APPLICAZIONI GIS IN CAMPO TERRITORIALE E AMBIENTALE Agripolis 20 novembre Modellazione idrologica del bacino idrografico del torrente Astico

Transcript

1 APPLICAZIONI GIS IN CAMPO TERRITORIALE E AMBIENTALE Agripolis 20 novembre 2013 Modellazione idrologica del bacino idrografico del torrente Astico Giulia Passadore Francesco Trentin

2 MODELLO GEOMORFOLOGICO Inquadramento territoriale Analisi dei dati Estrazione Rete Idrografica Interpolazione Geostatistica Modello di Risposta Idrologica Caratterizzazione Geomorfologica Modello Calibrazione e Validazione Modello Sviluppo di un modello idrologico in grado di simulare la formazione di eventi di piena per il bacino idrografico del fiume Astico legato alle caratteristiche geomorfologiche del sistema idrografico di fondamentale rilevanza per i problemi relativi alla difesa idraulica del territorio e alla mitigazione del rischio idrogeologico

3 INQUADRAMENTO TERRITORIALE Superficie totale: 740 km² (compresi in buona parte all'interno della Provincia di Vicenza e in misura minore in quella Autonoma di Trento) Bacino montano chiuso a Ponte Pilo: 545 km²

4 Stazioni idrometriche presenti nel bacino: Astico a Pedescala e Posina a Stancari Astico a Pedescala Posina a Stancari 2 3 Ponte Pilo Astico a Pedescala km 1. Bacino del Posina: 115 km 2 2. Bacino dell'alto Astico: 140 km 2 3. Bacino dell'assa: 240 km 2 4. Bacino del Basso Astico: 50 km km Posina a Stancari 4 Ponte Pilo Legend Bacino Assa Bacino Posina Bacino Alto Astico Bacino Basso Astico Bacino Area [km 2 ] Percentuale [%] Posina Alto Astico Assa Basso Astico Totale

5 ANALISI DATI Registrazioni orarie delle precipitazioni misurate dai pluviografi all'interno o in vicinanza del bacino dell'astico Registrazioni orarie di altezza idrometrica e di portata nella sezione di chiusura del bacino a Ponte Pilo portate Andamento portate a Ponte Pilo nel periodo Apr m 3 /s Dic 2010 Nov m 3 /s Nov m 3 /s 332 m 3 /s PORTATA [m 3 /s] Nov m 3 /s Mag m 3 /s Mar m 3 /s Nov2006 Apr2008 Aug2009 Dec2010 May2012 Sep2013 TEMPO

6 UTILIZZO DEL GIS ESTRAZIONE RETICOLO IDROGRAFICO ACTOOLBOX - TAUDEM. INTERPOLAZIONE PIOGGIA SPATIAL ANALYST TOOLS INTERPOLATION ANALISI DELLA CURVATURA Spessore strato collaborante: dipendenza dalla curvatura del terreno SPATIAL ANALYST TOOLS NEIGHBORHOOD - FILTER + SURFACE - CURVATURE ANALISI TIPO DI SUOLO Conducibilità idraulica del terreno a saturazione: dipendenza dal tipo di suolo SPATIAL ANALYST TOOLS NEIGHBORHOOD - FILTER + SURFACE CURVATURE

7 ESTRAZIONE RETICOLO IDROGRAFICO RIMOZIONE DEPRESSIONI PIT REMOVAL DIREZIONI DI DRENAGGIO E AREA DRENATA PIXEL CANALE Molti metodi per eliminare PITS Estrazione buona se pendenze non trascurabili

8 ESTRAZIONE RETICOLO IDROGRAFICO INPUT OUTPUT PIT REMOVE nome.tif nomefel.tif D8 FLOW DIRECTION D8 CONTRIBUTING AREA STREAM DEFINITION BY THRESHOLD nomefel.tif nomep.tif (SENZA SEZIONE CHIUSURA) nomead8.tif (soglia) nomep.tif nomesd8.tif nomead8.tif nomesrc.tif Dem senza depressioni Flow direction slope Area contribuente (numero celle che drenano in ogni pixel) 1 SE FIUME 0 ALTROVE 3 4 D8 CONTRIBUTING AREA STREAM DEFINITION BY THRESHOLD INDIVIDUARE SEZIONE DI CHIUSURA SOPRA A PIXEL FIUME Riparto dal punto 3 nomep.tif (CON SEZIONE CHIUSURA) nomead8.tif (soglia 1 = 1000) nomead8.tif nomesrc.tif Area contribuente (numero celle che drenano in ogni pixel) 1 SE FIUME 0 ALTROVE VARIARE SOGLIA FINO A RIPRODURRE NEL MIGLIOR MODO POSSIBILE IL CORSO D ACQUA

9 IMMAGINE SATELLITARE

10 DTM SENZA PIT + HILLSHADE

11 FLOW DIRECTION (D8)

12 SLOPE (D8)

13 AREA DRENATA

14 AREA DRENATA + SEZIONE DI CHIUSURA

15 RETICOLO IDROGRAFICO

16 RETICOLO IDROGRAFICO ORDINE STRAHLER

17 Soglia su area drenata: 2200 pixel Estrazione con 51 sottobacini dd=0,308 km -1

18 ESTRAZIONE RETICOLO IDROGRAFICO OTTENUTI DOPO AVER AGGIUNTO SEZIONE CHIUSURA INPUT MODELLO GEOMOROFOLOGICO (CONNETTIVITA E COORDINATE) SHAPE FIUME IMMAGINE SOTTOBACINI

19 INTERPOLAZIONE GEOSTATISTICA PIOGGIA Pieve Tesino (O.P.Enel) Centa San Nicolò Levico (Terme) High : 295,491 Misure registrate nelle stazioni pluviometriche Passo Sommo Folgaria Terragnolo (Piazza) Lavarone (chiesa) Molini Laghi Passo Xomo Posina Vallarsa (Diga di Speccheri) Valli del Pasubio Castana Arsiero Astico a Pedescala Contra' Doppio Posina Brustole' Velo d'astico Monte Summano Asiago aeroporto PRECIPITAZIONE [mm] Low : 130,24 KRIGING Stima della precipitazione all interno dell intero bacino Distribuzione spaziale delle piogge cumulate (13 giorni): evento del dicembre 2010

20 ANALISI DELLA CURVATURA Spessore strato collaborante Valutazione curvature terreno [m -1 ]: 2 Aree concave (A CU ): z 0,2 Aree piatte (A CN ): 0,2 Aree convesse (A CD ): + Aree urbane (A URB ) 2 z 2 z 0,02 0,02 TIPO AREA Z [mm] A CU 0 A CD A CN 0 Z r Z r A URB km Legend Aree concave Aree piatte Aree convesse Aree urbane

21 ANALISI DELLA CURVATURA - SPESSORE STRATO COLLABORANTE Lo spessore dello strato collaborante relativo alle aree convesse A CD : Z( i) Z CD Z ( i) r 0,2 Curv 0,2 CD ( i) Curv CD = curvatura media nelle sole aree convesse Z r = parametro di taratura Spessore Strato Collaborante in ciascun sottobacino Z r A CN A ( i) Z CN CD ( i) A ( i) A CD ( i) CD ( i) 409,29628,68 0,154 0, ,27 470,05 0, ,39 0,183 0, ,04 0, ,67 0, ,91 0, ,76 0,152 0, ,02 430,17 0, ,13 0, ,52 0, ,69 0, ,61 0, ,41 0, ,34 0, ,59 0, ,56 0, km 789,57 0, ,31 0, ,82 0, ,96 0, ,89 0,12 825,04 0, ,32 0, ,55 0, ,28 0,116 0,081 0, ,5 807,09 0, ,04 0, ,51 0, ,46 786,02 0, ,91 0, ,57 0, ,87 0,16 936,28 0, ,85 0, ,74 0,047 0,07 902,84 0, ,2 857,79 0, ,25 0, ,22 0, ,29 0, ,92 0, ,95 812,74 0,085 0, ,87 0, ,89 0, ,36 0, ,21 0,111 Legend Z Acd_curvat (mm) Value 401,7-511,6 High : 0,69 511,6-659,3 659,3-774,2 Low : 0,02 774,2-864,1 864,1-954,9

22 ANALISI DELLA CURVATURA - SPESSORE STRATO COLLABORANTE 1 filtrato il dem 10 volte (Un filtro passa-basso leviga i dati riducendo le asperità locali) spatial analyst tools neighborhood filter (filter type: low pass) 2 calcolata la curvatura del dem filtrato (valori negativi significano aree concave up, valori positivi concave down) spatial analyst tools surface curvature 3 soglia per individuare aree concave up, concave down rispetto a concave null: curv<-0,2 concave up (fondovalle) curv>0.02 concave down (spartiacque) -0.2<curv<0.02 concave null

23 ANALISI DELLA CURVATURA - SPESSORE STRATO COLLABORANTE 4 aggiunto l urbanizzato (rasterizzare lo shape delle sole aree urbane con estensione e snap del raster curvatura) Conversion tools features to raster Geoprocessing environment processing extent 5 riclassificato (spatial analyst tools reclass reclassify) Acu 1 Acn 2 6 sommati i 2 raster (il curvatura riclassificato e l urbanizzato riclassificato) con raster calculator (spatial analyst tools map algebra raster calculator) 7 riclassificato (spatial analyst tools reclass reclassify) Acd 3 Aurb 4 8 con zonal histogram (spatial analyst tools zonal zonal histogram) contare il numero di pixel di ogni tipo in ogni sottobacino (per ottenere i m^2 moltiplicare per area 1 pixel)

24 ANALISI TIPO DI SUOLO Conducibilità idraulica a saturazione , ,5 15,5 18 Diversa tipologia di suolo (4 classi) Conducibilità Idraulica in ciascun sottobacino K ( i 0 ) K N j 1 k med K C = parametro di taratura [mm/h] C p j = frazione d area dell i-esimo sottobacino occupata dalla j-esima classe [%] p k j j 2,25 4,75 18,5 8,75 4,5 5,5 13,75 18, ,25 7,75 18,25 14, ,75 4,5 6, km km 4 12,25 13,5 2 17,75 67,5 32,5 43,75 30, ,25 91,25 9,25 17,5 19,5 19,25 19,5 19,5 19,5 19,5 19,5 16,5 19,5 19,5 19,5 19,5 Legend 19,5 Legend K0 (mm/h) 2,0-9,3 9,3-16,5 SM-SI (versanti) 16,5-32,5 VB (fondovalle) 32,5-67,5 SA-PD-LB 67,5 (rilievi) - 140,3 AA (alta pianura) k j = conducibilità idraulica della j-esima classe [mm/h] k med = conducibilità idraulica media del bacino [mm/h]

25 MODELLO DI RISPOSTA IDROLOGICA Portate reali a Ponte Pilo Analisi dei dati Caratteristiche topologiche Estrazione Rete INPUT DEL MODELLO Precipitazioni sull intero bacino Interpolazione Geostatistica Caratteristiche di ciascun sottobacino Caratterizzazione Geomorfologica Parametri di taratura

26 CALIBRAZIONE MODELLO Evento di riferimento: DICEMBRE 2010 Parametri di calibrazione K c [mm/h] 25 Z r [mm] 1000 α 0,4 c 6 a [m/s] 2,5 b 9 t URB [h] 8 t SUP [h] 8 t SUB [h] 10 t PROF [h] 350 h PROF [mm] 10 PORTATA [m 3 /s] s 0 =0,35 (modificabile) EVENTO DICEMBRE 2010: SEZIONE PONTE PILO urbano superficiale subsuperficiale profondo PORTATA MISURATA Dati reali Modello originale Volume [m 3 ] Errore [%] / 5 Picco [m 3 /s] Errore [%] / /12 22/12 24/12 26/12 28/12 30/12 TEMPO

27 VALIDAZIONE MODELLO PORTATA [m 3 /s] EVENTO 2004: SEZIONE PONTE PILO urbano superficiale subsuperficiale profondo PORTATA MISURATA PORTATA [m 3 /s] EVENTO 2004: SEZIONE PONTE PILO (EFFETTO CARSISMO) urbano superficiale subsuperficiale profondo PORTATA MISURATA /10 30/10 01/11 03/11 05/11 07/11 TEMPO 0 28/10 30/10 01/11 03/11 05/11 07/11 TEMPO

28 VALIDAZIONE MODELLO EVENTO NOV 2010: SEZIONE PONTE PILO urbano superficiale subsuperficiale profondo PORTATA MISURATA EVENTO NOV 2010: SEZIONE PONTE PILO (EFFETTO CARSISMO) urbano superficiale subsuperficiale profondo PORTATA MISURATA PORTATA [m 3 /s] PORTATA [m 3 /s] /11 12/11 14/11 16/11 18/11 20/11 22/11 24/11 TEMPO 0 10/11 12/11 14/11 16/11 18/11 20/11 22/11 24/11 TEMPO

29 APPLICAZIONI GIS IN CAMPO TERRITORIALE E AMBIENTALE Agripolis 20 novembre 2013 Modellazione idrologica del bacino idrografico del torrente Astico Giulia Passadore Francesco Trentin