
Cosa possiamo capire in più usando la fisica?

Terreno e permeabilità

Partiamo dal terreno su cui camminiamo: per quanto compatto ci sembri il suolo è difatti pieno di microscopici pori vuoti che, quanto più sono connessi tra loro, tanto più creano passaggi per lo scorrimento di fluidi, rendendo permeabile il terreno. È facile visualizzare come l’acqua attraversi rapidamente della ghiaia o della sabbia, ben più lentamente l’argilla, e quasi per nulla una roccia come il marmo.
In ogni caso, se questi spazi vuoti si riempiono, l’acqua non sa più dove andare ed incomincia a scorrere in superficie. Quando poi la superficie è pure inclinata, come il pendio di una montagna, l’acqua fluirà più rapidamente, per andare ad accumularsi nelle zone pianeggianti a valle.

Molta pioggia, portata limitata: esondazione

Pensiamo ora ad un fiume che scorra attraverso una provincia. La sua acqua proviene da due fonti principali: via terra da un altro ramo/affluente, oppure via cielo con la pioggia. Ha anche due uscite principali: il sottosuolo o lo sbocco del fiume. La quantità d’acqua che (per es.) in un secondo attraversa una porzione di fiume ne definisce la portata.
Cosa succede se una pioggia torrenziale si abbatte sulla provincia? La precipitazione cadrà sicuramente vicino al fiume e lo ingrosserà direttamente. Cadrà però soprattutto lontano dal letto fluviale, sulle ben più ampie terre circostanti, che si impregneranno e faranno da imbuto, convogliando l’acqua verso il fiume e le zone pianeggianti.
La fisica non fa sconti: l’acqua che vi scorre all’interno non può scomparire. Quando questa non riesce più a defluire abbastanza velocemente, né nel sottosuolo né dallo sbocco fluviale, la portata massima viene superata ed il fiume esonda nei territori circostanti, che vengono inondati. Si ha così un’alluvione.

Oltre gli argini l’acqua cosa fa?

Una volta che l’acqua non è più vincolata a muoversi nell’alveo del fiume, trascinata dalla gravità verso quote più basse il suo percorso seguirà le vie a minor pressione e con meno ostacoli (che invece fanno aumentare la pressione sulla massa d’acqua bloccandola). Per esempio scenderà su un terreno al di sotto del livello del fiume, od andrà ad accumularsi su un suolo pianeggiante poco permeabile o già zuppo, o ancora scorrerà rapida in una zona con poca vegetazione (che invece farebbe da ostacolo o spugna), trascinando tutto quello che la intralcerà nel suo percorso.
E quali luoghi presentano le suddette caratteristiche? Gli insediamenti umani! Una città ha infatti le seguenti peculiarità: poca vegetazione, suoli asfaltati (quindi poco permeabili), molti ostacoli (edifici, strade, ponti,…), topografie che facilitano la confluenza dell’acqua (le strade). Tutto ciò rende le alluvioni in una città eventi particolarmente nefasti poiché l’acqua, non trattenuta da nulla, è libera di prendere velocità, accumularsi e quindi premere con forza sulle strutture cittadine. Per capirci, soli 45cm di acqua esercitano abbastanza pressione su una porta da renderne l’apertura difficilissima, come sollevare un frigorifero grande!

Guardando alle statistiche, a causa del cambiamento climatico gli eventi piovosi estremi come le alluvioni in Emilia‑Romagna del 2024 e del 2023 stanno diventando sempre più frequenti, e quanto detto ci sollecita ad avere comportamenti più attenti all’ambiente ed al modo in cui costruiamo le nostre città, cercando nel frattempo di farci trovare pronti ad affrontare i rischi di un’alluvione.

Lo sapevi che…

Cos’è esattamente la porosità?

È il rapporto tra lo spazio vuoto (i pori) ed il volume totale di un materiale. È un numero esprimibile come percentuale.

Come si definisce la permeabilità?

È la proprietà di un materiale di lasciarsi attraversare da un fluido alla velocità di 1 cm/s. Dipende dalla dimensione e da quanto efficacemente sono connessi i pori. Ad esempio le argille hanno moltissimi pori però mal connessi tra di loro, e risultano quindi poco permeabili. Si misura in darcy (= 0.987⋅10^-12 m²).

Quali significati ha il termine alluvione?

Alluvione significa sia inondazione, sia l’accumulo di detriti dovuti alla stessa come anche al costante deposito di materiale da parte di un corso d’acqua lì dove rallenta.

a cura di Gianfranco Longo