Introduzione a NewAGE

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This tells about the concepts behind the hydrological model NewAge

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  • 1. Il modello Nuovo Adige (NewAge) Concetti e aspetti teorici A. Boetti - I mille fiumi più lunghi della Terra Riccardo Rigon, Silvia Franceschi, Stefano Endrizzi e Andrea Antonello
  • 2. NewAge Model - Generalità Radiazione Elementi del bilancio idrico Precipitazione Temperatura dell’aria Umidità dell’aria Vento Le forzanti atmosferiche e radiative 2 R. Rigon, S. Franceschi, S. Endrizzi and A. Antonello
  • 3. NewAge Model - Generalità Radiazione Elementi del bilancio idrico Precipitazione Temperatura dell’aria Umidità dell’aria Vento Il bilancio idrico del Vegetazione versante Neve Suolo non saturo Falda 3 R. Rigon, S. Franceschi, S. Endrizzi and A. Antonello
  • 4. NewAge Model - Generalità Radiazione Elementi del bilancio idrico Precipitazione Temperatura dell’aria Umidità dell’aria Vento Vegetazione Neve Suolo non saturo Falda Canali Laghi Derivazioni Il bilancio idrico dei corpi idrici ;-) 4 R. Rigon, S. Franceschi, S. Endrizzi and A. Antonello
  • 5. NewAge Model - Generalità Radiazione Elementi del bilancio idrico Precipitazione Temperatura dell’aria Umidità dell’aria Vento Vegetazione Neve Suolo non saturo Falda Canali Laghi Derivazioni Interno della Terra 5 R. Rigon, S. Franceschi, S. Endrizzi and A. Antonello
  • 6. NewAge Model - Generalità Prerequisiti del progetto - Il modello newAge modella i flussi tra gli ambiti appena descritti e negli ambiti appena descritti. - La scala temporale di integrazione dei processi è quella oraria - La scala spaziale minima è quella di opportune unità rappresentative (UR), più piccole della scala di versante, nella quale i parametri del modello possano considerarsi costanti, ai fini della modellazione, effettuata però su bacini superiore ai 10 km2. 6 R. Rigon, S. Franceschi, S. Endrizzi and A. Antonello
  • 7. NewAge Model - Generalità Avvertenze SI’: Il modello NewAge potrà dunque prevedere i bilanci idrici alle scale di bacini superiori ai 10 km2. NO: Non si illudano i presenti di poter avere indicazioni dal modello su scale spaziali inferiori. NI: Sulle singole UR le grandezze previste hanno solo un valore indicativo che diventa affidabile solo alla scala di bacino. 7 R. Rigon, S. Franceschi, S. Endrizzi and A. Antonello
  • 8. NewAge Model - Hillslope budget Interpolazioni precipitazioni Le precipitazioni sono interpolate con un kriging, a partire dai dati pluviometrici forniti dalle stazioni meteo di cui sono disponibili i dati all’istante misurato. Per ogni versante viene poi fornita una precipitazione media. 8 R. Rigon, S. Franceschi, S. Endrizzi and A. Antonello
  • 9. NewAge Model - Hillslope budget Teoria kriging e modalità di kriging in JGrass. Svilupparle aprirebbe molte possibilità per la didattica e per corsi. 9 R. Rigon, S. Franceschi, S. Endrizzi and A. Antonello
  • 10. NewAge Model - Hillslope budget 10 R. Rigon, S. Franceschi, S. Endrizzi and A. Antonello
  • 11. NewAge Model - Hillslope budget 11 R. Rigon, S. Franceschi, S. Endrizzi and A. Antonello
  • 12. NewAge Model - Hillslope budget 12 R. Rigon, S. Franceschi, S. Endrizzi and A. Antonello
  • 13. NewAge Model - Hillslope budget Temperature, Velocità del vento, Pressione Ogni singolo versante che ha un'area di 1-2 km2 viene suddiviso in n fasce altimetriche e m bande energetiche. La nostra scelta è stata quella (finora) di usare: - 5 fasce altimetriche - 4 bande energetiche (caratteristiche dell'esposizione N-S-E-O) In pratica ogni versante viene suddiviso in 20 parti ritenute “omogenee” dal punti di vista meteorologico. Il grado di dettaglio può anche essere modificato e si deve ricalcolare l'indice energetico e modificare i dati nel DB. 13 R. Rigon, S. Franceschi, S. Endrizzi and A. Antonello
  • 14. NewAge Model - Hillslope budget Temperature, Velocità del vento, Pressione E' stata sviluppata una metodologia di calcolo dinamico delle stazioni di pertinenza del bacino. Per ogni istante temporale vengono assegnate ad ogni versante le stazioni con dati validi che si trovano all'interno del bacino o in un buffer di dimensioni variabili da 10 ad un massimo di 80 km dal bacino. L'assegnazione delle stazioni ai bacini viene fatta in modo che si siano al massimo un numero n di stazioni valide per il bacino per ogni fascia altimetrica. Il valore n può essere impostato dall'utente. In questo modo è possibile rappresentare la variabilità delle grandezze meteo all'interno del bacino anche se di piccole dimensioni. 14 R. Rigon, S. Franceschi, S. Endrizzi and A. Antonello
  • 15. NewAge Model - Hillslope budget La Temperatura viene calcolata in modo diverso a seconda del numero di stazioni disponibili per ogni fascia altimetrica (potrebbe essere che non ci siano dati sufficienti per l'interpolazione). - se non c'è nessuna stazione viene preso un valore di default della temperatura - se c'è una sola stazione disponibile su tutto il bacino allora viene creato un gradiente di temperatura in condizioni di atmosfera standard utilizzando il modello di adiabatica umida standard (5/6 gradi per 1000 m di quota)    - se ci sono almeno due stazioni: a quota inferiore alla stazione più bassa si considera atmosfera standard come a quote superiori alla stazione piu' alta, in mezzo si calcola il LAPSE RATE con i valori alla diversa quota. Il valore da assegnare alla banda è quello pari al valore interpolato nel baricentro della fascia altimetrica con il gradiente appena calcolato. 15 R. Rigon, S. Franceschi, S. Endrizzi and A. Antonello
  • 16. NewAge Model - Hillslope budget 16 R. Rigon, S. Franceschi, S. Endrizzi and A. Antonello
  • 17. NewAge Model - Hillslope budget Riuscire a visualizzare le fasce altimetriche sarebbe interessante. Questo perche’ altre possibili applicazioni (vedi linee guida Bacini Montani) finiscono con delimitare aree omogenee dal punto di vista idrologico 17 R. Rigon, S. Franceschi, S. Endrizzi and A. Antonello
  • 18. NewAge Model - Hillslope budget 18 R. Rigon, S. Franceschi, S. Endrizzi and A. Antonello
  • 19. NewAge Model - Hillslope budget 19 R. Rigon, S. Franceschi, S. Endrizzi and A. Antonello
  • 20. NewAge Model - Hillslope budget Il vento la velocità del vento è calcolata così:     - se non c'è nessuna stazione con dati validi allora viene usato un valore di default della velocità del vento     - se c'è una sola stazione valida: uso il valore registrato nella stazione costante per tutte le fasce altimetriche     - se ci sono almeno due stazioni: a quote più basse della stazione più bassa si mette il valore nella stazione più bassa, a quote maggiori di quella più alta si mette il valore di quella più alta, nelle fasce intermedie calcola il gradiente e poi con questo si interpola il valore nel baricentro della fascia 20 R. Rigon, S. Franceschi, S. Endrizzi and A. Antonello
  • 21. NewAge Model - Hillslope budget 21 R. Rigon, S. Franceschi, S. Endrizzi and A. Antonello
  • 22. NewAge Model - Hillslope budget 22 R. Rigon, S. Franceschi, S. Endrizzi and A. Antonello
  • 23. NewAge Model - Hillslope budget La pressione atmosferica  Viene calcolata nel modo seguente:   - se non ci sono stazioni disponibili: si considera un'adiabatica standard per tutte le fasce altimetriche con atmosfera standard (1 atm)   - se c'è una sola stazione: si crea un'adiabatica con il valore di pressione misurato   - se ci sono almeno due stazioni: a quote più basse della minore si calcola l'adiabatica con il valore della stazione a quota minima, e così per le quote maggiori della massima si usa il valore misurato a quota massima, per le quote intermedie si calcola la pressione con un gradiente calcolato con le stazioni disponibili 23 R. Rigon, S. Franceschi, S. Endrizzi and A. Antonello
  • 24. NewAge Model - Hillslope budget L’umidità relativa   - se non ci sono stazioni: si mette un valore di default   - se c'è una sola stazione: costante su tutto il bacino (come il vento)    - se ci sono almeno due stazioni: a quote più basse della minore valore costante della stazione a quota minima, e così per le quote maggiori della massima si usa il valore costante misurato a quota massima, per le quote intermedie si calcola la pressione con un gradiente calcolato con le stazioni disponibili 24 R. Rigon, S. Franceschi, S. Endrizzi and A. Antonello
  • 25. NewAge Model - Hillslope budget Naturalmente come alternativa futura ai metodi appena elencati c’e’ di usare MicroMET 25 R. Rigon, S. Franceschi, S. Endrizzi and A. Antonello
  • 26. NewAge Model - Hillslope budget Schema concettuale del bilancio di versante Il versante Vegetazione Neve Suolo non saturo Falda 26 R. Rigon, S. Franceschi, S. Endrizzi and A. Antonello
  • 27. NewAge Model - Hillslope budget EvapoTraspirazione (ET) Una singola parola che racchiude i diversi Vegetazione fenomeni evaporativi e traspirativi. E’ un flusso: Neve - di energia Suolo non saturo - di acqua - di vapore Falda dal suolo, dalla vegetazione, dalla neve 27 R. Rigon, S. Franceschi, S. Endrizzi and A. Antonello
  • 28. NewAge Model - Hillslope budget La fisica dell’ evaporazione – E’ regolata dalla legge di Dalton – è la tensione di vapore del E ∝ e (Ts ) − e(Ta ) ∗ contenuto idrico alla temperatura del suolo (o del liquido) – è la saturazione alla temperatura del suolo (o del liquido) 28 R. Rigon, S. Franceschi, S. Endrizzi and A. Antonello
  • 29. NewAge Model - Hillslope budget La fisica dell’ evaporazione – E’ regolata dalla legge di Dalton E ∝ e (Ts ) − e(Ta ) ∗ – Si ha evaporazione quando il termine a secondo membro è positivo – Quando il termine a secondo membro è negativo si ha condensazione – Si noti che il secondo membro può essere positivo anche quando l’aria e satura 29 R. Rigon, S. Franceschi, S. Endrizzi and A. Antonello
  • 30. NewAge Model - Hillslope budget La fisica dell’ evaporazione – La legge di Dalton diviene una uguaglianza introducendo gli opportuni coefficienti Ev = Ce u (e∗ (Ts ) − e(Ta )) – Unità: E = (LT2M-1)(LT-1)(ML-1T-2) = L/T Ev ` l’evaporazione e Ce ` una conducibilit` evaporativa e a u ` la velocit` del vento e a e ∗ (Ts ) ` la tensione di vapore a saturazione (al suolo/superficie idrica) e e(Ta ) ` la tensione di vapore in aria e 30 R. Rigon, S. Franceschi, S. Endrizzi and A. Antonello
  • 31. NewAge Model - Hillslope budget La fisica dell’ evaporazione Ev = Ce u (e∗ (Ts ) − e(Ta )) k2 Ce = ln(zm −zd ) p ρwa z0 = 0.622 k=0.41 ` la costante di von Karman e p ` la pressione atmosferica e ρw ` la densit` del vapore d’acqua e a z − m ` la quota di riferimento e zd ` la quota di spostamento nullo e z0 ` la scabrezza equivalente delle superfici e 31 R. Rigon, S. Franceschi, S. Endrizzi and A. Antonello
  • 32. NewAge Model - Hillslope budget La fisica dell’ evaporazione zd and z0 over a vegetated surface zd and z0 are proportional to vegetation height zveg zd = 0.7 zveg z0 = 0.1 zveg 32 R. Rigon, S. Franceschi, S. Endrizzi and A. Antonello
  • 33. NewAge Model - Hillslope budget Evaporazione dai suoli • L’equazione precedente si riferisce però a evaporazione da specchi d’acqua o in condizioni di suolo quasi saturo Suolo non saturo • E’ fondamentale la disponibilità d’acqua: nei suoli l ’ e v a po r a z i o n e di mi n u i s ce Falda quando il suolo secca. Più profonda è la falda, minore l’evaporazione. R. Rigon, S. Franceschi, S. Endrizzi and A. Antonello
  • 34. NewAge Model - Hillslope budget Evaporazione dai suoli • Nel caso di suoli NON saturi, questi offrono all’evaporazione una resistenza all’evaporazione Ev = Cs u (e (Ts ) − e(Ta )) ∗ Suolo non saturo 1 Cs = ra + rs Falda 1 2 k = Ce ≡ ln(zm −zd ) ra p ρwa z0 R. Rigon, S. Franceschi, S. Endrizzi and A. Antonello
  • 35. NewAge Model - Hillslope budget Evaporazione dai suoli Suolo non saturo R. Rigon, S. Franceschi, S. Endrizzi and A. Antonello
  • 36. NewAge Model - Hillslope budget Evaporazione dai suoli • Si parla di Evaporazione reale piuttosto che di evaporazione “potenziale” quando siano introdotti le precedenti resistenze rs Ev = Cs u (e (Ts ) − e(Ta )) ∗ Suolo non saturo 1 Cs = ra + rs Falda 1 2 k = Ce ≡ ln(zm −zd ) ra p ρwa z0 R. Rigon, S. Franceschi, S. Endrizzi and A. Antonello
  • 37. NewAge Model - Hillslope budget La fisica dell’ evaporazione AET = β(θ) PET β(θ) = 0.082 θ + 9.137θ − 9.815θ 2 3 θ = percentuale di saturazione media nel volume insaturo 37 R. Rigon, S. Franceschi, S. Endrizzi and A. Antonello
  • 38. NewAge Model - Hillslope budget La fisica dell’ evaporazione • NOTA - PER NewAge userei la retta, in modo tale che l’unica variabile qui diventa la porosità 38 R. Rigon, S. Franceschi, S. Endrizzi and A. Antonello
  • 39. NewAge Model - Hillslope budget La fisica delle traspirazione • Per le piante la traspirazione avviene in contemporanea alla fotosintesi . Risponde ad esigenze di fissazione della CO2 e di mantenimento della pianta ad una temperatura adeguata. 39 R. Rigon, S. Franceschi, S. Endrizzi and A. Antonello
  • 40. NewAge Model - Hillslope budget La fisica delle traspirazione • La fisica della traspirazione è la stessa di quella dell’evaporazione. Si deve tener Vegetazione conto però di due aspetti: • l’evaporazione del velo d’acqua dalla superficie delle foglie • la traspirazione vera e propria Suolo non saturo dagli stomi delle piante • La traspirazione naturalmente risente delle condizioni Falda idriche del terreno • Per tenere conto di tutto questo una ulteriore resistenza è introdotta nella legge di Dalton 40 R. Rigon, S. Franceschi, S. Endrizzi and A. Antonello
  • 41. NewAge Model - Hillslope budget La fisica delle traspirazione Tr = Cv u (e (Tv ) − e(Ta )) ∗ Vegetazione 1 Cv = ra + rv Suolo non saturo 1 2 k = Ce ≡ Falda ln(zm −zd ) ra p ρwa z0 41 R. Rigon, S. Franceschi, S. Endrizzi and A. Antonello
  • 42. NewAge Model - Hillslope budget La fisica delle traspirazione Tr = Cv u (e (Tv ) − e(Ta )) ∗ 1 Cv = ra + rv rV min rv = (LAI ∗ (f S f ee f T f M )) LAI ` il ”leaf area index” e fS dipende dalla radiazione solare incidente fee dipende dal contenuto di vapore dell’atmosfera fT dalla temperatura dell’aria fM dal contenuto idrico del terreno 42 R. Rigon, S. Franceschi, S. Endrizzi and A. Antonello
  • 43. NewAge Model - Hillslope budget La fisica delle traspirazione Environmental dependencies of stomata conductance Stomata close for high vapor pressure deficit Transpiration stop for too high and low Ta θfc θwp Photosynthesis increases with PaR For daytime conditions of simulation stb_stn004f 43 Courtesy of Giacomo Bertoldi R. Rigon, S. Franceschi, S. Endrizzi and A. Antonello
  • 44. NewAge Model - Hillslope budget In un programma minimale, si potrebbe usare solo la limitazione derivante dal contenuto d’acqua nell’insaturo (quarto grafico in basso a destra) 44 R. Rigon, S. Franceschi, S. Endrizzi and A. Antonello
  • 45. NewAge Model - Hillslope budget ET – La legge di Dalton, da sola non permette di determinare l’evapotraspirazione. In vontemporanea, infatti dovrebbero essere risolte le equazioni di conservazione dell’energia e del bilancio di massa: Il bilancio di energia 45 R. Rigon, S. Franceschi, S. Endrizzi and A. Antonello
  • 46. NewAge Model - Hillslope budget ET – La legge di Dalton, da sola non permette di determinare l’evapotraspirazione. In vontemporanea, infatti dovrebbero essere risolte le equazioni di conservazione dell’energia e del bilancio di massa: Il bilancio di energia λ ET = Rn − H − G − PS 45 R. Rigon, S. Franceschi, S. Endrizzi and A. Antonello
  • 47. NewAge Model - Hillslope budget ET – La legge di Dalton, da sola non permette di determinare l’evapotraspirazione. In vontemporanea, infatti dovrebbero essere risolte le equazioni di conservazione dell’energia e del bilancio di massa: Il bilancio di energia λ ET = Rn − H − G − PS Il bilancio di massa 45 R. Rigon, S. Franceschi, S. Endrizzi and A. Antonello
  • 48. NewAge Model - Hillslope budget ET – La legge di Dalton, da sola non permette di determinare l’evapotraspirazione. In vontemporanea, infatti dovrebbero essere risolte le equazioni di conservazione dell’energia e del bilancio di massa: Il bilancio di energia λ ET = Rn − H − G − PS Il bilancio di massa dS ET = − P − R + RS + RG dt 45 R. Rigon, S. Franceschi, S. Endrizzi and A. Antonello
  • 49. NewAge Model - Hillslope budget ET – La legge di Dalton inoltre richiede misure di velocità del vento, contenuto di vapore in superficie e nell’aria, quantità che normalemente non sono disponibili. Nel modello NewAge si usa una formulazione semplificata dello scambio energetico, detta equazione di Penman- Monteith (Penman, 1948) che: – è meno oneroso dal punto di vista della richiesta dei dati – combina l’equazione di Dalton (semplificata e il bilancio di energia) ρwa λ γ (Rn − G) + ∆ ra δqa λ ET = rg (1 + + ra ) ∆ γ 46 R. Rigon, S. Franceschi, S. Endrizzi and A. Antonello
  • 50. NewAge Model - Hillslope budget Penman - Monteith Dove è stata definita la costante psicrometrica: p cp γ≡ λ E il deficit di umidità: δqa ≡ q (Ta ) − qa ∗ La derivata della legge di Clausius Clapeiron 25083 de∗ 17.3 T ∆= e T +273.3 ∆= (T + 273.3)2 dT mb ◦ C−1 47 R. Rigon, S. Franceschi, S. Endrizzi and A. Antonello
  • 51. NewAge Model - Hillslope budget Penman - Monteith γ (Rn ρλ ∆ − G) ra δqa λ ET = + rg rg (1 + ∆ + ra ) (1 + γ + ra ) ∆ γ Questo termine d i p e n d e d a l l a Questo termine disponibilità di d i p e n d e d a l deficit di energia. saturazione 48 R. Rigon, S. Franceschi, S. Endrizzi and A. Antonello
  • 52. NewAge Model - Hillslope budget Penman - Monteith: che cosa serve per usarla ? γ (Rn ρλ ∆ − G) ra δqa λ ET = + rg rg (1 + γ + ra ) (1 + γ + ra ) ∆ ∆ ∆ la derivata della legge di Clausius Clapeiron: Nota se ` nota la temper- e atura dell’aria γ: nota dalle propriet` dell’acqua e se ` nota la pressione atmosferica a e δqa : nota se sono note la temperatura dell’aria (per l’umidit` specifica a a saturazione) e l’umidit` dell’aria a 49 R. Rigon, S. Franceschi, S. Endrizzi and A. Antonello
  • 53. NewAge Model - Hillslope budget Penman - Monteith: che cosa serve per usarla ? γ (Rn ρλ ∆ − G) ra δqa λ ET = + rg rg (1 + γ + ra ) (1 + γ + ra ) ∆ ∆ ra la resistenza aerodinamica, nota se sono note la velocit` del vento e le a scabrezze equivalente delle superfici (funzione dell’altezza della vegetazione o degli edifici) rg la resistenza all’evaporazione indotta dai suoli: stimabile se ` conosciuto e il contenuto idrico del suolo rv la resistenza alla traspirazione opposta dalla vegetazione. Funzione, in prima approssimazione, del contenuto idrico del suolo o di pi` complesse for- u mulazioni legate alla fisiologia delle piante e della densit` dell’apparato foliare a 50 R. Rigon, S. Franceschi, S. Endrizzi and A. Antonello
  • 54. NewAge Model - Hillslope budget Penman - Monteith: che cosa serve per usarla ? γ (Rn ρλ ∆ − G) ra δqa λ ET = + rg rg (1 + γ + ra ) (1 + γ + ra ) ∆ ∆ Rn la radiazione netta sulla superficie, richiede calcoli astronomici, la val- utazione dell’ombreggiamento e dell’angolo di vista, la stima dell’attenuazione della radiazione extra-atmosferica da parte dell’atmosfera. G, il flusso di calore verso il centro della Terra, proporzionale ad Rn e spesso posto uguale a 0 su scala giornaliera. 51 R. Rigon, S. Franceschi, S. Endrizzi and A. Antonello
  • 55. NewAge Model - Hillslope budget Priestley- Taylor (1972) NewAge implementa anche una forma ancor più semplificata del calcolo, dovuta a Priestley e Taylor. E’ una formulazione semi-empirica che si può che trascura il deficit di umidità specifica, e le resistenze, aggiungendo però un fattore di proporzionalità nell’espressione: γ (Rn ∆ − G) λ ET = α (1 + γ) ∆ 52 R. Rigon, S. Franceschi, S. Endrizzi and A. Antonello
  • 56. NewAge Model - Hillslope budget Priestley- Taylor (1972) γ (Rn ∆ − G) λ ET = α (1 + γ) ∆ Per la stima non richiede, evidentemente la stima dell’umidità specifica. Tuttavia introduce un parametro che, si suggerisce poter essere 1.2-1.3, ma che tuttavia diviene spessoun parametro di calibrazione quando è usato in modelli di bilancio idrologico 53 R. Rigon, S. Franceschi, S. Endrizzi and A. Antonello
  • 57. NewAge Model - Hillslope budget Trattandosi di una formula, il calcolo di ET, si potrebbe facilmente stimare l’errore, assumendo una standard deviation. 54 R. Rigon, S. Franceschi, S. Endrizzi and A. Antonello
  • 58. NewAge Model - Hillslope budget Composizione spaziale dell’ET Area NON satura del versante Area Satura del versante 55 R. Rigon, S. Franceschi, S. Endrizzi and A. Antonello
  • 59. NewAge Model - Hillslope budget Composizione spaziale dell’ET Suolo Urbano Suolo Nudo Alberi Erba 56 R. Rigon, S. Franceschi, S. Endrizzi and A. Antonello
  • 60. NewAge Model - Hillslope budget Composizione spaziale dell’ET Area NON satura del versante Suolo Urbano Suolo Nudo Alberi Erba Area Satura del versante 57 R. Rigon, S. Franceschi, S. Endrizzi and A. Antonello
  • 61. NewAge Model - Hillslope budget Si noti che la parte di area satura, è quella che deriva dal bilancio nelle pagine seguenti. 58 R. Rigon, S. Franceschi, S. Endrizzi and A. Antonello
  • 62. NewAge Model - Hillslope budget Il bilancio idrico di versante Vegetazione Suolo non saturo Falda 59 R. Rigon, S. Franceschi, S. Endrizzi and A. Antonello
  • 63. NewAge Model - Hillslope budget Schema concettuale del bilancio di versante i -AET r = i- PET i = infiltrazione Suolo non saturo r = deflusso superficiale S1 su suoli saturi qs = deflusso sub- superficiale qf = deflusso tra zona qf r = i- PET insatura e falda S1 = volume d’acqua Falda qs nella zona insatura S2 S2 = v o l u m e d ’ a c q u a nella falda After Duffy, 1996 60 R. Rigon, S. Franceschi, S. Endrizzi and A. Antonello
  • 64. NewAge Model - Hillslope budget Una rappresentazione meno schematica del processo di formazione dei deflussi P P qo P qr qs Modificato da Maidment 61 R. Rigon, S. Franceschi, S. Endrizzi and A. Antonello
  • 65. NewAge Model - Hillslope budget Schema concettuale del bilancio di versante A1 = area non satura dS1 = A1 (i − AET − qf ) A2 = area satura dt qr = deflusso superficiale dS2 = A1 (qf − qs ) dt qr = A2 (i − PET) After Duffy, 1996 62 R. Rigon, S. Franceschi, S. Endrizzi and A. Antonello
  • 66. NewAge Model - Hillslope budget Schema concettuale del bilancio di versante A1 = A − A2 A2 = d4 (S2 − S2 ) 0 qf = d0 (S1 − S1 ) + d1 (S1 + d2 )(S2 − S2 ) 0 02 qs = d3 (S2 − S2 ) 0 After Duffy, 1996 63 R. Rigon, S. Franceschi, S. Endrizzi and A. Antonello
  • 67. NewAge Model - Hillslope budget Una formulazione alternativa per qs h = spessore di suolo/ A2 qs = h Lqs terreno interessato dallo qs = K z scambio versante-canale L = lunghezza del canale pertinente al versante q’s = deflusso versante- canale Combinando le due equazioni si ottiene: A2 qs = h KL z 64 R. Rigon, S. Franceschi, S. Endrizzi and A. Antonello
  • 68. NewAge Model - Hillslope budget Una formulazione alternativa per qs A2 qs = h KL z Di tutti questi parametri, il solo che mi sentirei di dire dipendere dal volume insaturo direi essere h. Assumendo tra h ed S2 una dipendenza lineare: h = dx (S2 − S02 ) dove dx è un parametro A2 qs = dx (S2 − S02 )KL z Si osservi che dx K nabla z e, a tutti gli effetti un singolo parametro. Infatti se, in linea di principio nabla z è determinabile a partire dalla topografia, in realtà rimane abbastanza indeterminato in prossimita’ delle aste fluviali. 65 R. Rigon, S. Franceschi, S. Endrizzi and A. Antonello
  • 69. NewAge Model - Hillslope budget Una formulazione alternativa per qs In definitiva proporrei A2 qs = dy (S2 − S02 )L dove dy è un parametro e come unico parametro geometrico rimane la lunghezza del canale nel quale il versante drena. Si osservi che il risultato finale, una volta introduce un termine lineare nelle equazioni, invece di un termine quadratico come nelle equazioni originarie di Duffy. 66 R. Rigon, S. Franceschi, S. Endrizzi and A. Antonello
  • 70. NewAge Model - Hillslope budget Qui c’e’ ancora da chiarire abbastanza sui parametri ... d3 = α3 Ks d4 = 0.905(φ d A) 67 R. Rigon, S. Franceschi, S. Endrizzi and A. Antonello
  • 71. NewAge Model - Hillslope budget Il contributo di portata di ogni versante è dunque dato da qs ed r che entrano nel canale i.esimo. il runoff r arriva con un ritardo, funzione dell’area A2 e indicizzabile sulla base di calcoli geomorfologici seguendo D’Odorico e Rigon, 2003 1 t qr = r(τ )dτ (t−τ )/λ e λ 0 λ = xh (Ae )/uh 68 R. Rigon, S. Franceschi, S. Endrizzi and A. Antonello
  • 72. NewAge Model - Hillslope budget Non ho abbondonato l’idea di usare la distribuzione gamma. Ma non avev tempo di fare le slide 69 R. Rigon, S. Franceschi, S. Endrizzi and A. Antonello
  • 73. NewAge Model - Hillslope budget Il contributo di portata di ogni versante Il contributo di ogni versante viene poi riversato nei canali. Il bilancio idrico in entrata in ogni canale assomma ai contributi del versante anche i contributi della rete a monte di un determinato nodo, che, generalmente è la funzione di due nodi. Nello schema adottato in NewAge, i rami sono numerati in accordo ad una generalizzazione del metodo di Pfafstetter che facilita la comprensione delle connessioni topologiche. 70 R. Rigon, S. Franceschi, S. Endrizzi and A. Antonello
  • 74. NewAge Model - Aggregazione delle portate L’aggregazione delle portate Calcolo del deflusso Aggregazione del deflusso 71 R. Rigon, S. Franceschi, S. Endrizzi and A. Antonello
  • 75. NewAge Model - Aggregazione delle portate Si noti che fino a questo punto tutti i versanti non si scambiano dati. Ergo tutto sino a qua potrebbe essere simulati con dei thread (uno per versante). Il che poi aprirebbe ad una parallelizzazione semplice del modello e all’utilizzo completo del multicore. Second me OpenMI dovrebbe avere, oltre al loop esterno temporale un loop threaddato sui sottobacini .... 72 R. Rigon, S. Franceschi, S. Endrizzi and A. Antonello
  • 76. NewAge Model - Aggregazione delle portate 73 R. Rigon, S. Franceschi, S. Endrizzi and A. Antonello
  • 77. NewAge Model - Aggregazione delle portate La propagazione della portata nei canali - I   dqi = K(qi ) Ai (qr + qs )i + qj − qi  dt j 3 1/3 2/3 −1/3 K(qi ) = qi Cf B 1/3 Li γ 2 B 74 R. Rigon, S. Franceschi, S. Endrizzi and A. Antonello
  • 78. NewAge Model - Aggregazione delle portate 49 75 Kirkby, 1967; Rinaldo, Rigon e Marani, Geomorphological dispersion, Water Resour. Res., 1991 R. Rigon, S. Franceschi, S. Endrizzi and A. Antonello
  • 79. NewAge Model - Aggregazione delle portate 76 R. Rigon, S. Franceschi, S. Endrizzi and A. Antonello
  • 80. NewAge Model - Aggregazione delle portate L’approccio cinematico Kirkby, 1967; Rinaldo, Rigon e Marani, The geomorphological dispersion, Water Resour. Res., 1991 77 R. Rigon, S. Franceschi, S. Endrizzi and A. Antonello
  • 81. NewAge Model - Propagazione La funzione di ampiezza riscalata, Rinaldo et al., 1995 78 R. Rigon, S. Franceschi, S. Endrizzi and A. Antonello
  • 82. NewAge Model - Aggregazione delle portate 79 R. Rigon, S. Franceschi, S. Endrizzi and A. Antonello
  • 83. NewAge Model - Aggregazione delle portate Dall’approccio cinematico all’approccio diffusivo Mesa e Mifflin, 1986; Rinaldo et al., 1991 80 R. Rigon, S. Franceschi, S. Endrizzi and A. Antonello
  • 84. NewAge Model - Aggregazione delle portate L’utilizzo della WIUH ha come problema principale il fatto che la velocita’ costante non va molto bene per simulare contemporaneamente portate alte e basse (la velocita’ e’ funzione del tirante!). Ma una integrazione di Peakflow con questo sitema sarebbe comunque interessante (e consentirebbe probabilmente di usare Unita’ Rappresentative multiversante. 81 R. Rigon, S. Franceschi, S. Endrizzi and A. Antonello
  • 85. NewAge Model - Propagazione La propagazione della portata nei canali Canali 82 R. Rigon, S. Franceschi, S. Endrizzi and A. Antonello
  • 86. NewAge Model - Propagazione La propagazione nei canali - de Saint Venant 1D ∂Q ∂α u Q Q ∂η + + g A + g ieA = −q A ∂t ∂s ∂s ∂η ∂Q + =q B ∂t ∂s B η 83 R. Rigon, S. Franceschi, S. Endrizzi and A. Antonello
  • 87. NewAge Model - Hillslope budget Finite Difference Per l’integrazione delle equazioni NewAge usa un metodo semiimplicito dovuto a Casulli Model Flowchart Input Main Q Output Boundary condition Channel Geometry Analyzer (Engelund Method) Timing Linear Tridiagonal System Builder Crossections Equatiuon Solver (Conjugate Gradient) Friction conditions (Manning) 84 R. Rigon, S. Franceschi, S. Endrizzi and A. Antonello
  • 88. NewAge Model - Hillslope budget Il metodo implementato e’ sicuramente buono, ma recentemente Casulli mi ha fatto notare che, su di un sistema simile, si potrebbero ottenere tiranti negativi. Mi ha anche suggerito che cosa leggere per capire cosa fare per evitarlo. 85 R. Rigon, S. Franceschi, S. Endrizzi and A. Antonello
  • 89. NewAge Model - Propagazione MODELLO DI PROPAGAZIONE Idrogramma di portata immessa dal Leno R. Rigon, S. Franceschi, S. Endrizzi and A. Antonello
  • 90. NewAge Model - Propagazione Propagazione: derivazione dal Montecatini R. Rigon, S. Franceschi, S. Endrizzi and A. Antonello
  • 91. NewAge Model - Propagazione Propagazione: profilo di moto uniforme R. Rigon, S. Franceschi, S. Endrizzi and A. Antonello
  • 92. NewAge Model - Propagazione Propagazione: attivazione delle immissioni e delle derivazioni Derivazioni 89 R. Rigon, S. Franceschi, S. Endrizzi and A. Antonello
  • 93. NewAge Model - Propagazione Propagazione: attivazione delle immissioni e delle derivazioni R. Rigon, S. Franceschi, S. Endrizzi and A. Antonello
  • 94. NewAge Model - Propagazione Propagazione: attivazione delle immissioni e delle derivazioni immissione Leno R. Rigon, S. Franceschi, S. Endrizzi and A. Antonello
  • 95. NewAge Model - Propagazione Propagazione: attivazione delle immissioni e delle derivazioni immissione derivazione Leno Montecatini R. Rigon, S. Franceschi, S. Endrizzi and A. Antonello
  • 96. NewAge Model - Propagazione Propagazione: attivazione delle immissioni e delle derivazioni immissione derivazione Leno Montecatini R. Rigon, S. Franceschi, S. Endrizzi and A. Antonello
  • 97. NewAge Model - Propagazione Propagazione: attivazione delle immissioni e delle derivazioni IMMISSIONI DI PORTATA: le immissioni artificiali devono essere calcolate considerando la portata  derivata e le eventuali derivazioni presenti sul canale artificiale: queste immissioni devono conoscere la derivazione che le ha generate le immissioni naturali possono essere inserite dall'utente oppure  calcolate con il modello idrologico. Di alcuni potrebbero esserci i dati di portata/livelli misurati alle confluenze (da raccogliere). R. Rigon, S. Franceschi, S. Endrizzi and A. Antonello
  • 98. NewAge Model - Neve Propagazione: attivazione delle immissioni e delle derivazioni derivazioni per canale artificiale devono essere memorizzate per il calcolo al  momento della reimmissione in Adige derivazioni che non rientrano in Adige vengono calcolate e non sono più  utilizzate in altri contesti R. Rigon, S. Franceschi, S. Endrizzi and A. Antonello
  • 99. NewAge Model - Neve Radiazione Neve Per la prossima puntata 96 R. Rigon, S. Franceschi, S. Endrizzi and A. Antonello
  • 100. Grazie per l’attenzione