J-HYDRO: AN IMPLEMENTATION OF THE DIGITAL WATERSHED

Transcript

1 J-HYDRO: AN IMPLEMENTATION OF THE DIGITAL WATERSHED Silvia Franceschi Andrea Antonello GIT Offida, 3 giugno 2008 H s.r.l. - Via Siemens, Bolzano

2 DIGITAL WATERSHED BACINO DIGITALE DEFINIZIONE: un insieme di strumenti informatici nei quali collezionare ed organizzare dati e modelli relativi ad un bacino idrografico, in modo che siano facilmente interrogabili per fornire alle amministrazioni che si occupano della gestione del bacino le informazioni necessarie per la pianificazione. H s.r.l. - Via Siemens, Bolzano

3 DIGITAL WATERSHED BACINO DIGITALE DIGITAL EARTH Al Gore 1998 rappresentazione virtuale e 3D della terra connessioni ad archivi di dati digitali in tutto il mondo spazialmente georiferita informazioni scientifiche naturali e culturali descrivere e capire la terra il suo ambiente e l'attività umana H s.r.l. - Via Siemens, Bolzano

4 DIGITAL WATERSHED BACINO DIGITALE BACINO IDROGRAFICO culla civiltà DIGITAL WATERSHED H s.r.l. - Via Siemens, Bolzano sviluppo economico e sociale sostenibile DIGITAL EARTH

5 DIGITAL WATERSHED BACINO DIGITALE Sistema che usa le tecnologie remote sensing (RS) geographical information system (GIS) global positioning system (GPS) virtual reality (VR) Database (DB) rete internet e multimedia per rilevare, immagazzinare, gestire, processare ed analizzare informazioni H s.r.l. - Via Siemens, Bolzano

6 DIGITAL WATERSHED BACINO DIGITALE Le informazioni che vengono prese in considerazione sono: Background geografico Risorse naturali Ambiente ecologico Distribuzione della popolazione Condizioni sociali ed economiche a scala di bacino H s.r.l. - Via Siemens, Bolzano

7 DIGITAL WATERSHED BACINO DIGITALE Allo scopo di: costruire una piattaforma informatica visuale fornire applicazioni specifiche per le amministrazioni nei diversi campi sviluppare un sistema di decision-making globale per ottimizzare la gestione del bacino H s.r.l. - Via Siemens, Bolzano

8 DIGITAL WATERSHED BACINO DIGITALE Il digital watershed è costituito da: 1. Piattaforma informatica visuale: è il livello di base per la costruzione del digital watershed. La piattaforma informatica ha il compito di raccogliere i diversi tipi di informazione all'interno del bacino, costruire i database spaziali e relazionali e fornire una piattaforma informatica per la visualizzazione, l'analisi e l'accesso ai dati, basata su un sistema GIS. H s.r.l. - Via Siemens, Bolzano

9 DIGITAL WATERSHED BACINO DIGITALE 2. Sistemi di applicazioni tematiche: costituisce la parte applicativa del sistema. All'interno di un bacino idrografico coesistono generalmente diverse amministrazioni e professionisti che si occupano di diversi campi. Ognuno di questi ha delle specifiche per la gestione dei dati e per il supporto alle decisioni. All'interno della piattaforma informatica devono essere sviluppate applicazioni specifiche per fornire ai diversi utenti i dati necessari alle loro attività. H s.r.l. - Via Siemens, Bolzano

10 DIGITAL WATERSHED BACINO DIGITALE 3. Sistema integrato di gestione e di supporto alle decisioni: questa sezione del sistema viene usata per analizzare i dati presenti nella piattaforma informatica relativi al bacino. Lo scopo è quello di sviluppare diversi metodo di analisi in un unico strumento in modo da integrare le informazioni delle diverse discipline. H s.r.l. - Via Siemens, Bolzano

11 J-HYDRO J-Hydro è un'implementazione del concetto di digital watershed sviluppato da H e Centro Universitario per la Difesa dell'ambiente Montano (CUDAM Università di TN), completamente con strumenti Free e Open Source basati su: Postgres-PostGIS e H2 o HSQLDB: database e sistemi di gestione dati JGrass: GIS dedicato all'analisi ambientale ( OpenMi: struttura interna di implementazione dei comandi ( La prima applicazione di J-Hydro è stata fatta sul bacino dell'adige per l'autorità di Bacino dell'adige nell'ambito di un progetto per la gestione delle risorse idriche con particolare rilievo per i periodi di magra. H s.r.l. - Via Siemens, Bolzano

12 J-HYDRO: STRUTTURA DEI DATI La struttura dei dati deve consentire di: archiviare e correlare le informazioni geometriche sul bacino integrare i dati misurati dalle stazioni di monitoraggio poste all'interno ed in prossimità del bacino disporre di un database che sia facilmente interrogabile ed usabile dai modelli idrologici e da tutti i modelli ambientali database relazionale arricchito dalla componente spaziale H s.r.l. - Via Siemens, Bolzano

13 J-HYDRO: STRUTTURA DEI DATI modello ArcHydro ideato e studiato da un consorzio di enti ed università americane (CUASHI) per facilitare la creazione, l'utilizzo e la visualizzazione di componenti e oggetti correlati alla gestione dell'acqua in ambiente GIS database dinamico: le geometrie per l'elaborazione dei modelli vengono ricreate ogni volta ad hoc per la simulazione grazie alla gerarchizzazione del reticolo idrografico derivata dal metodo di Pfafstetter Database (PostgresSQL/PostGIS/CUAHSI) H s.r.l. - Via Siemens, Bolzano

14 J-HYDRO: STRUTTURA DELLA RETE CANALE PRINCIPALE: numeri dispari di primo livello canale di terzo livello AFFLUENTI PRINCIPALI: numeri pari di secondo livello H s.r.l. - Via Siemens, Bolzano PFAFSTETTER MODIFICATO

15 J-HYDRO: STRUTTURA DELLA RETE Considerazioni: la numerazione per indici permette di navigare la rete in tutte le direzioni si possono gestire le geometrie a diversi livelli di dettaglio è possibile lavorare con una mole di dati calibrata sulla tipologia di simulazione l'unità idrologica sottobacino elementare è legata al grado di dettaglio della rete i sottobacini possono avere caratteristiche diverse in funzione del dettaglio di analisi (geologia, uso suolo, permeabilità...) H s.r.l. - Via Siemens, Bolzano

16 J-HYDRO: STRUTTURA DELLA RETE Livello rete 5 Livello rete 4 Livello rete 3 Livello rete 2 Livello rete 1 H s.r.l. - Via Siemens, Bolzano

17 J-HYDRO: STRUTTURA DELLA RETE Livello rete 4 Livello rete 3 Livello rete 2 Livello rete 1 H s.r.l. - Via Siemens, Bolzano

18 J-HYDRO: STRUTTURA DELLA RETE Livello rete 3 Livello rete 2 Livello rete 1 H s.r.l. - Via Siemens, Bolzano

19 J-HYDRO: STRUTTURA DELLA RETE Livello rete 2 Livello rete 1 H s.r.l. - Via Siemens, Bolzano

20 J-HYDRO: STRUTTURA DELLA RETE Livello rete 1 H s.r.l. - Via Siemens, Bolzano

21 J-HYDRO: ALTRI DATI CONTENUTI Oltre a bacini e corsi d'acqua il database contiene informazioni relative a: nodi della rete nodi topologici: confluenze punti di monitoraggio altri elementi importanti per il bilancio idrologico (laghi) stazioni meteo H s.r.l. - Via Siemens, Bolzano

22 J-HYDRO: ALTRI DATI CONTENUTI Bacino Adige chiuso a Bolzano confluenze H s.r.l. - Via Siemens, Bolzano

23 J-HYDRO: ALTRI DATI CONTENUTI Torrente Valsura confluenze H s.r.l. - Via Siemens, Bolzano

24 J-HYDRO: ALTRI DATI CONTENUTI Torrente Valsura confluenze idrometri H s.r.l. - Via Siemens, Bolzano

25 J-HYDRO: ALTRI DATI CONTENUTI Torrente Valsura confluenze idrometri serbatoi H s.r.l. - Via Siemens, Bolzano

26 J-HYDRO: ALTRI DATI CONTENUTI Torrente Valsura confluenze idrometri serbatoi punti restituzione H s.r.l. - Via Siemens, Bolzano

27 J-HYDRO: ALTRI DATI CONTENUTI Torrente Valsura confluenze idrometri serbatoi punti restituzione opere di presa H s.r.l. - Via Siemens, Bolzano

28 J-HYDRO: ALTRI DATI CONTENUTI Torrente Valsura confluenze idrometri serbatoi punti restituzione opere di presa stazioni meteo H s.r.l. - Via Siemens, Bolzano

29 Stazioni di misura i cui dati sono contenuti nel database. I dati sono relativi a: serie storiche dati in tempo reale H s.r.l. - Via Siemens, Bolzano

30 J-HYDRO: ALTRI DATI CONTENUTI SELECT pm.id,pm.nome,pm.provincia,md.descrizione,md.origine_dati,md.ente_riferimento,tst.descrizione as tipologia_serie, min(st.dataora) as inizio_periodo,max(st.dataora) as fine_periodo,count(st.dataora) as numero_dati FROM punti_monitoraggio pm,metadati md,tipologia_serie_temporali tst,serie_temporali st WHERE pm.id=md.punti_monitoraggio_id AND md.tipologia_serie_temporali_id=tst.id AND st.metadati_id=md.id AND md.tipologia_serie_temporali_id=0 GROUP BY pm.id,md.descrizione,md.origine_dati,md.ente_riferimento,pm.nome,pm.provincia,tst.descrizione ORDER BY pm.id Per accedere ai dati meteo si utilizzano query al database in linguaggio SQL H s.r.l. - Via Siemens, Bolzano

31 J-HYDRO: SVILUPPO DI TOOLS ACCESSORI Dal lato Databse sono stati costruiti appositi tools per: gestire l inserimento delle geometrie partendo dagli shapefile della rete posizionare le sezioni trasversali inserire i laghi creare geometrie derivate ed associazioni delle stesse calcolare le portate derivabili aggiornare le serie temporali con i nuovi dati messi a disposizione dalla rete di monitoraggio eseguire analisi statistiche sulle serie storiche e sui dati in tempo reale (curve di durata della portata, trend di andamento di piogge e temperature) H s.r.l. - Via Siemens, Bolzano

32 J-HYDRO: SVILUPPO DI TOOLS ACCESSORI curve di durata agli idrometri analisi volumi portata H s.r.l. - Via Siemens, Bolzano

33 J-HYDRO Tools di analisi (R+Postgres) Database (PostgresSQL/PostGIS/CUAHSI) H s.r.l. - Via Siemens, Bolzano

34 J-HYDRO: I MODELLI La modellazione idrologica è distinta per le zone periferiche del bacino, dove è preponderante il deflusso naturale, e per l'asta principale dove invece è fondamentale considerare le opere artificiali: Zone periferiche del bacino: modello afflussi deflussi per il calcolo della portata Asta principale: modello di propagazione mono- dimensionale della portata tenendo in considerazione eventuali immissioni e derivazioni sia naturali che artificiali H s.r.l. - Via Siemens, Bolzano

35 J-HYDRO: MODELLO IDROLOGICO Meteo Neve Evapotraspirazione Serbatoi e derivazioni Deflusso: Generazione e propagazione H s.r.l. - Via Siemens, Bolzano

36 J-HYDRO: MODELLO IDROLOGICO Meteo interpolazione spaziale delle piogge con kriging Interpolazione spaziale delle temperature Evapotraspirazione calcolo dell'evapotraspirazione potenziale Neve stima dell'altezza di neve al suolo (UEB) Infiltrazione Deflusso H s.r.l. - Via Siemens, Bolzano divisione delle piogge e di infiltrazione deflusso su base geomorfologica (Duffy)

37 J-HYDRO: MODELLI ANALISI AMBIENTALE Altri modelli implementati per l'analisi geomorfologica sono: elaborazione del DTM (depitting) estrazione del reticolo idrografico estrazione del bacino idrografico a monte di una data sezione di chiusura calcolo di pendenze e curvature calcolo di indici idrologici (indice topografico) valutazione della stabilità dei versanti (Shalstab) H s.r.l. - Via Siemens, Bolzano

38 J-HYDRO: MODELLI PREPROCESSING DATI Sono stati sviluppati anche tutti i tools necessari per la creazione degli shapefile di base necessari alla strutturazione del database: elaborazione della geometria della rete: partendo dal solo DTM partendo da uno shapefile esistente: attraverso tools di editing, orientamento e visualizzazione dei tratti di rete estrazione automatica dei sottobacini chiusi nei nodi importanti della rete numerazione del reticolo idrografico spezzato nei nodi di interesse secondo la convensione del DB creazione degli shapefile principali per il DB H s.r.l. - Via Siemens, Bolzano

39 J-HYDRO Tools di analisi (R+Postgres) Modelli (OpenMI) Database (PostgresSQL/PostGIS/CUAHSI) H s.r.l. - Via Siemens, Bolzano

40 J-HYDRO: PIATTAFORMA GIS La piattaforma GIS utilizzata per: visualizzare ed interrogare i dati spaziali presenti nel DB elaborare i dati geometrici per la creazione del DB eseguire analisi geomorfologiche eseguire e visualizzare l'analisi delle serie di dati meteo eseguire il modello idrologico visualizzare i risultati della modellazione visualizzare tutti i dati spaziali relativi al bacino, anche se non contenuti nel DB JGRASS H s.r.l. - Via Siemens, Bolzano

41 JGRASS: visualizzazione dati DB VISTA DEI PIANI CONNESSIONE AL DATABASE H s.r.l. - Via Siemens, Bolzano

42 JGRASS: visualizzazione dati DB VISUALIZZAZIONE DEGLI ATTRIBUTI H s.r.l. - Via Siemens, Bolzano

43 JGRASS: visualizzazione dati DB H s.r.l. - Via Siemens, Bolzano

44 JGRASS: elaborazione dati della rete H s.r.l. - Via Siemens, Bolzano

45 JGRASS: elaborazione dati della rete H s.r.l. - Via Siemens, Bolzano

46 JGRASS: visualizzazione altri dati sul bacino H s.r.l. - Via Siemens, Bolzano

47 JGRASS: selezione della sezione di chiusura H s.r.l. - Via Siemens, Bolzano

48 JGRASS: esecuzione del modello idrologico H s.r.l. - Via Siemens, Bolzano

49 JGRASS: esecuzione del modello idrologico H s.r.l. - Via Siemens, Bolzano

50 JGRASS: esecuzione del modello idrologico H s.r.l. - Via Siemens, Bolzano

51 JGRASS: esecuzione del modello idrologico H s.r.l. - Via Siemens, Bolzano

52 JGRASS: visualizzazione report simulazione H s.r.l. - Via Siemens, Bolzano

53 JGRASS: visualizzazione mappe di pioggia H s.r.l. - Via Siemens, Bolzano

54 JGRASS: visualizzazione risultati H s.r.l. - Via Siemens, Bolzano

55 J-HYDRO users web external database Interfacce (Java/JGRASS) Tools di analisi (R+Postgres) Modelli (OpenMI) Database (PostgresSQL/PostGIS/CUAHSI) H s.r.l. - Via Siemens, Bolzano

56 J-HYDRO: AN IMPLEMENTATION OF THE DIGITAL WATERSHED GRAZIE DELL'ATTENZIONE... H s.r.l. - Via Siemens, Bolzano