SEMINARIO. La valutazione della pericolosità idraulica: modellazione 1D - 2D Calibrazione di un modello 1D Il caso studio del fiume Tevere

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1 SEMINARIO La valutazione della pericolosità idraulica: modellazione 1D - 2D Calibrazione di un modello 1D Il caso studio del fiume Tevere Ing. Eleonora Spada Università degli Studi di Palermo Palermo, 24 marzo 2017

2 I modelli numerici per l idraulica costituiscono uno strumento di fondamentale importanza per la simulazione dei fenomeni idrodinamici negli alvei naturali ed artificiali nonché nelle aree soggette ad allagamento SUPPORTO ALLA PROGETTAZIONE MAPPATURA DEL RISCHIO IDRAULICO ANALISI SUL TRASPORTO SOLIDO SISTEMI DIPREVISIONE E GESTIONE IN TEMPO REALE consentono di simulare anticipatamente gli effetti al suolo previsti nelle ore e giorni successivi; rendono possibile l attivazione delle opportune misure di protezione civile nonchè l avvio di azioni correttive volte alla riduzione degli impatti.

3 L evoluzione dei modelli numerici impiegati in ambito fluviale scaturisce da tre fattori: indirizzi normativi a livello sia nazionale sia comunitario; Direttiva Europea sulle Piene(FloodDirective2007/60/CE) Direttiva Europea sulle Acque (Water Framework Directive 2000/60/CE) i progressi sul piano tecnico-scientifico; le importanti nonché rapide innovazioni nel campo dell informatica. CALCOLATORI SEMPRE PIÙ POTENTI METODOLOGIE DIPROGRAMMAZIONE SEMPRE PIÙ RAFFINATE

4 Nell ambito della valutazione della pericolosità e del rischio idraulico risulta cruciale la scelta della tipologia di modellistica idraulica ottimale (modello 1D, 2D, ecc.) e delle sue modalità di applicazione. Zona 1D Zona 2D SCHEMA GEOMETRICO MODELLO MONODIMENSIONALE MODELLO BIDIMENSIONALE

5 QUANDO È PREFERIBILE UN APPROCCIO 1D? Portate di magra e di morbida; Flusso unidirezionale; Disponibilità di idrometri e geometria delle sezioni. QUANDO È PREFERIBILE UN APPROCCIO 2D? Portate di piena con flussi normali alla direzione del canale; Disponibilità del DEM o di curve di livello e punti quotati; Necessità di calcolare i tiranti e le velocità nelle aree allagate.

6 (1) 2 Q ( Q / A) h + + ga + gas ( f S0) = 0 t x x (2) A Q + = p t x (3) S f = Q K 2 2 conveyance Q= portata A=sezione idrica g= accelerazione di gravità S 0 = pendenza dell alveo S f = resistenza al moto per unità di peso h= altezza idrica K= conveyance

7 Lungo un canale fluviale la forza di gravità supera usualmente la forza di inerzia. Nel modello diffusivo l equazione del moto diventa: (4) 2 H Q = x K 2 ( H, n) Procedendo alla sostituzione dell Eq.(4) nell Eq. (2) è possibile ricavare l Eq.(5) nell incognita H: (5) 1/2 H 1 H H p K( H, n) = t B x x x B

8 Valutazione della conveyance k in un modello idraulico monodimensionale FORMULA DI MANNING(approccio classico) Q= * R A n Ri DCM(DividedDivided Channel Method) Metodi avanzati(es (es. IDCM)

9 Valutazione della conveyance k in un modello idraulico monodimensionale Metodi avanzati(es (es. IDCM) Formula di Manning IDCM DCM

10 Calibrazionedel parametron Modello idraulico monodimensiale Input: 1) tiranti idrici in 2 DIFFERENTI sezione strumentate, 2) geometria dell alveo fluviale Condizione di monte 1 sezione strumentata h(t,0) = h u (t) 1 SEZIONE STRUMENTATA Condizione al contorno di monte L 2 SEZIONE STRUMENTATA Direzione del flusso Condizione di valle 2 sezione strumentata 2 h 2 x x=l Condizione al contorno di valle = 0

11 INPUT CALIBRAZIONE Geometria del canale da modellare Solutore numerico 1D (Forma diffusiva delle Equazioni di Saint Venant) Tiranti idrici misurati (sezione di valle) Tiranti idrici misurati (sezione di monte) Tiranti idrici simulati (sezione di valle) t2 2 t1 ( h v ( t, n) h * v ) 2 dt = 0 n opt

12 Il maggior limite della procedura descritta precedentemente è che spesso lungo l asta fluviale principale siano presenti dei bacini intermedi, spesso trascurati, e che influiscono negativamente della calibrazione del coefficiente di manning. In condizioni diffusive è possibile esprimere la portata di ciascun tributario attraverso: SEZIONE STRUMENTATA DI MONTE T1 Q = k ( H,1) C T j T j j j (1) I1 C = j n S T j (2) I2 T2 SEZIONE STRUMENTATA DI VALLE C j puòessereconsideratocome un parametrodacalibrarechetienecontosiadellapendenza Sjchedel coefficientediscabrezzan T lungociascuntributario

13 n opt

14 Bacino Ponte Felcino : 2040 km 2 Bacino Ponte Nuovo : 4135 km 2 Distanza tra le sezioni strumentate: 22.5 km Lunghezza canale modellato: 28 Km Pendenza del canale: 0.16 % Event T (h) Ponte Felcino Q p (m 3 s -1 ) h p (m) t p (h) December December December December November Ponte Nuovo Event T (h) Q p (m 3 s -1 ) h p (m) t p (h) December December December December November

15 PONTE FELCINO PONTE NUOVO

16 LA CALIBRAZIONE DEI PARAMETRI IDRAULICI DELL ALVEO È UN ELEMENTO FONDAMENTALE PER IL SUCCESSO DELLA MODELLAZIONE IDRAULICA DI FUTURI EVENTI DI PIENA AI FINI DELLA ROBUSTEZZA DELLA SIMULAZIONE IDRAULICA E FONDAMENTALE SELEZIONARE UN RISTRETTO NUMERO DI PARAMETRI CHE SIANO ROBUSTI RISPETTO AGLI ERRORI DI INPUT DEL MODELLO LA CALIBRAZIONE ED IN GENERALE LA VERSATILITA DEL MODELLO SONO STRETTAMENTE LEGATE ALLA POSSIBILITA DI SELEZIONARE LE OPPORTUNE CONDIZIONI AL CONTORNO