NDA DI PIENA DI PROGETTO IN PICCOLI BACINI …...Giornata di Studio LA MODELLISTICA FISICA E...
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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)
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Lunedì 16 Febbraio 2015Ordine degli Ingegneri della Provincia di Roma
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
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IDF curves
PROCEDURA SINO AD OGGI APPLICATA PER LA STIMA DELL’ONDA DI PROGETTO IN PICCOLI BACINI NON STRUMENTATI
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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
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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.
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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
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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.
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Perchè il metodo CN4GA?
Perchè l’SCS-CN non può essere applicato a scale di aggregazioni sub-giornaliere
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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
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CASO DI STUDIO 1
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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
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(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
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Stima delle portate di picco al variare del tempo di ritorno e di alcuni parametri del modello EBA4SUB. Confronto con la formula razionale.
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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.
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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.