Progetto Cubist - Prin 2005-2007

Il progetto Il progetto CUBISTCUBIST::RicercaRicerca e e Costruzione di SistemiCostruzione di SistemiInformativiInformativi per la caratterizzazione per la caratterizzazionemorfoclimatica morfoclimatica eded idrologica delidrologica delterritorio italianoterritorio italiano

Pierluigi Claps [[email protected]]

www.cubist.polito.lt

E. Bartolini, M. Berardi, M. De Agostino, E. Gallo,G. Laguardia, F. Laio, G. Vezzù, A. Viglione

Environment Including Global Change - Palermo - Ottobre 2009

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CCharacterisationharacterisation ofof UUngaugedngauged BBasins byasins by IIntegratedntegrated uuSSee ofof hydrological hydrological TTechniquesechniques

Finanziamenti MIUR PRIN (2005 e 2007)


Specificità della ricerca

Integrazione tra indagini modellistiche e sperimentali suiprocessi idrologici ed analisi statistica di dati idroclimatologicisu area vasta.


Obiettivi: Miglioramento della previsione probabilistica delleportate caratteristiche (medie o estreme) in bacini nonstrumentati del territorio italiano.

Miglioramento della capacità di ricostruzione di scenariidrologici a partire da scenari climatologici

Per entrambi: Necessaria una rappresentazionequantitativa della variabilità spaziale di grandezzemorfo-climatiche, per la caratterizzazione dei baciniidrografici


Necessità di unabase-datinazionale


Banca Dati Idrologica

Fonti: Pubblicazione n. 17 del Servizio Idrografico ItalianoAnnali IdrologiciProgetto VAPI (GNDCI)Banca dati ENEABanca dati UCEAProgetti operativi regionali

6000 stazioni pluviometriche (Estremi annui 1-24 h) 700 stazioni termometriche (medie mensili) 400 stazioni idrometriche (bacini idrografici)


Esempio: Portate al colmo di piena

Serie storiche delle portate alcolmo di piena ottenute dallaPubblicazione 17 del S.I.M.N.,con copertura temporale fino al1970, integrate con i daticollezionati nel progetto VAPI-GNDCI


Analisi di DEM ed calcolo di parametri morfologici

• DEM NASA-SRTM• Tools di GRASS,librerie Fluidturtle(R. Rigon) e librerie statistiche di R• Ambiente Linux e software Open-Source


DEM Direzioni di drenaggio

Aree contribuenti

Distanze dalla sezione di Chiusura

Rete di drenaggio

Parametri topologici delle reti idrografiche

Caratteristiche altimetriche, di forma, geografiche

Fino a 40 diversi parametri, alcuni complessi

parametri geomorfologici

Ordini di Strahler


ALTRE CARATTERISTICHE DELTERRITORIO (ES. NDVI MEDIO)


ENTITY-RELATIONSHIP MODEL

• Portate mediee di piena percirca 400bacini

• circa 50parametrimorfoclimaticiper ogni bacino


Accesso e manipolazione dati

Sistemi client e web-based permettono accesso pieno ediretto ai dati

I DB geografici possono essere navigati ed interrogatiattraverso sistemi GIS desktop e web-based

È stato implementato un potente ambiente OLAP finalizzatoall’esplorazione di cubi di dati e all’applicazione di tecnologiedi Business Intelligence in idrologia


I DB geografici possono essere navigatied interrogati attraverso sistemi GIS

desktop e web-based


Stazione Compartimento data descrizione valore um

GIFFONE Catanzaro 1-gen-59 Pioggia breve 3h 360 mm

SALERNO Napoli 1-gen-54 Pioggia breve 3h 277 mm

BOLZANETO Genova 1-gen-70 Pioggia breve 3h 274 mm

SELLA DI SAVONA Genova 1-gen-92 Pioggia breve 3h 271 mm

CRETO Po 1-gen-69 Pioggia breve 3h 270 mm

PIEDIMONTE D'ALIFE Napoli 1-gen-66 Pioggia breve 3h 259.6 mm

CASTELLUCCIO Pisa 9-mag-84 Pioggia breve 3h 258.8 mm

FLERI Palermo 1-gen-79 Pioggia breve 3h 254 mm

SUCCISO Po 1-gen-72 Pioggia breve 3h 247 mm

SERRA S. BRUNO Catanzaro 1-gen-35 Pioggia breve 3h 240 mm

TIGLIOLO Genova 1-gen-82 Pioggia breve 3h 237.8 mm

CORITIS Venezia 21-ago-69 Pioggia breve 3h 231 mm

PADULI Diga Po 1-gen-72 Pioggia breve 3h 229.4 mm

LAVAGNINA (Centrale) Po 1-gen-35 Pioggia breve 3h 225 mm

S. LUCA Catanzaro 1-gen-64 Pioggia breve 3h 224 mm

ARIIS Venezia 22-ago-65 Pioggia breve 3h 223.2 mm

CISERIIS Venezia 26-set-91 Pioggia breve 3h 218.4 mm

TAVARONE Genova 1-gen-70 Pioggia breve 3h 217.4 mm

LENTINA (Contrada) Palermo 1-gen-65 Pioggia breve 3h 216 mm

MUSI Venezia 26-set-91 Pioggia breve 3h 213.6 mm

I 20 massimi pluviometrici piùseveri dal 1922 al 1992


Rappresentazione quantitativa della variabilitàspaziale di grandezze morfo-climatiche

• Temperature medie


8

8

1

21010 !

=

=i

tg iItop"

Definisce quantitativamente laconcavità del territorio,parametro definitoempiricamente da Gentilli(1959) e identificato comeindice topografico. La variabilepermette di individuare lelocalità allocate all’interno divalli o conche che possonoinfluenzare notevolmente ilregime termometrico. Lestazioni ad elevato Itop10sono localizzateesclusivamente nelle strettevallate alpine.

Definizione di variabili geografiche e morfologiche


Analisi di grandezze climatiche – Temperatura media annua

Ta= 39.94– 0,0053 Z– 0,5739 Lat+ 0,0011 MARE_MEDGEO

+ 0.068 ESPSEA+ 0,1375 Itop10+ ereg

Il gradiente termico è di 1°Cper ogni 190 m di quota, e di0.57 per ogni grado dilatitudine, in buon accordo con ivalori di letteratura.

Claps, Giordano, Laguardia, ASCE JHE, 2008


Classificazione quantitativa di caratteri morfoclimaticidei bacini Italiani


0° ÷ 1° 1° ÷ 3° > 3°

0 ÷ 200 mAlluvial plain

(floodplain)Piedmont -

200 ÷ 600 m Gentle slope hill Hill -

600 ÷ 1700 m PlateauSecondary mountain

range

Steep secondary

mountain range

> 1700 m Mountainous plateauPrimary mountain

rangeIsolated peak E

lev

ati

on

cla

sses

(m

a.s

.l.)

Slope classes

Classificazione morfologica quantitativa del territorio tramite wavelet

Esempio 1: Morfologia

Claps, De Agostino, Laguardia, submitted, 2009


1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 120

0.2

0.4

0.6

0.8

1

Months

NDVI

Arid Alpine Padane Subhumid Evergreen Humid

ClassificationNot classifiedSemiaridAlpinePadaneSubhumidEvergreenHumid

F1

F2

0 2 4 6 8 10 122

3

4

5

6

7

8

9

10

0.5

1

1.5

2

2.5

x 10-4Phase 1 - phase 2 density plot

Average NDVI time series for the clusters

Classificazione della vegetazione in base a tipo fenologicoStagionalità di NDVI riprodotta mediante serie di Fourier. Ampiezza e fasedelle armoniche sono state riconosciute essere dipendenti da fattoriclimatici.

esempio 2: Vegetazione


Connessioni tragrandezze morfo-climatiche

edeflussi fluviali


0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 20000

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

Annual runoff (mm)

Estimated annual runoff (mm)

D1/3=-24.1123+4.8613*ln(A)+-0.15474*Ta R2=0.83571

Arid

Alpine

Subhumid

Evergreen

Humid

Annual rainfall and avg. temperature

0 1 2 3 4 50

5

10

15

20

log10(Area)

% stations

261 stazioni idrometriche italianecon disponibilità di pioggia edeflusso medi annui. Ladimensione dei bacini sottesivaria da 6 a 70910 km2.

Applicazione: analisi regionaledel deflusso medio annuo

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