Relazione finale dell attività di tirocinio IL RISCHIO IDRAULICO NEI PICCOLI BACINI NON STRUMENTATI: SOLUZIONI GIS PER LA MODELLAZIONE IDRAULICA BIDIMENSIONALE Ing. matr.1253238 Tutor: Ing. Fernando Nardi Ente IDRAN Ingegneria e tecnologia S.r.l. Centro di Ricerca CERI Previsione, Prevenzione e Controllo dei Rischi Geologici Facoltà di Scienze Matematiche, Fisiche e Naturali Master di II livello in Analisi e Mitigazione del Rischio Idrogeologico Direttore: Prof.ssa Francesca Bozzano a.a. 2015-16
Il rischio idraulico nei piccoli bacini Brevi tempi di risposta Bassa capacità di drenaggio in ambiente urbano a causa dell aumento delle superfici impermeabili e della presenza di attraversamenti con sezioni insufficienti Precipitazioni intense Frequenti esondazioni del reticolo secondario I bacini secondari coprono il 42.11% della superficie nazionale di cui il 52.2 % ha un estensione < ai 500 km 2 L urgenza di definire un quadro della pericolosità idraulica del reticolo secondario si scontra con : : Assenza di stazioni di misura idrometrica Rete di pluviometri spesso insufficiente Notevole incertezza Pagina 2
Non esistono linee guida generali per lo studio idrologico-idraulico dei piccoli bacini ma solo proposte sperimentali specifiche per i diversi contesti idro-geomorfologici e climatici. (ABT,2014) Sviluppo GIS + DTM sempre più accurati Modelli geomorfologici per la stima degli idrogrammi di piena sempre più efficaci, soprattutto se integrati in codici di simulazione numerica 2D Modelli idraulici 2D Scelta della scala spaziale compromesso tra costo computazionale e accuratezza dei risultati Nei piccoli bacini la modellazione con una scala troppo grande perde di senso, non essendo supportata da informazioni dettagliate Sviluppare una metodologia applicabile su larga scala per lo studio idraulico dei piccoli bacini non strumentati italiani combinando le potenzialità del codice di calcolo idraulico FLO-2D con modelli idro-geomorfologici integrati in ambiente GIS Pagina 3
Dati DTM della CTRN-5K, risoluzione a 5 m 35 sezioni topografiche (formato file di testo) 12 prospetti di manufatti (formato *dwx) 2 shapefile, uno relativo alle sezioni ed uno relativo alle opere, entrambi definiti nel sistema di rappresentazione WGS84-UTM33N Fonte ABT 2014 - Aggiornamento del piano di assetto idrogeologico del reticolo secondario di Roma capitale. 48 sezioni topografiche dell area valliva in formato *dwx rilevate per uno studio idraulico condotto nel 1999 (Fonte Autorità di Bacino del fiume Tevere) file KMZ contenente la traccia delle sezioni nel sistema di riferimento WGS84; Pagina 4
Metodologia Modellazione idrologica acquisita dal PS5 ABT 2014 1. Discretizzazione del bacino in sottobacini 2. Stima del tempo di corrivazione per ogni sottobacino 3. Calcolo dello ietogramma lordo di progetto 4. Analisi delle perdite idrologiche per la stima dello ietogramma netto 5. Applicazione del WFIUH per la stima dell idrogramma di progetto Modellazione idraulica bidimensionale in FLO-2D Determinazione della geometria rettangolare equivalente del canale Modellazione preliminare in HEC-RAS Trasferimento della geometria da HEC-RAS a FLO-2D Simulazioni di eventi sintetici e reali Post processing dei risultati per l analisi comparativa con il modello di riferimento FLO-2D a 20m (PS5 ABT 2014) Pagina 5
Il bacino del Rio Galeria Affluente in destra idrografica del fiume Tevere Superficie del bacino 158 km 2 Lunghezza asta 38.5 km Altitudine media 95 m.s.l.m Uso del suolo: 81% A aree verdi 19% aree urbanizzate Pagina 6
Modellazione preliminare in HEC-RAS (I) Pre-processing in ArcGIS Definizione del reticolo idrografico mediante terrain analysis (correzione delle depressioni, stima delle direzioni di deflusso, stima delle aree contribuenti per ogni cella) Estrazione delle informazioni planimetriche ed altimetriche del Rio Galeria attraverso l estensione HEC-GeoRAS. Pagina 7
Modellazione preliminare in HEC-RAS (II) Correzione delle sezioni estratte dal DTM Inserimento di ponti e tombini Sistemazione delle banks Riprofilatura del thalweg 120 100 Elevation (m) 95 90 85 80 75 RS=22900.72Upstream (Culvert) pr_12_12 Plan: Plan 01 2/22/2017 RIO_GAL Rio_Galeria Legend Ground Legend Ineff Bank Sta Ground 80 70 65 Elevation (m) 60 40 60 0 50 100 150 200 250 300 350 RS=22900.72Downstream (Culvert) 95 90 20 0-20 Pantan Monastero CasalSElce Boccea Elevation (m) 85 80 75 GAL_SEZ09 70 65 GAL_AT16_SEZ02 GAL_SEZ08 GAL_AT15_SEZ02 GAL_SEZ07 GAL_AT14_SEZ02 GAL_SEZ06 GAL_SEZ05 GAL_AT13_SEZ02 60 0 50 100 150 200 250 300 350 16000 18000 20000 22000 24000 26000 28000 30000 Station (m) Main Channel Distance (m) GAL_SEZ04 GAL_SEZ03 GAL_AT12_SEZ02 GAL_SEZ02 GAL_SEZ01 GAL_AT11 GAL_AT10_SEZ01 Pagina 8
Impostazione del modello in FLO-2D Importazione del DTM alleggerito Definizione della grid 100 m Definizione del dominio di calcolo Delineazione manuale del canale Correzione delle lunghezze Operazione eseguita in maniera automatica in ArcGIS intersecando lo shapefile della griglia di calcolo con l asta principale, attraverso il data management tool Feature to line. Pagina 9
Determinazione della geometria rettangolare equivalente La stima delle profondità e delle larghezze può essere condotta per tratti fluviali omogenei in termini di area bagnata, simulando in moto permanente la propagazione di portate tali da lambire i cigli spondali: note la capacità massima della sezione naturale e la profondità massima, si ricava la larghezza equivalente. Pagina 10
Infrastrutture idrauliche FLO-2D simula la presenza di un ponte regolando il deflusso secondo la scala delle portate che può essere ricavata utilizzando un codice di calcolo di supporto come HEC-RAS. Definizione delle scale di deflusso Modellazione in HEC-RAS delle singole opere 17 strutture 13 progetti su tratti di 500m Inserimento delle Ineffective flow area per riprodurre l effetto della griglia in FLO-2D e limitare l analisi su sezioni di 100m Inserimento di argini per simulare l effetto del rilevato (es. Ferrovia) Pagina 11
.Simulazioni 1) Evento di progetto con tempo di ritorno T r = 200 anni 2) Evento di piena del 31 gennaio 2014 Precipitazioni diffuse e intense su tutto il Lazio tra il 31/01 e il 03/02/2014 Allagamento dello stabilimento AMA in località Ponte-Malnome Simulazione in FLO-2D 100m Simulazione 1D in HEC-RAS; analisi in moto vario Pagina 12
Post Processing Gli shapefile generati sono stati sottoposti a post processing per riportare in ambiente GIS i risultati alla stessa risoluzione e renderli così confrontabili 1. Omogeneizzazione dei dati vettoriali e raster (WGS84 UTM zone 33N). 2. Estrazione di uno shapefile puntuale costituito dai baricentri delle maglie in input, contraddistinti dagli stessi valori di WSE (Water Surface Elevation) associati alle celle di origine. 3. Elaborazione del WSE in formato raster con risoluzione di 5m attraverso l utilizzo di un metodo di interpolazione Kriging. 4. Dai dati raster della WSE, elaborati per ciascun modello e per ciascun evento, è stato possibile ricavare strati informativi raster dei tiranti idrici Pagina 13
Evento sintetico T r 200 anni Analisi dei due modelli in FLO-2D si possono osservare differenze di tirante notevoli in corrispondenza della zona fociva imputabili alla presenza di condizioni al contorno troppo ravvicinate nel modello a 100m; nel complesso le differenze di tirante sono inferiori in valore assoluto a 50 cm. soluzioni GIS per la modellazione idraulica bidimensionale Pagina 14
Evento di piena reale Selezionare per scrivere o eliminare il sottotitolo Pagina 15
Evento di piena reale FLO-2D 100m Aree allagate: Sud e centro No allagamento presso la foce HEC-RAS Aree allagate: Sud e centro FLO-2D 20 m Aree allagate: Sud No canale nell analisi II valori delle differenze di tirante sono mediamente inferiori a 50 cm Nella comparazione tra i due modelli in FLO-2D va escluso dall analisi il canale, avendo considerato nel calcolo delle differenze lo strato informativo relativo al tirante e non alla WSE dato che non è stato fornito. Pagina 16
Conclusioni.. La modellazione idraulica a bassa risoluzione sviluppata utilizzando modelli digitali del terreno sempre più accurati si rivela efficace per la definizione della pericolosità idraulica delle aree golenali del reticolo secondario. La minore complessità di costruzione del modello e i minori costi richiesti potrebbero permettere un aggiornamento periodico più frequente del modello per revisionare il quadro conoscitivo secondo le continue modifiche del territorio. L efficacia dell approccio proposto è limitata al campo di applicazione della mappatura delle aree inondabili. Pagina 17
GRAZIE PER L ATTENZIONE Ing. Pagina 18