1. PROVINCIA AUTONOMA DI TRENTO Servizo Bacini Montani Analisi idrologica in JGrass:Peakflow TRENTO,DATA LEZIONE

2.

modello Shalstab

preparazione dati ed esecuzione del modello Peakflow

SOMMARIO 3. Shalstab

Nasce dallunione di un modello di stabilit dei pendii con un modello idrologico semplificato per stimare l'altezza della falda sospesa.

Utilizza il modello del pendio infinito in quanto nelle frane superficiali

gli spessori di terreno coinvolti sono modesti,

la superficie di scivolamento quasi-planare,

l'eventuale falda sospesa scorre all'incirca parallela alla superficie di scorrimento

queste condizioni sono compatibili con le assunzioni fatte usando il

pendio infinito

4. Shalstab A/bArea contribuente per unit di lunghezza Rapporto delle densit suolo-acqua Pendenza Angolo di attrito interno TTrasmissivit 5. Shalstab Possiamo suddividere il territorio in 4 categorie:

Zone incodizionatamente instabilise

2)Zone incodizionatamente stabilisetan 3)Zone stabilise4)Zone instabilise 6. h.shalstab

Implementa una versione del modello di Shalstab utilizzando un modello idrologico semplificato ed il modello del pendio infinito per valutare il coefficiente di stabilit.

Le variabili considerate sono:

area contribuente in un punto

b lunghezza della curva di livello nel punto

S densit del suolo

w densit dell'acqua

pendenza del terreno lungo le direzioni di drenaggio

angolo di attrito

T trasmissivit del suolo

q precipitazione effettiva

7. h.shalstab 8. h.shalstab 9. h.shalstab 10. h.shalstab Valori plausibili per i parametri del modello sono riportati in tabella. 11. IDROGEOMORFOLOGIA: PEAKFLOW

un modello idrologico semidistribuito integrato in JGrass. Lavora utilizzando come base l'approccio GIUH e calcola sia la portata massima che la durata della precipitazione che massimizza la portata.

La teoria su cui si basa quella:

idrogramma unitario istantaneo

l'assunzione che gli ietogrammi di precipitazione hanno intensit costante durante l'evento

L'approccio all'idrogramma unitario istantaneo geomorfologico GIUH viene affrontato utilizzando la funzione d'ampiezza.

12. PEAKFLOW: Descrizione del modello

un modello idrologico semidistribuito:

lavora a scala d'evento

stato pensato per il calcolo delle precipitazioni massime

considera la pioggia costante nell'intervallo di simulazione

calcola la durata di pioggia che massimizza la portata alla chiusura

calcola la portata massima per l'evento considerato

13. PEAKFLOW: Parametri necessari

• Analisi pluviometrica

• • Parametri pluviometrici a e n

• Analisi idraulica

• • Velocit nei canali

• • Parametro di diffusione

• Analisi geomorfologica

• • Funzione d'ampiezza

• • Percentuale satura di bacino

• • Rapporto tra velocit nei canali e nei versanti

14. PEAKFLOW: Schema di funzionamento Gradient TCA/Ab Topindex Rete idrografica Aree sature Aree non sature Distanze riscalate Funz. ampi sup Funz. ampi sub Peakflow Q_sub Q_sup Q_tot Analisi piogge a, n 15.

• depittare il file delle elevazioni

• garantire un percorso di drenaggio auna particella posta in qualsiasi punto della superficie

• estrarre i limiti del bacino

• stabilire la sezione di chiusura alla quale verr calcolata la portata

PEAKFLOW: Operazioni preliminari 16.

• Esprime la tendenza di un pixel a saturarsi

• Aree con valori elevati di indice topografico si saturano prima di aree a basso indice topografico

• Dipende solo dalla morfologia

• Discrimina i siti che danno deflusso superficiale da quelli che danno solo contributo subsuperficiale

• proporzionale al rapporto tra area cumulata nel pixel e pendenza

PEAKFLOW: Indice topografico 17. Calcolo dell'indice topografico: h.topindex

• ritagliare sul bacino estratto le mappe

• • • • • • • • • pendenze

• • • • • • • • • tca

• • • • • • • • • direzioni di drenaggio

• • • • • • • • • reticolo idrografico

• • • • • • il comando da usare nel map calculator

• • • • • • mybasin_slope=if(mybasin,slope,null())

18. Calcolo dell'indice topografico: h.topindex

• La scelta di ritagliare le mappe sulla maschera del bacino estratto non casuale.

• Le opzioni di lavoro sarebbero due:

• • • • • • • • • rifare i calcoli delle grandezze principali sul DTM del bacino estratto

• • • • • • • • • ritagliare le mappe sulla maschera del bacino

• • • • • • • • • La prima opzione prevede di ricalcolare la mappa delle elevazioni depittata e le direzioni di drenaggio. Questo pu comportare incompatibilit con il dato di partenza.

19. Calcolo dell'indice topografico: h.topindex 20. Calcolo dell'indice topografico: h.topindex 21. Calcolo dell'indice topografico: h.topindex 22. Calcolo dell'indice topografico: h.topindex 23. Calcolo dell'indice topografico: h.topindex

• ci sono zone all'interno del bacino dove non definito l'indice topografico

• queste zone sono quelle con pendenza pari a zero per cui il rapporto area cumulata su pendenza tende ad infinito

• pixel con pendenza bassa hanno elevata propensione alla saturazione a parit di area cumulata

• • • • • • si assegna ai pixel con valore nullo di indice topografico il valore massimo caratteristico della mappa

• • • • • • if(mybasin ,if(isnull(mybasin_topindex ),17.8,mybasin_topindex ),null() )

24. Calcolo dell'indice topografico: h.topindex 25. Analisi dei valori di una mappa: h.cb 26. Analisi dei valori di una mappa: h.cb

• calcola l'istogramma dei valori di una mappa rispetto a quelli contenuti in un'altra mappa

• • • • • • i dati della prima mappa vengono raggruppati in un numero prefissato di intervalli e viene calcolato il valore medio della variabile indipendente in ciascun intervallo

• • • • • • per ogni intervallo corrisponde un set di valori nella seconda mappa dei quali viene calcolata la media e gli altri momenti richiesti dall'utente

• • • • • • l'output di questo programma un file e non una mappa

27. Analisi dei valori di una mappa: h.cb mappe sulle quali effettuare i calcoli: pu anche essere la stessa mappa 28. Analisi dei valori di una mappa: h.cb momenti da calcolare: media, varianza, ... 29. Analisi dei valori di una mappa: h.cb numero di intervalli in cui dividere il range di valori della prima mappa 30. Analisi dei valori di una mappa: h.cb tipologia e percorso del file di output 31. Analisi dei valori di una mappa: h.cb possibile selezionare la visualizzazione dei dati in tabella o grafico 32. Analisi dei valori di una mappa: h.cb 33. Analisi dei valori di una mappa: h.cb si pu modificare il grafico e salvarlo come immagine cliccando con il tasto destro del mouse sul grafico e selezionando l'operazione da fare 34. Analisi dei valori di una mappa: h.cb

• Il file di output dih.cbcompleto contiene:

• numero di pixel della prima mappa contenuti nell'intervallo

• valore medio dei valori della prima mappa per ogni intervallo

• valore medio deivalori della seconda mappa per ogni intervallo

• varianza dei valori della seconda mappa per ogni intervallo

• momento di ordine superiore calcolato per i valori della seconda mappa

35.

• Definizione della percentuale di saturazione del bacino

• zone sature in prossimit della rete

• massimo di saturazione: tutte le zone concave del bacino

• Si utilizza l'indice topografico per selezionare le zone sature

• estrazione del valore di indice topografico a cui corrisponde la percentuale di area satura fissata al punto precedente

Estrazione dell'area satura del bacino 36. Estrazione dell'area satura del bacino

• Fissare la percentuale di saturazione del bacino

• Creare la curva di distribuzione di frequenza cumulata dell'indice topografico

• Individuare il valore di indice topografico a cui corrisponde tale percentuale di saturazione

• Estrarre la mappa corrispondente ai pixel saturi per il bacino in esame

• OPERAZIONI:

37. Percentuale di saturazione del bacino

• stato dimostrato che in generale sui bacini di medie/grandi dimensioni l'area satura in occasione di un evento estremo di piena si attesta sul 30-40% dell'intero bacino

• La percentuale aumenta se diminuiscono le dimensioni del bacino

• Sarebbero utili misure di portata o di umidit del suolo per tarare il modello

38.

• • percentuale di saturazione del bacino 40%

• • creare la curva di distribuzione di frequenza cumulata dell'indice topografico partendo dal file estratto con h.cb

Estrazione dell'area satura del bacino 39.

• • aprire il file creato da h.cb sulla mappa dell'indice topografico in un foglio di calcolo

• • calcolare la curva di frequenza cumulata dei pixel (indicativi dell'area) in funzione del valore di indice topografico

Distribuzione di frequenza del topindex 40.

• • aprire il file creato da h.cb sulla mappa dell'indice topografico in un foglio di calcolo

• • calcolare la curva di frequenza cumulata dei pixel (indicativi dell'area) in funzione del valore di indice topografico

Distribuzione di frequenza del topindex 41.

• • aprire il file creato da h.cb sulla mappa dell'indice topografico in un foglio di calcolo

• • calcolare la curva di frequenza cumulata dei pixel (indicativi dell'area) in funzione del valore di indice topografico

Distribuzione di frequenza del topindex 42.

• • percentuale di saturazione del bacino 40%

• • creare la curva di distribuzione di frequenza cumulata dell'indice topografico partendo dal file estratto con h.cb

• • cercare il valore di indice topografico corrispondente alla saturazione del 40%

Estrazione dell'area satura del bacino 43.

• • per l'interpretazione del grafico si consideri che alti valori di indice topografico significano alta propensione alla saturazione

• • una saturazione del 40% significa che il 60% dell'area del bacino ha un valore di indice topografico inferiore

• • i pixel con valore di indice topografico superiore a quello corrispondente al 60% dell'area sono saturi (40%)

Distribuzione di frequenza del topindex 44.

• • per l'interpretazione del grafico si consideri che alti valori di indice topografico significano alta propensione alla saturazione

• • una saturazione del 40% significa che il 60% dell'area del bacino ha un valore di indice topografico inferiore

• • i pixel con valore di indice topografico superiore a quello corrispondente al 60% dell'area sono saturi (40%)

Distribuzione di frequenza del topindex 45.

• • per l'interpretazione del grafico si consideri che alti valori di indice topografico significano alta propensione alla saturazione

• • una saturazione del 40% significa che il 60% dell'area del bacino ha un valore di indice topografico inferiore

• • i pixel con valore di indice topografico superiore a quello corrispondente al 60% dell'area sono saturi (40%)

Distribuzione di frequenza del topindex Valore soglia di indice topografico per la saturazione: 2.22 46. Definizione dell'area satura del bacino

• Per definire spazialmente l'area satura occorre estrarre dal bacino i pixel con indice topografico superiore al valore soglia individuato nel grafico (2.22) usando lo strumento di calcolo su mappe.

• mybasin_sat40=if(mybasin_topindex_corr>= 2.22 ,1 ,null())

47. Definizione dell'area satura del bacino

• Per definire spazialmente l'area satura occorre estrarre dal bacino i pixel con indice topografico superiore al valore soglia individuato nel grafico (2.22) usando lo strumento di calcolo su mappe.

• mybasin_sat40=if(mybasin_topindex_corr>= 2.22 ,1 ,null())

48.

• Per definire spazialmente l'area satura occorre estrarre dal bacino i pixel con indice topografico superiore al valore soglia individuato nel grafico (2.22) usando lo strumento di calcolo su mappe.

• mybasin_sat40=if(mybasin_topindex_corr>= 2.22 ,1 ,null())

Definizione dell'area satura del bacino 49.

• La funzione d'ampiezza rappresenta la distribuzione delle distanze dalla sezione di chiusura. Numericamente costituita dalnumero di pixel posti a distanza uguale dalla sezione di chiusura (misurata lungo le direzioni di drenaggio a partire dalla sezione di chiusura).

• La funzione d'ampiezza riscalata tiene conto della diversa velocit dell'acqua nella rete e nei versanti introducendorcome rapporto tra la velocit nei canali e nei versanti.

Funzione d'ampiezza 50.

• Calcolo della distanza dalla sezione di chiusura

• h.D2O considerando velocit uniforme nei versanti e nella rete

• h.rescaleddistance considerando velocit diverse nei versanti e nella rete

• Calcolo della funzione d'ampiezza ridistribuendo i valori di distanza dalla sezione di chiusura con h.cb.

Calcolo della Funzione d'ampiezza 51.

A reasonable approximation is based on the fact that 2 main velocities exist:

one for the channelsc

one for the hillslopesc h .

The distance from the outlet is:

x'is a rescaled distance from the exit rthe ratio between the celerity in the channels and in the hillslopes RESCALED DISTANCE 52.

• Per calcolare la distanza dalla sezione di chiusura se abbiamo ritagliato le mappe sul bacino estratto necessario usare il comando

• h.markoutlet

• per segnare l'uscita e velocizzare tutti gli algoritmi che si riferiscono ad essa.

Calcolo della Funzione d'ampiezza 53. Esempio di Funzione d'ampiezza 54. Esempio di Funzione d'ampiezza 55. Esempio di Funzione d'ampiezza 56. Esempio di Funzione d'ampiezza 57. Esempio di Funzione d'ampiezza 58. Funzione d'ampiezza in Peakflow

• In Peakflow vengono considerati separatamente il deflusso superficiale e subsuperficiale.

• Si lavora nell'ipotesi di comportamento dunniano (saturazione dal basso o per eccesso di saturazione) quindi il deflusso superficiale si ha dove il suolo gi saturo.

• La porzione di bacino satura in equilibrio tra deflusso superficiale e subsuperficiale, la porzione non satura del bacino concorre solo alla formazione del deflusso subsuperficiale.

59.

• • Riguarda solamente le zone sature del bacino

• • Si utilizzano mappe delle distanze riscalate con valori dirbassi (5 20)

• • Si ritaglia la mappa delle distanze riscalate limitatamente ai siti saturi (r.mapcalc)

• • Si calcola la funzione d'ampiezza (h.cb)

Funzione d'ampiezza: zone sature 60.

• • Riguarda solamente le zone non sature del bacino

• • Si utilizzano mappe delle distanze riscalate con valori diralti (50 200)

• • Si ritaglia la mappa delle distanze riscalate per i siti non saturi (r.mapcalc)

• • Si calcola la funzione d'ampiezza (h.cb)

Funzione d'ampiezza: zone non sature 61.

• Zone sature

• Zone non sature

Peakflow: Funzioni d'ampiezza riscalate 62.

• Zone sature

• Zone non sature

Peakflow: Funzioni d'ampiezza riscalate 63. Peakflow: Teoria del modello Tempo di pioggia critico: Tempo di picco: Portata di picco 64. Peakflow: Teoria del modello Intensit di precipitazione costante Idrogramma Istantaneo Unitario Frazione di bacino contribuente Funzione di ampiezza riscalata W(t) Curve di possibilit pluviometrica 65. Peakflow: Come lavora il modello Risposta idrologica di un bacino con una pioggia della durata pari a 3 istanti t=0 t=1 t=3 t=2 t=4 t=8 t=7 t=6 t=5 tempo pixel 66. Peakflow: Applicazione 67. FUNZIONE D'AMPIEZZA DEL DEFLUSSO SUPERFICIALE Peakflow: Applicazione 68. FUNZIONE D'AMPIEZZA DEL DEFLUSSO SUB -SUPERFICIALE Peakflow: Applicazione 69. COEFFICIENTI DELLE CURVE DIPOSSIBILIT PLUVIOMETRICA Peakflow: Applicazione 70. VELOCIT MEDIA NEI CANALI PARAMETRO DI DIFFUSIONE Peakflow: Applicazione 71. INTERVALLO DI SCRITTURA DEI DATI NEL FILE DI OUTPUT Peakflow: Applicazione 72. SCRITTURA DEL FILE DI OUTPUT Peakflow: Applicazione 73. CREAZIONE DEL GRAFICO DI PORTATA Peakflow: Applicazione 74. Peakflow: Applicazione 75. Peakflow: Applicazione 76. Peakflow: Applicazione 77. Peakflow: Applicazione 78. Peakflow: Applicazione 79. Peakflow: Applicazione 80. GRAZIE DELL'ATTENZIONE...