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Giornata di Studio LA MODELLISTICA FISICA E NUMERICA A SUPPORTO DELLA PROGETTAZIONE DI OPERE DI DIFESA IDRAULICA E MARITTIMA

Lunedì 16 Febbraio 2015Ordine degli Ingegneri della Provincia di Roma

ONDA DI PIENA DI PROGETTO IN PICCOLI BACINI NON STRUMENTATI: ABBIAMO ANCORA BISOGNO DELLA FORMULA RAZIONALE?

Dipartimento per la Innovazione nei sistemi Biologici, Agroalimentari e Forestali (DIBAF), Università degli Studi della Tuscia, University of Tuscia, Via San Camillo De Lellis snc, 01100 Viterbo, Italy. [email protected]

Department of Mechanical and Aerospace Engineering, Polytechnic School of Engineering, New York University, Six MetroTech Center, Brooklyn, NY 11201.

Salvatore Grimaldi

Ricerca svolta in collaborazione con l’Ing. Rodolfo Piscopia e il prof. Andrea Petroselli (Tuscia)

mailto:[email protected]

mailto:[email protected]

http://www.poly.edu/

http://www.poly.edu/



CONTESTO APPLICATIVO

STIMA DELL’ONDA DI PIENA DI PROGETTO IN PICCOLI BACINI NON STRUMENTATI

PICCOLO BACINO NON STRUMENTATO:

- BACINO DEL RETICOLO MINORE, DI DIMENSIONE DA 0 A 500KM2

- NON SONO DISPONIBILI MISURE DI PORTATA- SONO DISPONIBILI PLUVIOMETRI, DEM E USO DEL SUOLO



IDF curves

PROCEDURA SINO AD OGGI APPLICATA PER LA STIMA DELL’ONDA DI PROGETTO IN PICCOLI BACINI NON STRUMENTATI



FORMULA RAZIONALE

Mulvaney, T.J., 1851. Kuichling, 1889; Chow et al., 1988; Dhakal et al., 2013a, 2013b

“Pro”- facile da applicare....in pratica solo con carta e penna. - dati di input facili da reperire: Intensity-Duration-Frequency (IDF) curves, tempo di corrivazione (Tc), e coefficiente di deflusso.- la formula non è totalemente empirica e il concetto di precipitazione critica è facile da comprendere ed è convincente.

- coefficiente di deflusso (Young et al., 2009). I valori presenti nelle tabelle originali (ASCE-WPCF, 1969; Young et al., 2009; Dhakal et al., 2012) non sono stati desunti tramite calibrazione sperimentale ma fissati previa consultazione tra esperti. - La caratterizzazione del tipo e uso di solo è limitata a poche classi. - Per ogni classe è associato un range di valori (es. per “Residential (suburban)” C può assumere un valore tra 0.25-0.40). - Forte dipendenza con il tempo di corrivazione.

Principali “Contro”

SOGGETTIVITA’ durata critica, ipotesi di sistema lineare, omogeneità spaziale delle precipitazioni e approccio concentrato

Limiti comuni



Procedura propostaEBA4SUB - Event-Based Approach for Small and Ungauged Basins

- Stessi input necessari per l’applicazione della formula razionale; - L’unica differenza è la necessità di un modello digitale del terreno e di un suo pre-processamento.

VANTAGGI ATTESI

-Riduzione della SOGGETTIVITA’;

-Non fornisce solo il picco ma l’intera onda di progetto.



Primo Step: Ietogramma di progetto

Ietogramma Chicago

Il principale vantaggio è che l’intesità massima è insensibile al tempo di corrivazione

Il limite è che tende a sovrastimare il picco (ma può essere un vantaggio)

€

i( t,T ) = a(T ) n(T ) tr − t

rC

#

$ % %

&

' ( (

n -1

for t ≤ tr

i( t,T ) = a(T ) n(T ) t − tr

1 − rC

#

$ % %

&

' ( (

n -1

for t ≥ tr



Secondo Step: Stima dello ietogramma netto

metodo CN4GA - Curve Number for Green Ampt

Metodo SCS-CN applicato per stimare la precipitazione netta totale e le perdite iniziali

Equazione GAML (Green Ampt)

Fissati Δθ & ΔH il valore di Ks è quantificato in modo tale che il totale di pioggia netta sia uguale a quella stimata con il metodo SCS-CN. Il “ponding time” è fissato pari al tempo in cui si esauriscono le perdite iniziali.

+



Perchè il metodo CN4GA?

Perchè l’SCS-CN non può essere applicato a scale di aggregazioni sub-giornaliere



Terzo Step: Trasformazione Afflussi-Deflussi

- funzione di densità di probabilità dei tempi di corrivazione;

- Vh e Vc sono le velolità di deflusso nel versante e nel canale;

- Vh è stimato cella-cella, con una formula empirica dipendente da uso del suolo e pendenze;

La velocità Vc è lasciata costante e stimata imponendo il Tc o Tlag. Nel primo caso si sceglie qual valore di velocità per cui il tempo di base dell’IUH sia pari a TcNel secondo caso si sceglie quel valore di velocità per cui il centro di massa dell’IUH sia pari a Tlag.

TLAG TC



CASO DI STUDIO 1



CASO DI STUDIO 1 - Analisi di sensitività rispetto al Tc, C e CN

Tr= 5 anni

Per il bacino selezionato, per cui il valore di Tc =16 ore e C=0.25, se variamo i tempi di corrivazione, 8 ore e 24 ore, e stimiamo le portate di picco si ottiene 292 m3/s (+60%) and 138 m3/s (-24%). Analogamente usando CN=70 il range dei valori estremi è 368 m3/s (+16%) and 287 m3/s (-10%).

Minore sensibilità rispetto al tempo di corrivazione Tc

L’ingegnerie potrebbe essere libero di di scegliere un valore di C nel range 0.15-0.35, il che significa che può scegliere una portata di progetto nel range 109 m3/s to 255 m3/s.

Soggettività

Formula Razionale EBA4SUB



(a) DEM e re*colo idrografico, (b) codice uso del suolo CORINE, (c) velocità delle celle versante (m/s) e (d) WFIUH.

CASO DI STUDIO 2 - Bacino del Rigo



Stima delle portate di picco al variare del tempo di ritorno e di alcuni parametri del modello EBA4SUB. Confronto con la formula razionale.



Conclusioni

✓La formula razionale è un approccio semplice che, suppur datato, può essere utile per una valutazione speditiva della portata al colmo;

✓Il limite più grande è la soggettività nella sua applicazione;

✓Si può strutturare un approccio “event-based” usando gli stessi input della formula razionale;

✓L’approccio EBa4SUB è meno sensibile al Tempo di corrivazione;

✓L’approccio EBa4SUB è meno soggettivo della formula razionale.



EBA4SUB software package

Sviluppatore del Software:

Ing. Rodolfo Piscopia,libero professionista.

Sviluppo procedura:

Prof. Ing. Salvatore Grimaldi, Università degli Studi della Tuscia, Viterbo;

Prof. Ing. Andrea Petroselli, Università degli Studi della Tuscia, Viterbo;

Hanno collaborato:

Prof. Ing. Fernando Nardi, Università per gli Stranieri di Perugia

Prof. Ing. Nunzio Romano, Università degli Studi di Napoli Federico II, Napoli.



GRAZIE

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