Un sistema modellistico integrato per la previsione in tempo reale delle piene del Muson dei Sassi (PD) Gianluca Botter

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1 Un sistema modellistico integrato per la previsione in tempo reale delle piene del Muson dei Sassi (PD) Gianluca Botter

2 IL RISCHIO IDROGEOLOGICO Sviluppo economico, industriale e urbano Cambiamenti climatici Complessità ed eterogeneità dei processi

3 IL BACINO del MUSON DEI SASSI Parte Settentrionale (produzione del deflusso) -area di drenaggio (310 km2) - sezione di chiusura a Castefranco Veneto (TV) -lunghezza della rete = 20 km CASTELFRANCO Parte Meridionale (trasporto e regolazione) -costruita nel 1612 dalla rep. Di Venezia -lunghezza della rete = 25 km - soggetta a criticità idraulica REGIME IDROLOGICO erratico impredicibilità dei deflussi PADOVA

4 CRITICITA IDRAULICHE nel BACINO DEL MUSON dei SASSI Castelfranco, Ottobre 1998 Loreggia, Gennaio 2009 Spineda, Novembre 2012

5 SCOPO DELLO STUDIO Sviluppo ed applicazione di un set di strumenti modellistici per la previsione in tempo reale delle piene a supporto delle attività di pianificazione territoriale e protezione civile

6 DATI DISPONIBILI Dati geomorfologici Dati idrologici e climatici Previsione delle precipitazioni

7 Dati morfologici Digital Elevation Map(DEM) Reticolo idrografico Geopedologia Uso del suolo Sottobacini CASTELFRANCO

8 Dati morfologici Digital Elevation Map(DEM) Reticolo idrografico Geopedologia Uso del suolo Sottobacini CASTELFRANCO

9 Dati morfologici RC Digital Elevation Map(DEM) SA Reticolo idrografico SI RC Geopedologia RC Uso del suolo AA AR AA AR Sottobacini BA CASTELFRANCO

10 Dati morfologici Digital Elevation Map(DEM) Reticolo idrografico Geopedologia Uso del suolo Sottobacini Legend Urban area Water bodies Bare soil Soybean Corn Sunflower Wood Vineyard Olive grove Fruit plants Pasture Cereal

11 Dati morfologici Castefranco Total area = 209 km 2 49 sottobacini Digital Elevation Map(DEM) Reticolo idrografico Geopedologia Uso del suolo AVENALE Sottobacini CASTELFRANCO

12 Dati morfologici MUSON + AVENALE Total area = 310 km 2 59 sottobacini Digital Elevation Map(DEM) Reticolo idrografico Geopedologia Uso del suolo Sottobacini CASTELFRANCO

13 Dati idrologici e climatici 12 stazioni climatiche h [mm] T max and T min [ C] Rh max and Rh min wv [m/s] R [MJ/(m 2 s)] 1 stazione idrometrica Q [m 3 /s] INTERPOLAZIONI GEOSTATISTICA MEDIANTE KRIGING

14 Dati di previsione meteorologica Modelli numerici di previsione (GCM + LAM) Global Circulation Models (IFS-ECMWF) Risoluzione spaziale di 0,125 (12 km) 3 giorni di previsione Risoluzione temporale = 6 ore Limited Area Model (COSMO LAMI-7) Risoluzione spaziale di 0,0625 (7 km) 3 giorni di previsione Risoluzione temporale = 3 ore

15 COSMO LAMI-7 0 1,5 1,75 3 3, Chilometri km & & & & Cumulated rainfall [mm] 3h 1,433 1,584 1,673 & & & & 1,787 1,793 1,899 2,030 2,082 & & & & 2,215 2,217 2,285 2,426 & & & & 2,435 2,522 2,677 2,956 3,149 & & & & 3,477 3,636 3,748

16 MATHEMATICAL MODELS BILANCIO DI MASSA MODELLO DI EVAPOTRASPIRAZIONE MODELLO GEOMORFOLOGICO MODELLO IDRAULICO 2D

17 P Aas BILANCIO IDRICO ET P Aurb Qurb Vrz αl Qrap (1-α)L β(1-α)l Qslow Qdisp γqurb (1-γ)Qurb (1-α)(1-β)L

18 PRODUZIONE DEL DEFLUSSO P Aas ET αl Qrap Vrz (1-α)L β(1-α)l Qslow Bilancio nella zona radicale (1-α)(1-β)L c = Clapp-Hornberger coefficient K0 = conducibilità idraulica satura

19 PRODUZIONE DEL DEFLUSSO P Aas ET αl Qrap Vrz (1-α)L β(1-α)l Qslow Drenaggio del suolo (1-α)(1-β)L Deflusso subsuperficiale rapido Deflusso subsuperficiale lento

20 STREAMFLOW GENERATION P Aurb Qurb γqurb (1-γ)Qurb Pioggia efficacie di orginie urbana

21 MODELLO DI EVAPOTRASPIRAZIONE Equazione FAO Penman - Montieth Reference Potential Evapotranspiration Potential Evapotranspiration k c = coefficientecolturale Actual Evapotranspiration k s = coeffdi water-stress

22 MODELLO GEOMORFOLOGICO di PROPAGAZIONE della pioggia «effettiva» (a) A 1 IUH esponenziale nei versanti(urbano, rapido, lento) A 2 c 1 A 4 c 2 c 3 c 4 A 3 A 5 c 5 con A 1 c 1 c 3 A 2 c 2 c3 (b) c 5 c 5 A 4 c 3 c 4 A 3 c 5 c 5 c 5 A 5 IUH gaussiano inverso nei canali(onda parabolica) A 2 A 1 c 1 A 4 (a) c 2 c 3 c 4 A 3 A 5 c 5 [Rinaldo et al., 1991] A 1 c 1 A 2 (b) c 3 c 2 c3 c 5 c 5 IUH geomorfologico: c 3 A 4 A 3 c 4 c 5 A 5 c 5 c 5 [Rinaldo et al., HESS 2006]

23 Elementi 2D / 1D MODELLAZIONE IDRAULICA Equazioni 2D delle onde lunghe in acque basse, risolte con metodi numerici agli elementi finiti (Galerkin)

24 GRIGLIA DI CALCOLO del modello idraulico ELEVATION ROUGHNESS COEFFICIENT GRID

25 MANUFATTI IDRAULICI INFRASTRUTTURE IDRAULICHE PRESENTI TYPE N EXAMPLE Ponti 353 Tombini 26 Mulino 5 Soglie 5 Confluenze 22 Sottopassi 3

26 RESULTS Calibrazione Validazione Simulazione di eventi passati sulla base delle previsioni(hind-casting)

27 Calibrazione modello Castefranco NS=0,88

28 Calibrazione EVENTO OTTOBRE 2010 Portata Modellata Portata Misurata 60 PORTATA [m 3 /s] /10 26/10 27/10 28/10 29/10 30/10 31/10 01/11 02/11 03/11 TEMPO

29 Validazione modello Castelfranco Portata Modellata Portata Misurata Portata Modellata Portata Misurata 40 PORTATA [m 3 /s] NS=0,90 PORTATA [m 3 /s] NS=0, /04 29/04 30/04 01/05 02/05 03/05 04/05 05/05 06/ TEMPO 100 Portata Modellata Portata Misurata 0 08/12 10/12 12/12 14/12 16/12 18/12 20/12 TEMPO Portata Modellata Portata Misurata PORTATA [m 3 /s] NS=0,95 PORTATA [m 3 /s] NS=0, /11 10/11 11/11 11/11 12/11 12/11 13/11 13/11 14/11 14/11 15/11 TEMPO 0 29/01 30/01 31/01 01/02 02/02 03/02 04/02 05/02 06/02 07/02 TEMPO

30 Validazione modello idraulico (Castefranco Padova) Livelli ossrvati Sommità arginali Senza regolazione a Torre dei Burri Con regolazione a Torre dei Burri

31 Validazione modello idraulico (Castefranco Padova) sulla base di evidenze dirette (superamento dei franchi arginali) Camposampiero Torre dei Burri

32 Previsione per eventi passati the outlet of Castefranco Urban contribute Rapid contribute Slow contribute Observed November October DISCHARGE [m 3 /s] /10/11 25/10/11 26/10/11 27/10/11 28/10/11 29/10/11 30/10/11 TIME

33 Previsione per eventi passati the outlet of Castefranco Urban contribute Rapid contribute Slow contribute Observed November 2012 DISCHARGE [m 3 /s] /11/12 10/11/12 11/11/12 12/11/12 13/11/12 14/11/12 15/11/12 TIME

34 Preivisioni più a ridosso dell evento non consentono migliori previsioni di pioggia (e quindi di portata)... MODEL EFFICIENCY NS 1 0,8 0,2 PERFECT DISCHARGE RAINFALL INIZIO EVENTO 0 10/11/12 02:00 10/11/12 14:00 11/11/12 02:00 Data emissione previsione

35 Accopiamento modello di precipitazione, idrologico ed idraulico (livelli lungo la rete fra Castelfranco e Padova) LIVELLI MISURATI LAMI Forecast November 10th, 2 AM LAMI Forecast November 10th, 2 PM LAMI Forecast November 11th, 2 AM

36 Interfaccia grafico con visualizzazione dei risultati della simulazione su supporto web-gis Fase di test operativo presso il CFD di Mestre

37 CONCLUSIONI Il modello idrologico è robusto nel riprodurre gli idrogrammi osservati a differenti scale temporali Previsioni attendibili delle portate e dei livelli nella maggioranza dei casi in diversi punti della rete Attendibilità& stabilità delleprevisioni deicampidi precipitazione e manovre di regolazione hanno un ruolo chiave Supporto alla pianificazione territoriale e protezione civile

38 IL TEAM di RICERCA Elia De Marchi, Silvia Garbin, Giulia Passadore, Bruno Matticchio, Luigi D Alpaos, Andrea Defina, Daniele Viero, Luca Carniello