Unitn Workshop scinetifico Morfeo 22 aprile 2008

Roma, 22-23 aprile 2008

MORFEO Progetto Pilota Protezione civile

dalle frane

Contratto ASI n. I/045/07/0

Workshop Attività di Ricerca



Anagrafica UniTN - CUDAM

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Direttore

Prof. Riccardo [email protected]

Centro di modellistica ambientale

dell’Università di TrentoCUDAM

Via Mesiano, 77I-38100 TRENTO

tel.: +39 0461 882660fax: +39 0461 882672

e-mail: [email protected]

Il CUDAM (Centro Universitario per la Difesa Idrogeologica dell’Ambiente Montano):

centro di ricerca, accreditato come centro di Eccellenza dal MUR.

Studia i fenomeni di dissesto idrogeologico negli ambienti montani.

Collaborazioni in atto (Gruppo Prof. Rigon)

Paolo D'Odorico - University of Virginia

Raymond Torres - University of Carolina

Stephan Gruber - Università di Zurigo

Enzo Farabegoli - Università di Bologna

Andrea Rinaldo - Università di Padova

mailto:[email protected]





Anagrafica UniTN - CUDAM

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Obiettivi di ricerca linea 1 “Idrologia dei versanti e formazione dei deflussi solidi”

• Modellare meccanismi di infiltrazione e di trasferimento dell'acqua lungo i versanti e nei conoidi alpini con l'uso di mappe digitali del terreno ad alta risoluzione,dati satellitari, misure di campo e modelli geomorfologici ed idraulici del ciclo idrologico di nuova concezione.

• Approntare strumenti informatici per rappresentare i fenomeni idrogeologici e eseguire i modelli

• Determinare le zone di possibile innesco di frana a scala di bacino, i volumi movimentabili, gli eventi critici.

• Affinare procedure di ricostruzione di modelli digitali del terreno e di classificazione dell'uso del suolo a partire da dati telerilevati.

• Definire procedure semplificate di supporto alla progettazione di opere di difesa del suolo.


Chi siamo: IL TEAM

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HYDROLOGISsoluzioni per la gestione ambientale e per la valutazione del rischio idro-geologico in un ambiente GIS (http://www.hydrologis.com)

DICA Dipartimento di Ingegneria Civile ed Ambientale

CUDAM Centro Universitario per la Difesa dell’Ambiente Montano

prof. Riccardo Rigon (http://www.ing.unitn.it/dica/hp/?user=rigon)

GEOtop Developers Team (GDT)ing. matteo dall’amico, ing. stefano endrizzi phd, ing. emanuele cordano phd, ing. christian tiso, ing. silvia simoni phd, ing. fabrizio zanotti, ing. giacomo bertoldi phd. (http://www.geotop.org)

Mountain-eeringGestione del pericolo idrogeologico per fini di pianificazione territoriale, attraverso l'uso di modellistica idrogeologica e la redazione di carte del pericolo. Installazione di strumenti per il monitoraggio dello stato di pericolo potenziale ed effettivo di instabilità dei versanti (http://www.mountain-eering.com)

http://www.hydrologis.com

http://www.hydrologis.com

http://www.ing.unitn.it/dica/hp/?user=rigon

http://www.ing.unitn.it/dica/hp/?user=rigon

http://www.geotop.org

http://www.geotop.org

http://www.mountain-eering.com

http://www.mountain-eering.com


Competenze UniTn - CUDAM per il progetto

Esempi di trasferimento tecnologico:

•Provincia Autonoma di Trento – Sevizio GeologicoRealizzazione dello studio dei fenomeni di dissesto e degli impatti del cambiamento climatico in atto sul ciclo idrologico e sulla stabilità dei pendiiData inizio: aprile 2007Data fine: aprile 2008

•IMPRESA S. Martino S.R.L COSTRUZIONI GENERALIAnalisi ed elaborazioni di dati pluviometrici al fine di determinare le portate massime di alcuni rii minori del Bacino del Torrente Argentina (IM) con tempi di ritorno con l’uso del modello afflussi-deflussi di tipo geomorfologico PeakFlowData inizio: 03/02/2007Data fine: 31/3/2007

•AUTORITÀ DI BACINO DEL FIUME ADIGE"Difesa idrogeologica e bilancio idrico nel bacino dell’Adige".

•Commissione Europea EU XXXXIRASMOS – "Integral Risk Management of Extremely Rapid Mass Movements"

•Provincia Autonoma di Trento – Servizio Urbanistica e Tutela del PaesaggioAcquisizione rilievi laser-altimetri LIDAR per la definizione della aree di pericolosità geologica, idrogeologica e valanghiva per il progetto dir revisione del Piano Urbanistico Provinciale – prot. N. 568/05

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Competenze UniTn - CUDAM per il progetto

Esempi di trasferimento tecnologico:

•Provincia Autonoma di Trento – Sevizio GeologicoStudio con modelli numerici corroborati da indagini di campo sulla stabilità di alcuni bacini ritenuti mediamente rappresentativi delle condizioni geologiche del territorio provinciale e definizione delle soglie di innesco dei fenomeni franosi

•COMUNE SAURIS“Incarico di analisi idrogeologica e morfodinamica dell’ambito dello studio dei fenomeni franosi nelle aree Sovrastanti gli abitati di Sauris di Sotto e di Velt in Comune di Sauris (UD)”Data inizio: 04/05/2005Data fine: 15/12/2005

•BORGO S. MARTINO“Analisi ed elaborazioni di dati pluviometrici al fine di determinare le portate massime alla chiusura del Torrente Argentina (IM) con tempi di ritorno di 50, 100, 200 e 500 anni di tempo di ritorno con l’uso del modello afflussi-deflussi di tipo geomorfologico (semidistribuito) PeakFlow sviluppato presso il CUDAM”Data inizio: 04/03/2005Data fine: dopo 4 mesi dalla firma convenzione

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I WP del gruppo UniTN - CUDAM

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WP Titolo Prodotto

1B3-ABBC

1C1-E

1C1-U

DIMOSTRAZIONI PRODOTTI UTENTE UNITN

MODELLISTICA UNITN

GEOtop-EO Sviluppo del core

SYSTEM

SUBSYSTEM

RICERCA

RICERCA

MODELLO GEOtop

1A-BAAB


I WP del gruppo UniTN - CUDAM

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Gantt dei WP


WP 1A-BAAB: attività di ricerca

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DIMOSTRAZIONI PRODOTTI UTENTE UNITN

SYSTEM1A-BAAB

DOMANDA DELL’ ATTIVITA’ DI RICERCA:

•Analisi del bilancio idrologico completo (massa ed energia) a scala di versante in piccoli bacini montani

• Stima della probabilità di innesco di fenomeni franosi superficiali

• Redazione di una cartografia di dettaglio delle porzioni di suolo più suscettibili all’innesco di fenomeni franosi superficiali.


WP 1A-BAAB: strategie e tecnologie

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Uso di una metodologia consolidata in altri progetti per l’analisi geomorfologica e l’indagine della stabilità, mediante un team di collaboratori specializzati nelle tecniche di indagine: sopralluoghi, strumentazione, analisi numerica.

GEOtop Modello Idrologico

Bilancio di massa ed energia

Deflussi superficiali e subsuperficialiRigon et al. 2006

GEOtop - FS

Modello per le analisi di stabilità dei versanti

Approccio integrato idrologico e geotecnico

determinazione dei punti di innesco con approccio probabilistico

Simoni et al. 2006

•Dati cartografici



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Dati in input richiesti dai WP:

1.Dati non-EO (non generati dal sistema)

• Dati meteorologici (temperatura dell’aria, umidità relativa, velocità del vento,radiazione solare, precipitazione, pressione atmosferica) provenienti da una o più stazioni. I dati devono avere almeno cadenza oraria e devono essere relativi al periodo dell’evento analizzato ed ad almeno 2 mesi prima dell’evento.

• Specifiche di ogni singola stazione (coordinate geografiche della stazione e sistema di riferimento usato, caratteristiche tecniche della stazione).

• Composizione geologica del suolo: frazione di roccia-sabbia-argilla-materiale organico

• Proprietà idrauliche del suolo (conducibilità idraulica, contenuto d’acqua, ontenuto d’acqua residuo, porosità).

• Spessore del suolo.

• Scabrezza del suolo (in termini di altezza media degli edifici e della vegetazione).

• Risultati di analisi di laboratorio su campioni di terreno:

• Proprietà geotecniche del suolo (densità, coesione, angolo di attrito interno,

• Rilievi geologici originali, non pubblicati, a cura del Servizio Geologico della P.A.T.



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2. Dati cartografici

• Carta topografica generale della Provincia Autonoma di Trento, anno 1998, scala 1:10.000 Pixel di un metro. (non generato dal sistema)

• OUTPUT cartografici UNIBO: analisi e caratterizzazioni geologiche delle aree test, simulazioni con il modello SHALSTAB. (1A-BAAC)

• Carta geologica agg. Anno 2004, scala 1:10.000 a cura del Servizio Geologico della Provincia Autonoma di Trento. (non generati dal sistema)

• Modello digitale del terreno fornito da Provincia Autonoma di Trento 1996 Passo di campionamento 10m. (non generati dal sistema)

3. Prodotti EO

• Carta di uso del suolo comprendente informazioni sulla vegetazione: tipologia, (se possibile densità e altezza).Generate dal WP 1A-BAE

• Carta dei cambiamenti di uso del suolo prodotta nel presente ambito contrattuale, comprendente una classificazione dello stesso in: zone urbane, foreste, suolo nudo, suolo adibito ad agricoltura, suolo adibito a pascolo. Generate dal WP 1A-BAE

• Carta delle aree urbanee Carta delle aree rocciose

4. Prodotti EO (non generati dal sistema)

• Mappa della copertura nevosa. Specifico 5x5 mese 250X250 giorno. da progetto Nowcasting

• Mappe della copertura nuvolosa del cielo prodotta. da progetto Nowcasting

• Rilievo lidar risoluzione 1m di proprietà Provincia di Trento, 2007 (previsto)

• Cartografia digitale rilevata con laser altimetro da Terrapoint per conto dell’Università di Trento (2003), derivata da precedente ambito contrattuale. Già in possesso.

• Ortofoto Digitali bianco e nero fornite da Provincia Autonoma di Trento (1994).


WP 1A-BAAB: tempistiche

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anno mesiDimostrazione prodotti utente Milestonesrel 1 rel 2 rel 3

2008

febmaraprmaggiulugagosetottnovdic

2009

genfebmaraprmaggiulug orr v1agosetottnovdic

2010

genfebmarapr orr v2maggiulugagosetottnov orr v3dic

Attività 1 Dimostrazione release 1Generazione prodotti dalla Versione GEOtop + GEOtop-SF v 0.9375 con

applicazione preliminare ad una (o più) aree pilota sull’area di test del Trentino.Validazione e interpretazione degli output con il supporto di UNIBO

Statistiche GIS-file (ARC-Info; *.shp; Erdas *.img, GeoTiff), GRASS Pdf Report Contributo alla redazione del DEL 036 Report attività dimostrative

Campagne di misura


calibrazione dei parametri geotecnici e geolitologici (relase 2 del sistema) in una (o più) aree pilota sull’area di test del Trentino.

Validazione e interpretazione degli output con il supporto di UNIBO Statistiche GIS-file (ARC-Info; *.shp; Erdas *.img, GeoTiff), GRASS Pdf Report

Campagne di misuraContributo alla redazione del DEL 036 Report attività dimostrative


calibrazione dei parametri geotecnici e geolitologici in una (o più) aree pilota funzionante su server con assimilazione di dati EO integrata (relase 3 del sistema)

sull’area di test del Trentino.Validazione e interpretazione degli output con il supporto di UNIBO

Statistiche GIS-file (ARC-Info; *.shp; Erdas *.img, GeoTiff), GRASS Pdf Report Campagne di misura

Contributo alla redazione del DEL 036 Report attività dimostrative


WP 1A-BAAB: output e criticità

Criticità:

•mancato reperimento dei dati;

•elevato tempo macchina richiesto per dtm ad alta risoluzione;

•manutenzione e accesso alle stazioni di misura.

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OUTPUTS EVENT

Mappe prodotte dal modello GEOtop (Probabilità di franamento del pixel), prodotto utente Output dei modelli per la previsione ed il preannuncio di frana GEOtop-EO.

ORR V1 / ORR V2 / ORR V3

Contributo al DEL 036 Report attività dimostrative ORR V1,V2,V3

Misure di radiazione incidente netta ORR V1,V2,V3


WP 1B3-ABBC: attività di ricerca

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1B3-ABBC MODELLISTICA UNITN

SUBSYSTEM


•realizzazione del modulo di pre e post processamento dei dati in input;

• realizzazione - affinamento del modello GEOtop-Eo;

• realizzazione - affinamento del modello GEOtop-FS;

• Modulo database GEOtop.


WP 1B3-ABBC: strategie e tecnologie

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GEOtop0.9375



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GEOtop-SF



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Attività di campo



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JGrass www.jgrass.org

GIS JGrass

OpenSource LGPL (http://www.gnu.org/licenses/lgpl.html)

Tutte le piattaforme (Wondows, Mac, Linux)

Gestione dati vettoriali

Gestione dati raster

Implementazione dei comandi del GIS GRASS (http://grass.itc.it)

Implementazione di strumenti di analisi geostatistica

OpenMI Java based

http://www.jgrass.org

http://www.jgrass.org

http://www.gnu.org/licenses/lgpl.html

http://www.gnu.org/licenses/lgpl.html

http://grass.itc.it

http://grass.itc.it



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JGrass

WEBserices

WMSWFS-TWPS

PostGISPostgres



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JGrass

GIS engine

UIBuilder

HSQLDB

GRASS GIS

Eclipse RCPuDig

JGrassJ-Console engine

OpenMIH

orto

n M

achi

ne

Hyd

rolo

g. m

odel

Sta

tistic

al a

nal.



22

JGrass

CONNESSIONE AL DATABASE

LAYERS VIEW



23

JGrass

VISUALIZZAZIONEDEGLI ATTRIBUTI



24

JGrass



25

JGrass



26

JGrass



27

JGrass

rainfall data

drainagedirection

networkextraction

totalcontributingarea

rescaleddistancesand hydrologicattributes

slope,curvaturesand geo-morphologicattributes



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JGrass



29

JGrass



30

JGrass

Tools di analisi(UNITN/R)

Database (PostgresSQL/PostGIS/CUAHSI)

Modelli(UNITN/OpenMI)

Interfacce(Java/JGRASS)

users webexternal database



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JGrass



31

JGrass

Possibilità di calibrare la mole di datisulle esigenze della simulazione



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JGrass

CUDAMHydroloGIS

PostgreSQLPostGIS

TOOLANALISI

GIS



Misure di contenuto d’acqua nel suolo

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La sonda ThetaProbe misura il contenuto volumetrico di acqua del suolo attraverso la misura della variazione della costante dielettrica del terreno. Tali variazione sono convertiti in segnali elattrici (CA), proporzionali al contenuto di acqua.

Le sonde generano un’onda sinusoidale con una fraquenza di 100MHz che viene trasmessa al terreno da 4 aste metalliche.

0 < !v < 0.5

Output= voltaggio analogico (0-1 V CC )



Misure di pressione dell’acqua nel suolo

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Monitoraggi e download dati

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WP 1B3-ABBC: tempistiche

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anno mesi Disegno di dettaglio Produzione e qualifica Integrazione di sistema Milestonesrel 1 rel 2 rel 3 rel 1 rel 2 rel 3 rel 1 rel 2 rel 3

2008

feb scrmaraprmag pdrgiulugago cdr v1setottnovdic

2009

genfeb aqr v1marapr iar v1maggiulug orr v1agoset cdr v2ottnovdic aqr v2

2010

genfeb iar v2marapr orr v2mag cdr v3giulugago aqr v3set iar v3ottnovdic

1 Disegno di dettaglio :Stesura del contributo a DEL 030 Manuale utente e procedure operative a

livello di moduloContributo a Specifiche algoritmiche DEL028

procedure di test a livello di modulo ( contributo a del 029) Supporto alle attività di disegno di dettaglio del sistema del WP 1B3-ABA

2 Produzione e qualificaContributi e supporto di sviluppo del MODULO GEOTOP-EO ( WP 1B3-

ABBA) , per il trasferimento dei risultati della attività di ricerca del WP 1C1-E 1C1-U nel modulo GEOTOP-EO

Sviluppo del modulo databaseDefinizione e test del modulo DataBase GEO-TOP

Validazione dei prodotti generati dal modulo GEOTOP EO in condizioni di simulazione.per i prodotto i release 3

interpretazione degli output di GEOtop 0.9375 generati da UNIBO (WP – 1B3-ABBB)

Stesura del contributo a DEL 032 Report di attività di verifica e validazione a livello di modulo

Stesura del contributo a DEL 033 Manuale utente e procedure operative a livello di modulo

Campagne di misura per le attività di produzione e qualifica solo per la release 1

3 Integrazione di sistema

Supporto alla fase di integrazione di sistema


WP 1B3-ABBC: output e criticità

Criticità:

•mancato reperimento dei dati;

•elevato tempo macchina richiesto per dtm ad alta risoluzione;

•manutenzione e accesso alle stazioni di misura.

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OUTPUTS EVENTContributo a DEL 029 Piano di verifica e validazione (issues 1,2,3) CDR-V1,V2,V3

Contributo a DEL 030 Manuale utente e procedure operative CDR V1,V2,V3

Contributo a DEL 033 Manuale utente e procedure operative AQR V1,V2,V3

Contributo a Specifiche algoritmiche DEL028 CDR V1, V2, V3

Contributo a DEL 032 Report di attività di verifica e validazione (a livello di modulo) AQR V3

GEOtop 0.9375 AQR V1

Modulo DataBase GEO-TOP AQR V1, V2, V3

Misure di radiazione incidente netta AQR V1


WP 1C1-E: attività di ricerca

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1C1-E RICERCAMODELLO GEOtop


•sviluppo di GEOtop-EO


WP 1C1-E: strategie e tecnologie

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Riorganizzazione del codice in sottoprocessi


WP 1C1-E: tempistiche e outputs

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anno mesi Ricerca Milestones

2008

febmaraprmaggiulugago cdr v1setottnovdic

2009

genfebmaraprmaggiulug orr v1agoset cdr v2ottnovdic

2010

genfebmarapr orr v2mag cdr v3giulugagosetottnov orr v3dic

ACTIVITY DESCRIPTION

Determinazione della soglie dei parametri geotecnici di innesco delle frane sulla base dei dati raccolti nei bacini campione in collaborazione con

UNIBO e assimilati in GEOtopDefinizione di procedure di assimilazione di prodotti EO

Definizione delle modalità di irrobustimento del modello per la sua operatività in continuo e 'fault tolerant'

Supporto alle attività di disegno di dettaglio e produzione e qualifica del WP 1B3-ABBC “MODELLISTICA UNITN”

OUTPUTS EVENT

Procedura per generazione degli output dei modelli per la previsione e preannuncio di frana GEOTop-

EO e codice prototipaleCDR V1,V2, V3

Contributo a DEL 038 report attività ricerca ORR-V1,V2,V3


WP 1C1-U: attività di ricerca

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1C1-UGEOtop-EO Sviluppo del core

RICERCA


•integrazione in GEOtop dei dati EO


WP 1C1-U: tempistiche e outputs

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anno mesiBorsa

dottorato Milestones

2008

febmaraprmaggiulugagosetottnovdic

2009

genfebmaraprmaggiulugagosetottnovdic

2010

genfebmaraprmag cdr v3giulugago aqr v3setottnov orr v3dic

ACTIVITY DESCRIPTION

Riscrittura a livello prototipale in GEOTOP-EO del codice di bilancio di radiazione per bande.

Scrittura a livello prototipale degli algoritmi di calcolo della radiazione netta incidente con riferimento alla morfologia del terreno

OUTPUTS EVENTAlgoritmi a livello prototipale aggiuntivi al modello

GEOtop-EO CDR V3Contributo al modello GEOtop-EO Users Manual nel DEL

033 Manuale utente e procedure operative AQR V3Contributo al GEOtop programmer’s manual nel DEL 028

Specifiche algoritmiche CDR V3Codice prototipale di analisi geomorfologica sviluppati

secondo lo standard previsto da ESMF AQR V3Contributo al Report di Attività di Ricerca DEL 038 ORR V3


RIEPILOGO DEI RISULTATI E PRODOTTI

Analisi idrologiche - GEOtop

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GEOtop-SF: stabilità dei versanti

44probabilità di innesco frane

stima dei volumi movimentabili



Rappresentazione 3D dell’instabilità dei versanti

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Le aree TestRio Val, Rio Salei, Rio Duron, Val di fassa:

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DuronRio Salei

Rio Val

Val di Fassa


Le aree TestRio Val, Rio Salei:

47

Duron

Rio Salei

Rio Val


Le aree TestRio Duron:

48

Duron


Altri progetti rilevanti per il presente:

Collaborazione con il Servizio Geologico della Provincia Autonoma di Trento

49

Rio Val, Rio Salei:

Strumentazione dei bacini con stazioni per la misura di:

• temperatura del suolo

• pressione interstiziale

• contenuto d’acqua


Altri progetti rilevanti per il presente:

Collaborazione con il Servizio Geologico della Provincia Autonoma di Trento

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Rio Val, Rio Salei:

Strumentazione dei bacini con stazioni per la misura di:

• temperatura del suolo

• pressione interstiziale

• contenuto d’acqua


Pubblicazioni rilevanti per il progetto

•Cordano E. & R. Rigon, A perturbative view on the subsurface water pressure response at hillslope scale, Water Resor. Res., accepted for publication, 2007

•Convertino, M, Rigon, R; Maritan, A; Rinaldo, A and I. Rodriguez-Iturbe, Probabilistic structure of the distance between tributaries of given size in river networks, Water Resour. Res., 43 (11): Art. No. W11418 NOV 24 2007

•Simoni, S., F. Zanotti, G. Bertoldi and R. Rigon, Modelling the probability of occurrence of shallow landslides and channelized debris flows using GEOtop-FS, accepted for Hydrol. Proc., publiseh on-line, Dec 2007

•Rigon R., Bertoldi G e T. M. Over, GEOtop: A distributed hydrological model with coupled water and energy budgets, Jour. of Hydromet., Vol. 7, No. 3, pages 371- 388., Vol. 7, No. 3, pages 371-388.

•Bertoldi, G., R. Rigon & T. M. Over, Impact of watershed geomorphic characteristics on the energy and water budgets, Jour. of Hydromet., Vol. 7, No. 3, p. 371- 388. Vol. 7, No. 3, pages 389 - 394, 2006.

•D'Odorico, P., Fagherazzi G. e Rigon R. Potential for landsliding: Dependence on hyetograph characteristics, J. Geophys. Res., Vol. 110, No. F1, F01007 10.1029/2004JF000127 10 February 2005.

•Simoni S., Zanotti F., Rigon R., Squarzoni C., Approccio probabilistico alla determinazione dell'innesco di frane superficiali con in modello accoppiato idro-geotecnico: GEOTOP-SF, Atti del convegno "idra2006 : XXX Convegno di Idraulica e Costruzioni Idrauliche", Roma, 10-15 Settembre, 2006.

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Pubblicazioni rilevanti per il progetto

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•Bertoldi G., Dietrich W.E., Miller N. L., Rigon R.. Bedrock and soil contribution to the formation of sub-surface runoff by saturation in headwater catchments: observations and simulation using a distributed hydrological model, Atti del XXIX Convegno di Idraulica e Costruzioni Idrauliche, Trento, Settembre 2004.

•Zanotti, F., Endrizzi S., Rigon R. Il modulo di accumulo e scioglimento della neve in Geotop. Atti del XXIX Convegno di Idraulica e Costruzioni Idrauliche, Trento, Settembre 2004.

•Tiso, C., Bertoldi G. and R. Rigon. Il modello Geotop-SF per la determinazione dell'innesco di fenomeni di franamento e di colata. Atti del Convegno Interpraevent 2004, Riva del Garda, 24-28 Maggio 2004.

•Bertoldi G., Rigon R. and Over T.M., Un'indagine sugli effetti della topografia sul ciclo idrologico con il modello GEOTOP, Atti del XXVIII Convegno di Idraulica e Costruzioni Idrauliche, Potenza, Italy, 2002.

Unitn Workshop scinetifico Morfeo 22 aprile 2008

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