Date post: | 16-Feb-2019 |
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IL RISCHIO IDRAULICO NEI PICCOLI BACINI NON STRUMENTATI: SOLUZIONI GIS PER LA MODELLAZIONE IDRAULICA BIDIMENSIONALE
Relazione finale dell’attività di tirocinio
Ing. Fabrizia Fiumara 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
Fabrizia Fiumara Il rischio idraulico nei piccoli bacini non strumentati: soluzioni GIS per la modellazione idraulica bidimensionale
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Il rischio idraulico nei piccoli bacini
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 km2
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
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
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Nei piccoli bacini la modellazione con una scala troppo grande perde di senso, non essendo
supportata da informazioni dettagliate
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 idraulici 2D Scelta della scala spaziale compromesso tra costo computazionale e accuratezza dei risultati
Modelli geomorfologici per la stima degli idrogrammi di piena sempre più efficaci,
soprattutto se integrati in codici di simulazione numerica 2D
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
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Dati
• 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;
DTM della CTRN-5K, risoluzione a 5 m
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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
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)
Modellazione idraulica bidimensionale in FLO-2D
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Il bacino del Rio Galeria
• Superficie del bacino 158 km2
• Lunghezza asta 38.5 km
• Altitudine media 95 m.s.l.m
Affluente in destra idrografica del
fiume Tevere
Uso del suolo:
81% A aree verdi
19% aree urbanizzate
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Modellazione preliminare in HEC-RAS (I)
Definizione del reticolo idrografico mediante terrain analysis
(correzione delle depressioni, stima delle direzioni di deflusso, stima delle aree contribuenti per ogni cella)
Pre-processing in ArcGIS
Estrazione delle informazioni planimetriche ed altimetriche del Rio Galeria attraverso
l’estensione HEC-GeoRAS.
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Modellazione preliminare in HEC-RAS (II)
• Correzione delle sezioni
estratte dal DTM
• Inserimento di ponti e tombini
• Sistemazione delle banks
• Riprofilatura del thalweg
0 50 100 150 200 250 300 35060
65
70
75
80
85
90
95RS=22900.72Upstream (Culvert)
Elev
ation
(m)
Legend
Ground
Ineff
Bank Sta
0 50 100 150 200 250 300 35060
65
70
75
80
85
90
95RS=22900.72Downstream (Culvert)
Station (m)
Elev
ation
(m)
16000 18000 20000 22000 24000 26000 28000 30000
-20
0
20
40
60
80
100
120
pr_12_12 Plan: Plan 01 2/22/2017
Main Channel Distance (m)
Ele
vatio
n (m
)
Legend
Ground
Pan
tan
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GA
L_S
EZ0
9
GA
L_A
T16_
SE
Z02
GA
L_S
EZ0
8
GA
L_A
T15_
SE
Z02
GA
L_S
EZ0
7
GA
L_A
T14_
SE
Z02
GA
L_S
EZ0
6
GA
L_S
EZ0
5
GA
L_A
T13_
SE
Z02
GA
L_S
EZ0
4
GA
L_S
EZ0
3
GA
L_A
T12_
SE
Z02
GA
L_S
EZ0
2
GA
L_S
EZ0
1
GA
L_A
T11
GA
L_A
T10_
SE
Z01
RIO_GAL Rio_Galeria
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Impostazione del modello in FLO-2D
Importazione del DTM ‘’alleggerito’’ Definizione della grid 100 m Definizione del dominio di calcolo Delineazione manuale del canale
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”.
Correzione delle lunghezze
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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.
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Infrastrutture idrauliche
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
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.
Inserimento di argini per simulare l’effetto del rilevato (es. Ferrovia)
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….Simulazioni
1) Evento di progetto con tempo di ritorno Tr = 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
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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
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Evento sintetico Tr 200 anni
• 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.
Analisi dei due modelli in FLO-2D
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Selezionare per scrivere o eliminare il sottotitolo
Evento di piena reale
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Evento di piena reale
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.
FLO-2D 100m
HEC-RAS FLO-2D 20 m
Aree allagate: Sud e centro
Aree allagate: Sud e centro
Aree allagate: Sud
No allagamento presso la foce
No canale nell’analisi
II valori delle differenze di tirante sono mediamente inferiori a 50 cm
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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.