CARATTERIZZAZIONE D I UN T RONCO FLUVIALE DEL F IUME …...come avviene nei corsi d acqua a regime...

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CARATTERIZZAZIONE SPERIMENTAZI Eleonora Spada 1 , D (1) Dipartimento di Ingegneria Civile, Ambi (2) Dipartimento di Ingegneria Informatica, ASPETTI CHIAVE: modello diffusivo Stima della portata mediante metodo strumentate; Caratterizzazione idraulica ed idrol Installazione di sonde piezoresistive 1 INTRODUZIONE Obiettivo della ricerca è l’acquis di idrogrammi di livelli sincroni m modello idraulico di propagazione. L (Sistema Integrato di Laboratori per Competitività 2007/2013". Quando come avviene nei corsi d’acqua a re fare riferimento ad una procedura no sull’utilizzo di un modello di propag numericamente la propagazione del misuratori di livello ad alta freque modelli idraulici, la condizione al temporale dei livelli misurati, e non come incognita del problema di p seconda sezione strumentata per una nella seconda sezione strumentata p Le misure di livello registrate nella in particolare per la selezione di u modello rispetto alle misure suddette con significative portate di magra applicata ad un corso d’acqua, come due sonde piezoresistive poste a po stimare valori del coefficiente di M morfologiche del corso d’acqua. L validazione in sito della metodologia 2 MATERIALI E METODI La procedura del doppio livello è piena, in quanto non necessita di mi rischio e la necessità di programma originale la procedura suddetta ric sufficientemente ampia da render sufficientemente piccola da evitare l assume valida la relazione fra tiranti DI UN TRONCO FLUVIALE DEL F IONE CON MODELLAZIONE IDRA MONODIMENSIONALE Daniela Biondi 2 , Francesco Cruscomagno 2 , Marco S Tullio Tucciarelli 1 & Pasquale Versace 2 ientale, Aerospaziale, dei Materiali dell'Università degli Stu , Modellistica, Elettronica e Sistemistica dell'Università dell o, stima di portata, leggi di resistenza in alvei fluviali ologia indiretta basata su misure sincrone di livelli in logia di un tronco fluviale: fiume Crati; e al alta frequenza per il monitoraggio del deflusso fluv sizione delle informazioni idrologiche e idraulich misurati in due diverse sezioni del fiume Crati m La ricerca è stata sviluppata anche grazie al contr r l’Ambiente - PONa3_00341) finanziato nell’am la portata di morbida di un fiume è molto infe egime torrentizio, quale quello considerato in qu o-contact per la stima della portata. La metodolog gazione idraulica (Nasello e Tucciarelli, 2004) ch lla piena in un tratto d’alveo compreso fra due enza. Al contrario di quanto accade usualmen contorno assegnata alla sezione di monte è co n dalla portata. La portata nella sezione di monte propagazione. Il tratto d’alveo da modellare vie a lunghezza di poche centinaia di metri, onde ren poco sensibile alla particolare condizione assegn seconda sezione vengono poi utilizzate per la ca un coefficiente di scabrezza medio che massim e. La metodologia è già stata applicata a partire d e di morbida come il Tevere e l’Arno, ma vi e il Crati, con regime fortemente torrentizio. L’an ochi chilometri di distanza in eventi anche di m Manning e di portata al picco del tutto coerenti L’utilizzo di una terza sonda consentirà nel pro a proposta. è particolarmente conveniente nel caso si voglia isure dirette di velocità da parte di personale tec are con sufficiente anticipo l’attività di pieno cam chiede che la distanza fra le due sezioni di m re apprezzabile lo sfasamento temporale fra la presenza di significative confluenze fra le due i e portata rappresentata dalle equazioni di Saint V FIUME CRATI E AULICA Sinagra 1 udi di Palermo; la Calabria. due sole sezioni viale. he deducibili dall’analisi mediante l’utilizzo di un ributo del progetto SILA mbito del PON "Ricerca e eriore a quella di piena, esto studio, è preferibile gia di riferimento si basa he consente di ricostruire sezioni strumentate con nte nell’applicazione dei ostituita dall’andamento e viene, quindi, calcolata ene esteso a valle della ndere il calcolo dei livelli nata al contorno di valle. alibrazione del modello, mizzi la performance del dal 2006 su corsi d’acqua viene per la prima volta nalisi dei dati registrati in modesta intensità porta a i con le condizioni geo- ossimo futuro anche una stimare l’idrogramma di cnico, con il conseguente mpo. Nella sua versione misura sia da una parte i due fronti, dall’altra sezioni. La metodologia Venant: Valutazione e mitigazione della pericolosità idraulica per la difesa del territorio MACRO TEMA V 1071

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XXXV Convegno N

CARATTERIZZAZIONE D

SPERIMENTAZIONE CON

Eleonora Spada 1, Daniela Biondi

(1) Dipartimento di Ingegneria Civile, Ambientale, Aerospaziale, dei Materiali dell'Università degli Studi di Palermo

(2) Dipartimento di Ingegneria Informatica, Modellistica, Elettronica e Sistemistica

ASPETTI CHIAVE: modello diffusivo, stima di portata, leggi di resistenza in alvei fluviali

• Stima della portata mediante metodologia indiretta basata su misure

strumentate;

• Caratterizzazione idraulica ed idrologia di un tronco fluviale:

• Installazione di sonde piezoresistive al alta frequenza per il monitoraggio

1 INTRODUZIONE

Obiettivo della ricerca è l’acquisizione delle informazioni idrologiche

di idrogrammi di livelli sincroni misurati in due diverse sezioni del fiume Crati

modello idraulico di propagazione. La ricer

(Sistema Integrato di Laboratori per l’Ambiente

Competitività 2007/2013". Quando

come avviene nei corsi d’acqua a regime torrent

fare riferimento ad una procedura no

sull’utilizzo di un modello di propagazione idraulica

numericamente la propagazione della piena in un tratto d’alveo compreso fra due sezioni strumentate con

misuratori di livello ad alta frequenza. Al contrario

modelli idraulici, la condizione al contorno assegnata alla sezione di monte è costituita dall’andamento

temporale dei livelli misurati, e non da

come incognita del problema di propagazione.

seconda sezione strumentata per una lunghezza

nella seconda sezione strumentata poco sensibile alla particolare condizione assegnata al contorno

Le misure di livello registrate nella seconda sezione vengono

in particolare per la selezione di un coefficiente di scabrezza medio che massimizzi la performance del

modello rispetto alle misure suddette.

con significative portate di magra e di morbida come il Tevere e l’Arno, ma viene per la prima volta

applicata ad un corso d’acqua, come il Crati, con regime fortemente torren

due sonde piezoresistive poste a pochi chilometri di distanza in eventi anche di modesta intensità porta a

stimare valori del coefficiente di Manning e di portata al picco del tutto coerenti con le condizioni geo

morfologiche del corso d’acqua. L’utilizzo di una terza sonda consentirà nel prossimo futuro anche una

validazione in sito della metodologia proposta.

2 MATERIALI E METODI

La procedura del doppio livello è particolarmente conveniente nel caso si voglia stimare

piena, in quanto non necessita di misure dirette di velocità da parte di personale

rischio e la necessità di programmare con sufficiente anticipo l’attività di pieno campo

originale la procedura suddetta richiede

sufficientemente ampia da rendere apprezzabile

sufficientemente piccola da evitare la presenza di significative confluenze fra le due sezioni.

assume valida la relazione fra tiranti e portata rappresentata dalle

Convegno Nazionale di Idraulica e Costruzioni Idrauliche

Bologna, 14-16 Settembre 2016

CARATTERIZZAZIONE DI UN TRONCO FLUVIALE DEL F

SPERIMENTAZIONE CON MODELLAZIONE IDRAULI

MONODIMENSIONALE

Daniela Biondi 2, Francesco Cruscomagno

2, Marco Sinagra

Tullio Tucciarelli1& Pasquale Versace

2

Ambientale, Aerospaziale, dei Materiali dell'Università degli Studi di Palermo

Ingegneria Informatica, Modellistica, Elettronica e Sistemistica dell'Università della Calabria

modello diffusivo, stima di portata, leggi di resistenza in alvei fluviali

a mediante metodologia indiretta basata su misure sincrone di livelli in due sole sezioni

ca ed idrologia di un tronco fluviale: fiume Crati;

di sonde piezoresistive al alta frequenza per il monitoraggio del deflusso fluviale

l’acquisizione delle informazioni idrologiche e idrauliche

di idrogrammi di livelli sincroni misurati in due diverse sezioni del fiume Crati mediante

La ricerca è stata sviluppata anche grazie al contributo del

(Sistema Integrato di Laboratori per l’Ambiente - PONa3_00341) finanziato nell’ambito del PON

la portata di morbida di un fiume è molto inferiore a quella di piena,

come avviene nei corsi d’acqua a regime torrentizio, quale quello considerato in questo studio

dura no-contact per la stima della portata. La metodologia

sull’utilizzo di un modello di propagazione idraulica (Nasello e Tucciarelli, 2004) che consente di

numericamente la propagazione della piena in un tratto d’alveo compreso fra due sezioni strumentate con

misuratori di livello ad alta frequenza. Al contrario di quanto accade usualmente nell’applicazione dei

la condizione al contorno assegnata alla sezione di monte è costituita dall’andamento

e non dalla portata. La portata nella sezione di monte viene

come incognita del problema di propagazione. Il tratto d’alveo da modellare viene esteso a valle della

seconda sezione strumentata per una lunghezza di poche centinaia di metri, onde rendere il calcolo dei livelli

poco sensibile alla particolare condizione assegnata al contorno

Le misure di livello registrate nella seconda sezione vengono poi utilizzate per la calibrazione del modello,

in particolare per la selezione di un coefficiente di scabrezza medio che massimizzi la performance del

ddette. La metodologia è già stata applicata a partire dal 2006 su corsi d’acqua

con significative portate di magra e di morbida come il Tevere e l’Arno, ma viene per la prima volta

applicata ad un corso d’acqua, come il Crati, con regime fortemente torrentizio. L’analisi dei dati registrati in

due sonde piezoresistive poste a pochi chilometri di distanza in eventi anche di modesta intensità porta a

stimare valori del coefficiente di Manning e di portata al picco del tutto coerenti con le condizioni geo

fologiche del corso d’acqua. L’utilizzo di una terza sonda consentirà nel prossimo futuro anche una

validazione in sito della metodologia proposta.

La procedura del doppio livello è particolarmente conveniente nel caso si voglia stimare

necessita di misure dirette di velocità da parte di personale tecnico, con il conseguente

rischio e la necessità di programmare con sufficiente anticipo l’attività di pieno campo

ra suddetta richiede che la distanza fra le due sezioni di misura sia da una parte

sufficientemente ampia da rendere apprezzabile lo sfasamento temporale fra i due fronti, dall’altra

sufficientemente piccola da evitare la presenza di significative confluenze fra le due sezioni.

assume valida la relazione fra tiranti e portata rappresentata dalle equazioni di Saint Ven

RONCO FLUVIALE DEL FIUME CRATI E

MODELLAZIONE IDRAULICA

Sinagra1

Ambientale, Aerospaziale, dei Materiali dell'Università degli Studi di Palermo;

dell'Università della Calabria.

sincrone di livelli in due sole sezioni

del deflusso fluviale.

e idrauliche deducibili dall’analisi

mediante l’utilizzo di un

contributo del progetto SILA

finanziato nell’ambito del PON "Ricerca e

molto inferiore a quella di piena,

quale quello considerato in questo studio, è preferibile

La metodologia di riferimento si basa

che consente di ricostruire

numericamente la propagazione della piena in un tratto d’alveo compreso fra due sezioni strumentate con

di quanto accade usualmente nell’applicazione dei

la condizione al contorno assegnata alla sezione di monte è costituita dall’andamento

lla portata. La portata nella sezione di monte viene, quindi, calcolata

viene esteso a valle della

, onde rendere il calcolo dei livelli

poco sensibile alla particolare condizione assegnata al contorno di valle.

utilizzate per la calibrazione del modello,

in particolare per la selezione di un coefficiente di scabrezza medio che massimizzi la performance del

metodologia è già stata applicata a partire dal 2006 su corsi d’acqua

con significative portate di magra e di morbida come il Tevere e l’Arno, ma viene per la prima volta

tizio. L’analisi dei dati registrati in

due sonde piezoresistive poste a pochi chilometri di distanza in eventi anche di modesta intensità porta a

stimare valori del coefficiente di Manning e di portata al picco del tutto coerenti con le condizioni geo-

fologiche del corso d’acqua. L’utilizzo di una terza sonda consentirà nel prossimo futuro anche una

La procedura del doppio livello è particolarmente conveniente nel caso si voglia stimare l’idrogramma di

tecnico, con il conseguente

rischio e la necessità di programmare con sufficiente anticipo l’attività di pieno campo. Nella sua versione

che la distanza fra le due sezioni di misura sia da una parte

lo sfasamento temporale fra i due fronti, dall’altra

sufficientemente piccola da evitare la presenza di significative confluenze fra le due sezioni. La metodologia

Venant:

Valutazione e mitigazione della pericolosità idraulica per la difesa del territorio MACRO TEMA V

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E. Spada et al.– Caratterizzazione idraulica del Fiume Crati

���� � �

�� ���� � � ��

�� � �

dove A è l'area della sezione trasversale,

sono la cadente piezometrica e la pendenza dell'alve

tiene conto di afflussi laterali per unità di lunghezza

canale principale stimata in condizioni di moto uniforme e pendenza unitaria del canale.

piena naturale possono trascurarsi i termini inerziali e quindi le

all'eq.2 restituisce l'eq.5:

� ������ � � �

dove B è la larghezza della sezione, e l'unica

Le condizioni al contorno assegnate

sezione di monte e la condizione di diffusione nulla (

distanza dalla seconda sezione strumentata.

significativi cambiamenti morfologici immediatamente a valle della sezione finale (come improvvisi

restringimenti dell’alveo o confluenze) è sufficiente a garantire la stabilità dei risultati rispetto all’incertezz

della condizione di valle. Ovviamente, affinché la stima della portata

soddisfatte le seguenti condizioni: i) n

misura; ii) sia nota la morfologia dell’alveo nel tratto simulato;

sufficiente a misurare lo sfasamento temporale fra le due onde misurate

stato iniziale del sistema è del tutto trascurabile, in

arco temporale sufficientemente lungo

Il caso studio in esame corrisponde al tratto

regionale in scala 1:5000 relativa all’area in esame, si è

tronco lungo circa 4 km: la sezione di mo

omonimo, e la sezione di valle, denominata "Ponte Crati",

strada Statale SS107 Silana Crotonese

utilizzando i dati LIDAR con risoluzione 1m acquisiti dal Ministero dell'Ambiente e della Tutela del

Territorio e del Mare.

Figura 1. Identificazione del bacino oggetto di studio e collocazione dei sensori a Ponte Europa e Ponte Crati

Il Fiume Crati, corso d’acqua principale della Calabria,

intorno ai 1650 m di quota e defluisce ripidamente in direzione nord, bagnando la città di Cosenza dove il

bacino idrografico raddoppia di dimensioni grazie alla confluenza da s

di “Ponte Europa” è situata immediatamente a valle di tale confluenza e sottende un bacino di superficie pari

Caratterizzazione idraulica del Fiume Crati e sperimentazione con modellazione idraulica

���� � ��� � 0(1),���� � ���� � � (2),

a sezione trasversale, q la portata, h il tirante idrico, g l'accelerazione di gravità,

cadente piezometrica e la pendenza dell'alveo, x la direzione del flusso, t il tempo

conto di afflussi laterali per unità di lunghezza (in questo caso pari a 0), e Q(h)

ioni di moto uniforme e pendenza unitaria del canale.

i i termini inerziali e quindi le eq.1 e 3 si riducono a

���� �� (4),

���� � �

���� � !� ���� "����"

#$�% � �

dove B è la larghezza della sezione, e l'unica incognita è la quota piezometrica H=(h+z

assegnate per la risoluzione dell' eq. 5 sono le quote piezometriche misurate

e la condizione di diffusione nulla (∂2Hd/∂x2= 0) nella sezione di

lla seconda sezione strumentata. Una lunghezza di poche centinaia di metri, in assenza di

significativi cambiamenti morfologici immediatamente a valle della sezione finale (come improvvisi

dell’alveo o confluenze) è sufficiente a garantire la stabilità dei risultati rispetto all’incertezz

Ovviamente, affinché la stima della portata sia attendibile, occorre che siano

i) non vi siano afflussi laterali significativi incogniti fra le due sezioni

ia dell’alveo nel tratto simulato; iii) la distanza fra le due sezioni di misura si

sufficiente a misurare lo sfasamento temporale fra le due onde misurate. L’incertezza nella conoscenza dello

stato iniziale del sistema è del tutto trascurabile, in quanto la simulazione può facilmente protrarsi per un

arco temporale sufficientemente lungo da rendere lo stato iniziale ininfluente al risultato finale.

Il caso studio in esame corrisponde al tratto iniziale del Fiume Crati. Sulla base della cartografia tecnic

regionale in scala 1:5000 relativa all’area in esame, si è provveduto: i) ad individuare

la sezione di monte, denominata "Ponte Europa" situata in corrispondenza del ponte

omonimo, e la sezione di valle, denominata "Ponte Crati", situata in prossimità dell’attraversamento della

strada Statale SS107 Silana Crotonese (vedi Fig.1); ii) ad estrapolare per il medesimo tratto 26 sezioni

ndo i dati LIDAR con risoluzione 1m acquisiti dal Ministero dell'Ambiente e della Tutela del

. Identificazione del bacino oggetto di studio e collocazione dei sensori a Ponte Europa e Ponte Crati

principale della Calabria, ha origine dalle pendici occidentali della Sila

intorno ai 1650 m di quota e defluisce ripidamente in direzione nord, bagnando la città di Cosenza dove il

bacino idrografico raddoppia di dimensioni grazie alla confluenza da sinistra del Fiume

di “Ponte Europa” è situata immediatamente a valle di tale confluenza e sottende un bacino di superficie pari

e sperimentazione con modellazione idraulica

�� � ���� �� (3),

l'accelerazione di gravità, Sf e S0

il tempo e p un termine che

Q(h) la portata specifica nel

ioni di moto uniforme e pendenza unitaria del canale. Nei fenomeni di

e 3 si riducono all'eq. 4, che unita

(5),

H=(h+z).

le quote piezometriche misurate nella

nella sezione di valle, posta a breve

i poche centinaia di metri, in assenza di

significativi cambiamenti morfologici immediatamente a valle della sezione finale (come improvvisi

dell’alveo o confluenze) è sufficiente a garantire la stabilità dei risultati rispetto all’incertezza

sia attendibile, occorre che siano

incogniti fra le due sezioni di

la distanza fra le due sezioni di misura si

L’incertezza nella conoscenza dello

simulazione può facilmente protrarsi per un

da rendere lo stato iniziale ininfluente al risultato finale.

. Sulla base della cartografia tecnica

i) ad individuare due sezioni in un

situata in corrispondenza del ponte

in prossimità dell’attraversamento della

; ii) ad estrapolare per il medesimo tratto 26 sezioni

ndo i dati LIDAR con risoluzione 1m acquisiti dal Ministero dell'Ambiente e della Tutela del

. Identificazione del bacino oggetto di studio e collocazione dei sensori a Ponte Europa e Ponte Crati

ha origine dalle pendici occidentali della Sila

intorno ai 1650 m di quota e defluisce ripidamente in direzione nord, bagnando la città di Cosenza dove il

inistra del Fiume Busento. La sezione

di “Ponte Europa” è situata immediatamente a valle di tale confluenza e sottende un bacino di superficie pari

Valutazione e mitigazione della pericolosità idraulica per la difesa del territorio MACRO TEMA V

1072

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E. Spada et al.– Caratterizzazione idraulica del Fiume Crati

a circa 270 km2; la sezione "Ponte Crati"

affluenti significativi con un incremento di area contribuente pari a 10 km

superficie urbanizzata. Il corso d’acqua nel tratto analizzato presenta un regim

periodi di magra nella stagione estiva a innalzamenti repentini dei livelli in stretta relazione con gli eventi

pluviometrici, in grado di causare improvvise ed

1951, 1953, 1959 e più recentemente nel 2008).

1999 la stazione idrometrica di “Crati a Castiglione

Funzionale Multirischi della Calabria (ARPACAL)

affetti da notevole incertezza, seppur insufficienti per una caratterizzazione

confermano, come nell’esempio riportato in F

massima (80.7 m3/s) molto elevata rispetto alla portata media

Figura 2.Regime torrentizio del Fiume Crati

Nelle sezioni individuate, sono stati installati due sistemi di monitoraggio dei livelli in continuo del tipo

Dipper-3 della SEBA Hydrometrie basati su sonda piezoresistiva,

una precisione di ± 0.05 % e una risoluzion

2010, allocando la sonda all'interno di un tubo di acciaio di 1.5" ancorato ad una delle pile del ponte,

quella di “Ponte Crati”, posizionata nel maggio

ponte della Strada Statale SS107 Silana Crotonese. Nella stessa data i due strumenti sono stati sincronizzati

per acquisire dati ogni 5 minuti. I

propagazione idraulica denominato

dell’equazione del moto, utilizza come dati di input l’idrogramma dei tiranti nella sezione di monte, la

morfologia dell’alveo ed un solo parametro di scabrezza media ra

Qualora la stima del suddetto coefficiente di Manning si basi su una valutazione soggettiva,

insita nella sua valutazione si traduce in un errore che può arrivare facilmente al 30

stimata. Risultati molto più precisi si possono ottenere

utilizzando i dati piezometrici misurati dalla sonda posta nella sezione di valle.

particolare valore del parametro n che

l’idrogramma “misurato” a valle e quello calcolato. Tale re

quadratico medio delle misure di livello (

indice di performance che può essere

tra portata storica e portate simulate.

di ottobre 2015 si sono eseguite tre calibrazioni

0.06: la prima, detta "RUN0", è stata eseguita con i

due, "RUN1" e "RUN2" rielaborando il dato reg

successivo. Poichè i risultati della calibrazione

quelli ottenuti con RMSE, si decide di mostrare il residuo della cali

adimensionalizzato, per poterne apprezzare

Caratterizzazione idraulica del Fiume Crati e sperimentazione con modellazione idraulica

; la sezione "Ponte Crati", è situata a circa 3 km di distanza, percorrendo un tratto privo di

affluenti significativi con un incremento di area contribuente pari a 10 km2, in larga parte costituita da

superficie urbanizzata. Il corso d’acqua nel tratto analizzato presenta un regime torrentizio, alternando lunghi

periodi di magra nella stagione estiva a innalzamenti repentini dei livelli in stretta relazione con gli eventi

pluviometrici, in grado di causare improvvise ed impetuose piene nel periodo autunnale ed invernale (es.

1951, 1953, 1959 e più recentemente nel 2008). A circa 5 km a valle dalla sezione Ponte Crati

di “Crati a Castiglione Scalo” (area drenante pari a 405 km

Funzionale Multirischi della Calabria (ARPACAL): i dati idrometrici disponibili, non validati e, quindi,

affetti da notevole incertezza, seppur insufficienti per una caratterizzazione statistica

me nell’esempio riportato in Fig. 2 per l’anno 2001, l’andamento sopra descritto

rispetto alla portata media (3.2 m3/s).

Regime torrentizio del Fiume Crati a Castiglione Scalo (anno 2001).

Nelle sezioni individuate, sono stati installati due sistemi di monitoraggio dei livelli in continuo del tipo

3 della SEBA Hydrometrie basati su sonda piezoresistiva, con un range di funzionamento di 10 m,

una precisione di ± 0.05 % e una risoluzione di 0.3 mm. La sezione “Ponte Europa” è stata strumentata nel

allocando la sonda all'interno di un tubo di acciaio di 1.5" ancorato ad una delle pile del ponte,

quella di “Ponte Crati”, posizionata nel maggio 2015, è posta in corrispondenza d

ponte della Strada Statale SS107 Silana Crotonese. Nella stessa data i due strumenti sono stati sincronizzati

I dati registrati dal datalogger vengono, quindi,

idraulica denominato WEC-Flood. Il modello, che implementa l’approssimazione diffusiva

dell’equazione del moto, utilizza come dati di input l’idrogramma dei tiranti nella sezione di monte, la

morfologia dell’alveo ed un solo parametro di scabrezza media rappresentato dal coefficiente

Qualora la stima del suddetto coefficiente di Manning si basi su una valutazione soggettiva,

insita nella sua valutazione si traduce in un errore che può arrivare facilmente al 30

timata. Risultati molto più precisi si possono ottenere mediante la calibrazione del parametro

utilizzando i dati piezometrici misurati dalla sonda posta nella sezione di valle. Viene quindi scelto quel

che consente di minimizzare un residuo che rappresenti la differenza fra

l’idrogramma “misurato” a valle e quello calcolato. Tale residuo può essere rappresentato

quadratico medio delle misure di livello (RMSE) valutato fra i picchi dei due idrogra

che può essere impiegato in fase di calibrazione è l'errore del tempo di picco

tra portata storica e portate simulate. Alla luce di quanto detto, per l'evento investigato verificatosi nel mese

5 si sono eseguite tre calibrazioni con un coefficiente di Manning variabile nel range di 0.02

è stata eseguita con i dati reali registrati nelle due sezioni strumentate

rielaborando il dato registrato secondo una procedura descritta nel paragrafo

Poichè i risultati della calibrazione in termini di sfasamento temporale del picco

RMSE, si decide di mostrare il residuo della calibrazione

adimensionalizzato, per poterne apprezzare il confronto nei tre RUN.

e sperimentazione con modellazione idraulica

percorrendo un tratto privo di

, in larga parte costituita da

e torrentizio, alternando lunghi

periodi di magra nella stagione estiva a innalzamenti repentini dei livelli in stretta relazione con gli eventi

nel periodo autunnale ed invernale (es.

dalla sezione Ponte Crati è attiva dal

Scalo” (area drenante pari a 405 km2) gestita dal Centro

dati idrometrici disponibili, non validati e, quindi,

statistica dei deflussi superficiali

sopra descritto, con portata

Nelle sezioni individuate, sono stati installati due sistemi di monitoraggio dei livelli in continuo del tipo

con un range di funzionamento di 10 m,

La sezione “Ponte Europa” è stata strumentata nel

allocando la sonda all'interno di un tubo di acciaio di 1.5" ancorato ad una delle pile del ponte, mentre

della briglia a monte del

ponte della Strada Statale SS107 Silana Crotonese. Nella stessa data i due strumenti sono stati sincronizzati

, inseriti nel modello di

, che implementa l’approssimazione diffusiva

dell’equazione del moto, utilizza come dati di input l’idrogramma dei tiranti nella sezione di monte, la

ppresentato dal coefficiente n di Manning.

Qualora la stima del suddetto coefficiente di Manning si basi su una valutazione soggettiva, l’incertezza

insita nella sua valutazione si traduce in un errore che può arrivare facilmente al 30-40% della portata

del parametro n, effettuata

Viene quindi scelto quel

consente di minimizzare un residuo che rappresenti la differenza fra

siduo può essere rappresentato dall’errore

drogrammi. Un ulteriore

calibrazione è l'errore del tempo di picco valutato

er l'evento investigato verificatosi nel mese

anning variabile nel range di 0.02-

nelle due sezioni strumentate, le altre

istrato secondo una procedura descritta nel paragrafo

in termini di sfasamento temporale del picco sono analoghi a

brazione in termini di RMSE

Valutazione e mitigazione della pericolosità idraulica per la difesa del territorio MACRO TEMA V

1073

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E. Spada et al.– Caratterizzazione idraulica del Fiume Crati

3 RISULTATI E DISCUSSIONE

La metodologia del doppio livello per la misura delle portate

idrici misurati nelle due diverse sezioni del fiume. La verifica in situ della funzionalità della metodologia

proposta può quindi avvenire solo in corrispondenza di un evento meteorico significativo, con un picco dello

stesso ordine di grandezza di quello per il quale si sia seleziona

Nell’anno 2015, un evento significativo è

maggiore interesse ricade nei giorni 2

m di altezza. La calibrazione del parametro

ottimo pari a 0.0437 (RUN0). Al fine di mostrare la robustezza della metodologia,

con due ulteriori calibrazioni, RUN

di monte e valle (Fig.3 (b)). La procedura

dei tiranti registrati nelle sezioni di monte e

rispetto al dato registrato, calibrando quindi il modello

questo caso restituisce un coefficiente di

calibrato introducendo un errore casuale

utilizzando una deviazione standard di

ottimale in questo caso è risultato essere

termini di RMSE, i risultati ottenuti dai tre

mostrano gli idrogrammi di portata simulata nei tre

di piena).

Figura 3. Andamento dei tiranti registrati e simulati (

confronto dei residui di calibrazione per i tr

RUN nella sezione di monte (c).

Tale confronto ha permesso di apprezzare l'accuratezza della metodologia restituendo un

Manning ottimo pari a 0.043. In conclusione il metodo della doppia misura di livello

efficace tool per la stima della portata

l’elevata difficoltà di misure di portata durante even

RIFERIMENTI BIBLIOGRAFICI

Aricò, C., Nasello, C. & Tucciarelli, T. Using unsteady water level data to estimate channel roughness and discharge hydrograph,

Advances in Water Resources, 2009, 32(8),122

Spada, E., Sinagra, M., Tucciarelli, T., Sammartano

sections of straight channels, Hydrol. Earth Syst. Sci.,

Caratterizzazione idraulica del Fiume Crati e sperimentazione con modellazione idraulica

DISCUSSIONE

a metodologia del doppio livello per la misura delle portate si basa sull’analisi del transitorio dei livelli

erse sezioni del fiume. La verifica in situ della funzionalità della metodologia

proposta può quindi avvenire solo in corrispondenza di un evento meteorico significativo, con un picco dello

stesso ordine di grandezza di quello per il quale si sia selezionata la distanza fra le due sezioni di misura.

un evento significativo è stato registrato nel mese di ottobre e

giorni 21e 22 (Fig.3 (a)) con livelli idrici nella sezione di valle

calibrazione del parametro n restituisce per l'evento in questione un

. Al fine di mostrare la robustezza della metodologia,

RUN 1 e RUN2, introducendo degli errori al dato registrato nelle due sezioni

. La procedura RUN1 è consistita nell'aver perturbato entrambi gli idrogrammi

le sezioni di monte e valle con un errore costante del 5% (deviazione standard nulla)

, calibrando quindi il modello con il nuovo campione di dati.

coefficiente di Manning ottimo pari a 0.0424. Nel RUN

introducendo un errore casuale con distribuzione gaussiana nei due

utilizzando una deviazione standard di 10 cm ed un indice di covarianza pari 0.02. Il

in questo caso è risultato essere prossimo al RUN0 e pari a 0.0434. Infine, sono stati confrontati, in

i risultati ottenuti dai tre RUN e stimata la portata nella sezione di monte (

mostrano gli idrogrammi di portata simulata nei tre RUN nella finestra di osservazione in cui ricade il picco

Andamento dei tiranti registrati e simulati (RUN0) nelle sezioni di monte e valle del tronco fluviale modellato

per i tre casi analizzati RUN1, RUN2, RUN3 (b); andamento degli idrogrammi

Tale confronto ha permesso di apprezzare l'accuratezza della metodologia restituendo un

mo pari a 0.043. In conclusione il metodo della doppia misura di livello

tool per la stima della portata (vedi Fig.3c) considerato il regime torrentizio del fiume Crati, e quindi

portata durante eventi di piena significativi.

Using unsteady water level data to estimate channel roughness and discharge hydrograph,

32(8),1223-1240.

T., Sammartano, V. & Corato, G. Computation of vertically averaged velocities in irregular

Earth Syst. Sci., 2014, 19, 3857-3873.

e sperimentazione con modellazione idraulica

sull’analisi del transitorio dei livelli

erse sezioni del fiume. La verifica in situ della funzionalità della metodologia

proposta può quindi avvenire solo in corrispondenza di un evento meteorico significativo, con un picco dello

a le due sezioni di misura.

e la finestra temporale di

livelli idrici nella sezione di valle che sfiorano 1.5

restituisce per l'evento in questione un coefficiente di Manning

si è deciso di procedere

, introducendo degli errori al dato registrato nelle due sezioni

entrambi gli idrogrammi

(deviazione standard nulla)

con il nuovo campione di dati. La calibrazione in

RUN2 invece, l'evento viene

due idrogrammi registrati

cm ed un indice di covarianza pari 0.02. Il parametro di scabrezza

sono stati confrontati, in

e stimata la portata nella sezione di monte (in Fig.3 (c) si

nella finestra di osservazione in cui ricade il picco

e del tronco fluviale modellato (a);

(b); andamento degli idrogrammi simulati nei tre

Tale confronto ha permesso di apprezzare l'accuratezza della metodologia restituendo un coefficiente di

mo pari a 0.043. In conclusione il metodo della doppia misura di livello risulta essere un

onsiderato il regime torrentizio del fiume Crati, e quindi

Using unsteady water level data to estimate channel roughness and discharge hydrograph,

Computation of vertically averaged velocities in irregular

Valutazione e mitigazione della pericolosità idraulica per la difesa del territorio MACRO TEMA V

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