Integrazione di misure idrometriche in alveo per il monitoraggio delle portate e dei parametri di resistenza idraulica di un corso d'acqua

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1 La ricerca scientifica italiana nel campo dell idraulica: presentazione dei risultati dei progetti PRIN 2008 Ferrara, gennaio 2013 Integrazione di misure idrometriche in alveo per il monitoraggio delle portate e dei parametri di resistenza idraulica di un corso d'acqua Coordinatore: Prof. Tullio Tucciarelli Dipartimento di Ingegneria Civile, Ambientale, Aerospaziale e dei Materiali, Università di Palermo UNITÀ DI RICERCA: 1) Università degli Studi di Palermo (Prof. T. Tucciarelli) 2) Politecnico di Bari (Prof. A. Petrillo) 3) Università degli Studi della Basilicata (Prof. M. Greco) 4) CNR-IRPI di Perugia (Prof. T. Moramarco) Università degli Studi di Ferrara Polo Scientifico Tecnologico

2 Ponte San Giovanni (PG): Piena del Tevere Novembre 2005

3 Ricostruzione del solido di portata mediante un campionamento per punti o profili di tutta l area liquida attraverso sensori meccanici (mulinelli) o acustici basati sull effetto Doppler (ADV, ADP, ADCP, ) posti a contatto con la superficie liquida Limiti Difficili durante eventi di piena sia per il campionament o degli strati più profondi che per i rischi che corrono gli operatori e gli strumenti

4 Misure dirette di portata: Integrazione spaziale delle velocità puntuali misurate lungo la sezione dell alveo

5 Misure indirette: Stima della portata attraverso analisi dei livelli idrici. Gli idrogrammi dei tiranti sono registrati attraverso strumenti posti al di fuori della corrente idrica. Università degli Studi di Ferrara Polo Scientifico Tecnologico

6 Uso di modellazione numerica 1D per l analisi dei livelli idrici. Equazioni di Saint Venant: 2 q q h + + ga + ga Sf S0 = 0 t x A x ( A q + =0 t x ) q2n2 Sf = 2 4/3 A Rh

7 Alcune possibili condizioni al contorno Upstream Downstream Fr > 1 Fr < 1 h= hu* and h * = 0 or q= qu x x=0 h= h None * u h= hd* or zero diffusion Università degli Studi di Ferrara Polo Scientifico Tecnologico

8 Modello diffusivo (o zero inerzia): q2n2 Sf = 2 4/3 A Rh h + Sf S0 = 0 x A q + =0 t x Sempre una sola condizione al contorno di monte e di valle Università degli Studi di Ferrara Polo Scientifico Tecnologico

9 Sezioni di misura/calcolo del modello 1D Calcoliamo il parametro n che minimizza R t2 R= ( ( ) t1 ) 2 h2 t,n h2* dt

10 Impianto sperimentale del politecnico di Bari

11 Sperimenti A1, A2 con fondo liscio Sperimenti B1-B6 con fondo ricoperto da ghiaia (a) (b)

12 Idrogrammi dei livelli nel test B4

13 Idrogrammi delle portate nel test B4

14 Residuo calcolato nei test B1-B6 con il modello completo

15 Residuo calcolato nei test B1-B6 con il modello diffusivo

16 Applicazione al fiume Arno (giugno 1997) 600 Misurato 5 Simulato 500 Rosano Misurato 400 Rosano simulato n Portata [m /s] Incisa (sez. monte) tirante [m] /05/ /06/ /06/ /06/ /06/ tempo 0 31/05/ /06/ /06/ /06/ /06/ tempo Confronto tra gli idrogrammi misurati e calcolati dal modello numerico calibrato. Le due sezioni strumentate sono Incisa, sezione a monte, e Rosano, sezione a valle.

17 1.40 water depth [m] a) 1.00 Canale Vallo di Diana S0= A-B 3.5km B-C 3.5Km Meas. Sec. A 0.60 Meas. Sec. B Meas. Sec. C Sec. B n= /01/ /01/ time 13/01/ b) 3 discharge[m /s] Sec. A n= Sec. A n= /01/ /01/ time 13/01/

18 Tevere a Ponte Felcino Dicembre discharge [m /s] upstream measured upstream n=0.043 upstream n= water depth [m] 4 40 time [h] 3 50 ups. meas downs. meas downs. n downs. n 0.08 downs. n time [h] 50

19 Metodo

20 VANTAGGI Occorre modellare solo un piccolo tratto d alveo (poche centinaia di metri invece di diversi km) a valle della sezione di misura; Occorre evitare confluenze solo nel tratto d alveo modellato; Le misure di portata possono essere programmate e con un solo team è possibile effettuarle sequenzialmente in più sezioni.

21 Fiume Tevere: Dicembre 1996

22 Fiume Tevere: Novembre 2005

23 Ulteriori attività: - Calcolo delle sensitività della soluzione cinematica rispetto agli errori di input - Applicazione della metodologia ai fiumi Crati ed Oreto - Calcolo dell estensione ottimale del dominio di calcolo nell approccio ibrido - Estensione della metodologia al caso di afflussi laterali non trascurabili fra le sezioni di misura

24 Conclusioni sui metodi indiretti E stata validata la metodologia proposta, sia attraverso esperimenti di laboratorio che misure di pieno campo. L errore ottenuto è dello stesso ordine di quello delle misure di validazione; Condizioni ottimali di applicazione: corsi d acqua con regime fortemente torrentizio e non strumentati; E stata confermata la maggiore adeguatezza del modello diffusivo rispetto a quello completo.

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