Modellazione numerica a scala di bacino del fiume Ledra

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1 Università degli Studi di Udine CORSO DI DOTTORATO DI RICERCA IN INGEGNERIA CIVILE AMBIENTALE ARCHITETTURA CICLO XXVI TESI DI DOTTORATO DI RICERCA Modellazione numerica a scala di bacino del fiume Ledra Relatore: Prof. Aggr. Matteo Nicolini Dottorando: Roberto Perin Coordinatore: Prof. Ing. Marco Petti

2 Indice Elenco delle figure V Elenco delle tabelle XIII Introduzione 1 Obiettivi ed organizzazione del lavoro di tesi 2 1 Il bacino idrografico del fiume Ledra Il fiume Tagliamento - Cenni Inquadramento idrogeologico del Campo di Osoppo e Gemona Il fiume Ledra e suoi affluenti Il nodo idraulico di Andreuzza 16 2 Analisi geomorfologica del bacino idrografico del fiume Ledra Indagini di tipo preliminare Suddivisione e gerarchizzazione del bacino idrografico del fiume Ledra La creazione di un DTM (Digital Terrain Model) Il codice di calcolo TAS (Terrain Analysis System) Dati areali del bacino idrografico del fiume Ledra e dei relativi sottobacini Parametri morfometrici L organizzazione del reticolo fluviale Gerarchizzazione del reticolo drenante Il tempo di corrivazione Le curve ipsografiche e ipsometriche 41 3 Il modello idrologico-idraulico del bacino idrografico del fiume Ledra Classificazione dei modelli di trasformazione afflussi - deflussi Modelli completi Modelli di piena Evoluzione dei modelli numerici in ambito idrologico - idraulico Le motivazioni alla base della scelta del modello idrologico - idraulico utilizzato 3.4 Le origini del modello GSSHA (Gridded Surface Subsurface Hydrologic Analysis) I Processi idrologici modellati con GSSHA La modellazione della propagazione dei deflussi superficiali 52

3 3.6.1 La propagazione dei deflussi in alveo (channel routing) La propagazione dei deflussi lungo i versanti (overland flow routing) Coefficienti di scabrezza superficiali La modellazione dei processi d infiltrazione Le equazioni di Richards Il metodo di Green - Ampt Il metodo di Green - Ampt Multi layer Il metodo di Green - Ampt con ridistribuzione (GAR) La stima dei parametri d infiltrazione La modellazione dei deflussi laterali profondi nelle zone sature La modellazione dell interazione falda - reticolo idrografico 3.9 Simulazioni idrologiche sul lungo periodo: la modellazione dei processi di evapotraspirazione Metodi impiegati da GSSHA per il calcolo dell evapotraspirazione I parametri meteorologici Schematizzazione delle fasi necessarie per la realizzazione del modello numerico La delimitazione del bacino idrografico La definizione della griglia di calcolo La definizione delle proprietà associate alla griglia di calcolo La definizione delle caratteristiche della rete idrografica presente sul bacino La definizione delle caratteristiche idrogeologiche del bacino idrografico Introduzione alla calibrazione dei modelli numerici La calibrazione automatica La funzione obiettivo Algoritmi di ottimizzazione locali e globali L algoritmo di ottimizzazione SCE-UA Determinazione dei parametri dell algoritmo SCE-UA Determinazione del criterio di arresto Durata periodo di calibrazione Metodi di calibrazione mono - obiettivo e multi - obiettivo La validazione dei modelli numerici Prima campagna di misure di portata sul fiume Ledra ed affluenti Premessa Le serie storiche delle misure di portata nel fiume Ledra ed affluenti 5118 II

4 5.3 Indagini preliminari relative all individuazione delle sezioni di misura lungo il fiume Ledra ed affluenti 5.4 Gli strumenti impiegati per la misura delle portate in ambito fluviale 5.5 Le scale di deflusso per la determinazione delle portate in ambito fluviale 5.6 L acquisizione dei livelli idrometrici in continuo ed il calcolo delle portate associate 5.7 Il monitoraggio dei livelli idrometrici della Roggia Bianca, della Roggia dei Molini e del torrente Vegliato Calibrazione e validazione del modello numerico del bacino idrografico del fiume Ledra Premessa La metodologia adottata per la calibrazione del modello numerico Analisi di sensitività del modello numerico e parametri oggetto di calibrazione 6.4 La calibrazione manuale sulla base dell evento del dicembre La calibrazione automatica sulla base dell evento del dicembre La validazione del modello numerico per il periodo dal 21/12/2013 al 12/02/ La validazione del modello numerico per il periodo dal 16/11/2013 al 21/12/ La validazione del modello numerico per il periodo dal 13/02/2014 al 12/05/ La calibrazione sulla base dell evento del gennaio La calibrazione automatica sulla base dell evento del gennaio La validazione del modello numerico per il periodo dal 21/12/2013 al 12/02/ La validazione del modello numerico per il periodo dal 16/11/2013 al 21/12/ La validazione del modello numerico per il periodo dal 13/02/2014 al 12/05/ Considerazioni conclusive Il modello idrologico - idraulico dell area industriale del CIPAF Il consorzio industriale CIPAF Inquadramento geografico dell area oggetto di studio Caratteristiche principali della rete fognaria Funzionamento e schematizzazione del sistema fognario Il codice di calcolo EPA-SWMM Moduli principali di calcolo 194 III

5 7.6 Individuazione della pioggia di progetto Determinazione della pioggia netta Modellazione dei sottobacini Trasformazione piogge - portate a livello di singolo sottobacino Modellazione idraulica della rete Realizzazione del modello con il codice di calcolo EPA-SWMM Calibrazione del modello numerico e prima campagna di monitoraggio delle portate Le misure di portata e di livello nella rete fognaria del CIPAF La metodologia adottata per la calibrazione del modello numerico Parametri oggetto di calibrazione La definizione della funzione obiettivo La calibrazione sulla base dell evento del marzo Il fenomeno delle acque parassite nei sistemi di drenaggio urbano Metodologia impiegata per la simulazione dell intrusione di acque parassite in rete 8.6 La validazione del modello sulla base dell evento del maggio Analisi di sensitività del modello numerico Risultati forniti dalle simulazioni e considerazioni conclusive Conclusioni Premessa Considerazioni conclusive relative al modello idrologico del bacino idrografico del fiume Ledra 9.3 Considerazioni conclusive relative al modello idrologico - idraulico dell area industriale del CIPAF Sviluppi futuri 270 Appendice A 273 Bibliografia 281 IV