P alermo convegnoidraulica

Il modello Nuovo Adige (NewAge)

G. Formetta, R. Rigon, S. Franceschi, S. Endrizzi , A. Antonello E. Cordano, and R. Mantilla

XXXII Convegno di Idraulica e Costruzioni Idrauliche- Palermo 2010D

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20

04

Thursday, September 16, 2010

Formetta et al., XXXII Convegno di Idraulica, Palermo, 2010

2

Il governo dell’acquaAndrea Rinaldo, 2010

Prologo



3

Tre domande

•Quali sono gli impatti dell'uso del suolo sull'idrologia ?

•Quali sono gli impatti della gestione dell'acqua sul ciclo idrologico dei bacini ?

•Qual e' la sensibilità dei flussi al cambiamento climatico ?

Prologo



3

Tre domande

•Quali sono gli impatti dell'uso del suolo sull'idrologia ?

•Quali sono gli impatti della gestione dell'acqua sul ciclo idrologico dei bacini ?

•Qual e' la sensibilità dei flussi al cambiamento climatico ?

... Sull'idrologia: piene e magre, ma anche contenuto d’acqua del

suolo, evaporazione e (almeno) statistiche sulla copertura nevosa

stagionale e il contenuto d’acqua equivalente

Prologo



6

Serve qualcosa di più di un modello

•Un GIS per la gestione dei dati in Input ed Output

•Un DB SQL per per per contenere i datigeografici e numerici

Output

•E magari uno strumento web-based per scaricare i dati del DB in locale senza fare complicate query SQL

•Rosso et al., 1992

La struttura di NewAge



5

Elem

enti

del

bil

anci

o i

dri

co

Radiazione

Precipitazione

Temperatura dell’aria

Umidità dell’aria

Vento

Le forzanti atmosferiche e radiative sono derivate da misure e interpolate

Serve qualcosa di più di un modello di afflussi -deflussi

I processi



6

I dati!



7

Elem

enti

del

bil

anci

o i

dri

co

I dati digitali del terreno sono trattati con JGrass e i dati del reticolo e dei versanti immagazzinati in un sistema DB geografico (SQL per i dati vettoriali, un data server RAMADDA per i dati raster). Il reticolo è organizzato secondo un ordinamento alla Pfafstetter (Verdin e Verdin, 1999) in accordo alla metadazione suggerita dalla direttiva europea INSPIRE.

Terreno, versanti, reticoli idrografici, separazione versanti - canali

I processi



8

Elem

enti

del

bil

anci

o i

dri

co

Suolo non saturo

Falda

Neve

Vegetazione

Radiazione

Precipitazione



Vento

I l b i l a n c i o i d r i c o d e l versante


I processi



9

Elem

enti

del

bil

anci

o i

dri

co

Suolo non saturo

Falda

Neve

Vegetazione

Canali Laghi Derivazioni

Radiazione

Precipitazione



Vento


I processi e l’interazione con le infrastrutture idrauliche



10

Il buon vecchio bilancio idrologico

I processi



10

Il buon vecchio bilancio idrologico

ma con dentro le opere idrauliche!

I processi



11

Meteo

Rainfall/Snow Atm. TurbulenceRadiation

Per ogni passo temporale

Azione!



12

Meteo

Rainfall/Snow

Snow/Energy budget

Atm. TurbulenceRadiation


Azione!



12

Meteo

Rainfall/Snow

Snow/Energy budget

Atm. TurbulenceRadiation


Utah Energy Balance (UEB) Snow Model

Suitable modification of:

Azione!



13

Hillslope Storage Dynamics

Surface flows Aggregation

Channel flow

Il prossimo passo temporale

NewAge

Azione!



13



Channel flow


NewAge

Duffy’s storage modelDuffy et al, 1996

Azione!



13



Channel flow


NewAge

Semi-implict solver of the de Saint-Venant 1D

CuencasMantilla and Gupta, 2005

Duffy’s storage modelDuffy et al, 1996

Azione!



14

Rin

ald

o, G

eom

orp

hic

Flo

od

Res

earc

h, 2

00

6

Qualcuno le chiama Hydrologic Runoff-Units

noi li chiamiamo versanti e canali

Back to the geometry



15

Rin

ald

o, G

eom

orp

hic

Flo

od

Res

earc

h, 2

00

6

Per ogni variabile che entra nel ciclo idrologicoe per ogni passo temporale

è effettuata una statistica delle quantità idrologiche da cui sono valutate le medie che sono il risultato dei modelli

così, si hanno 5 valori delle variabili prognostiche che rappresentano medie spazio-temporali di che cosa accade all’interno di ogni versantie

Back to the geometry



16

Semi-Distributed



17

Precisamenteper ogni versante si calcola

•la precipitazione media (neve e acqua)

•la radiazione (sfruttando una vecchia idea Ian Moore)

•l’evapotraspirazione media

•l’equivalente in acqua della neve al suolo

•la produzione di deflusso

I processi



18

i -AET

i = infiltrazione

r = deflusso superficiale su suoli saturi

q s = d e f l u s s o s u b -superficiale

qf = deflusso tra zona insatura e falda

S1 = volume d’acqua nella zona insatura

S2 = volume d’acqua nella falda

Suolo non saturo

Falda

r = i- PET

qf

qs

S1

S2

After Duffy, 1996

Schema concettuale del bilancio di versante

q r = i -

Non diamo i modelli troppo per scontati



19

dS1

dt= A1 (i−AET− qf )


dS2

dt= A1 (qf − qs)

qr = A2(i− PET)

S1 = Volume d’acqua nell’insaturo

S2 = Volume d’acqua nell’insaturo

A1 = area non satura

A2 = area satura

After Duffy, 1996




20


A1 = A−A2

A2 = d4(S2 − S02)

qf = d0(S1 − S01) + d1(S1 + d2)(S2 − S0

2)2

qs = d3(S2 − S02)

After Duffy, 1996




21

Poi il deflusso e aggregato

e infine “routed” con un algoritmo simile a Muskingum-Cunge, o, quando si vuole integrando l’equazione di de S. Venant 1D (come V. Casulli)




22




23

La propagazione della portata nei canali

B

dqi

dt= K(qi)

Ai(qr + qs)i +�

j

qj − qi

K(qi) =32q1/3i C2/3

f B−1/3Li γ1/3




24

Cosi, per esempio le portate ..

Rinaldo, Geomorphic Flood Research, 2006

Si possono determinare in tutti i punti significativi del reticolo




25

Se c’è un invaso

qui





26

Bene: si possono avere le portate a monte e a valle e inserire le operazioni di controllo

naturalmente avendo le caratteristiche dell’invaso.





27

MA

per farlo senza problemi, e alla bisogna, si è dovuto implementare una opportuna strutturazione topologica del reticolo idrografico e implementarla in un sistema object-oriented-geographic.

NewAge lo fa!

dettagli nel manuale e in Antonello et al., da sottomettere




11

Area: 2600 km2

Max height: 3800 m

Min height: 250 m

Il bacino dell’Adige chiuso a Bolazno

Un run



11

Area: 2600 km2

Max height: 3800 m

Min height: 250 m

Simulazione Estiva: da 2009-06-01 to 2009-09-01

Measured DischargeSimulated Discharge


Un run



11

Simulazione Invernale: da 2008-10-01 to 2009-03-01

Measured DischargeSimulated Discharge

Area: 2600 km2

Max height: 3800 m

Min height: 250 m


Un run



29

∂Q∂t

+∂α u Q∂s

+g A∂η∂s

+g ieA=−qQA

B∂η∂t

+∂Q∂s

= q

B

η

La propagazione nei canali - de Saint Venant 1D

L’idraulica è più semplice dell’idrologia !



immissione Leno

Propagazione: attivazione delle immissioni e delle derivazioni




immissione Leno

derivazione Montecatini

Propagazione: attivazione delle immissioni e delle derivazioni




32

Il valore medio basta ?

dal punto di vista della portata (vista come risultato) potrebbe essere: è una quantità aggregata. In generale dipende non solo dalla quantità osservata, ma anche dalle intenzioni d’uso dell’osservatore.

ma, nello stesso tempo, potrebbe non essere sufficiente per altre grandezze. Infatti:

per valutare l’evapotranspirazione si deve almeno valutare la distribuzione spaziale di radiazione, vegetazione e contenuto d’acqua del suolo.

per l’evoluzione dell’evoluzione dello stato della neve si deve almeno fare riferimento alla variazione neve, bisogna almeno avere la validità della radiazione.

E, infatti ...



33

Allora

Ogni versante è suddiviso ulteriormente in

- fasce altimentriche

- classi di radiazione (bande energetiche)

- classi di uso del suolo

E’ su questa base che vengono valutate anche le medie dei processi: ma in futuro verrà studiata anche la

dinamica delle loro distribuzioni

E, infatti ...



34

E, infatti ...



AnalysisTools (UNITN/R)

Database (PostgresSQL/PostGIS/HSQL/H2/CUAHSI)

Models(UNITN/OMS3)

Interfaces(Java/udig/JGrass/BeeGIS)

users webexternal

database

35

L’insieme

L’infrastruttura di NewAge



36

Un modello ?




36

Un modello ?

no ... centomila




37

Questi modelli si parlano

Sono infatti “componenti” che sono sviluppate secondo un protocollo

OMS3 e che possono essere aggiunti o al “run time” senza ricompilazione

del codice




38

Let’s play!A snapshot of using DREAM (Vrugt et al, 2008)

La calibrazione di NewAge



39

Quanto è vero un modello ? Quanto sono veri i dati ?

Altre Tre domande

Quant’è l’informazione contenuta nel segnale da prevedere ? Quando si può definire un modello parsimonioso ?

Si può calibrare un modello complesso ?

And Beyond


m-idro

MIGG

Grazie per l’attenzione !


Education

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