Il modello Nuovo Adige (NewAge)
                   XXXII Convegno di Idraulica e Costruzioni Idrauliche- Palermo 2010
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Prologo



                                Il governo dell’acqua
                                       Andrea Rinaldo, 20...
Prologo



                                       Tre domande


    •Quali sono gli impatti dell'uso del suolo sull'idrolo...
Prologo



                                        Tre domande


    •Quali sono gli impatti dell'uso del suolo sull'idrol...
La struttura di NewAge



                                Serve qualcosa di più di un modello


                          ...
I processi


         Serve qualcosa di più di un modello di afflussi -deflussi
                                   Radiazi...
I dati!




                                                               6

 Formetta et al., XXXII Convegno di Idraulic...
I processi

    Elementi del bilancio idrico




                                   Terreno, versanti, reticoli idrografic...
I processi




                                    Radiazione
    Elementi del bilancio idrico

                          ...
I processi e l’interazione con le infrastrutture idrauliche




                                    Radiazione
    Element...
I processi




                               Il buon vecchio bilancio idrologico




                                    ...
I processi




                                 Il buon vecchio bilancio idrologico




                               ma ...
Azione!



                                                          Per ogni passo temporale




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Azione!



                                                          Per ogni passo temporale




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Azione!



                                                          Per ogni passo temporale




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Azione!



                     NewAge




                                       Hillslope Storage
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Azione!



                     NewAge




    Duffy et al, 1996                  Hillslope Storage
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Azione!



                     NewAge




    Duffy et al, 1996                  Hillslope Storage
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Back to the geometry



                                           Qualcuno le chiama Hydrologic Runoff-Units
Rinaldo, Geo...
Back to the geometry



                                           Per ogni variabile che entra nel ciclo idrologico
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Semi-Distributed




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 Formetta et al., XXXII Convegno d...
I processi



                                          Precisamente
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Non diamo i modelli troppo per scontati




          Schema concettuale del bilancio di versante
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Non diamo i modelli troppo per scontati




          Schema concettuale del bilancio di versante


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Non diamo i modelli troppo per scontati




          Schema concettuale del bilancio di versante


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Non diamo i modelli troppo per scontati



                                 Poi il deflusso e aggregato




     e infine ...
Non diamo i modelli troppo per scontati




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Non diamo i modelli troppo per scontati




          La propagazione della portata nei canali
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Non diamo i modelli troppo per scontati



                                    Cosi, per esempio le portate ..


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Non diamo i modelli troppo per scontati



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Non diamo i modelli troppo per scontati



      Bene: si possono avere le portate a monte e a valle e
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Non diamo i modelli troppo per scontati




                                                         MA

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Un run



                               Il bacino dell’Adige chiuso a Bolazno




            Area: 2600 km2
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Un run



                               Il bacino dell’Adige chiuso a Bolazno
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Un run



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L’idraulica è più semplice dell’idrologia !




          La propagazione nei canali - de Saint Venant 1D


              ...
L’idraulica è più semplice dell’idrologia !




                               Propagazione: attivazione delle
           ...
L’idraulica è più semplice dell’idrologia !




                               Propagazione: attivazione delle
           ...
E, infatti ...




                                Il valore medio basta ?


dal punto di vista della portata (vista come ...
E, infatti ...




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E, infatti ...




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 Formetta et al., XXXII Convegno di ...
L’infrastruttura di NewAge




                                               L’insieme
                                  ...
L’infrastruttura di NewAge




                                       Un modello ?




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L’infrastruttura di NewAge




                                       Un modello ?

                                      ...
L’infrastruttura di NewAge




                               Questi modelli si parlano

             Sono infatti “compon...
La calibrazione di NewAge




                                            Let’s play!
                               A sna...
And Beyond



                                  Altre Tre domande




            Si può calibrare un modello complesso ?
...
Grazie per l’attenzione !




                                       m-idro
                                       MIGG


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P alermo convegnoidraulica

  1. 1. Il modello Nuovo Adige (NewAge) XXXII Convegno di Idraulica e Costruzioni Idrauliche- Palermo 2010 D. Shawn - High Waters - 2004 G. Formetta, R. Rigon, S. Franceschi, S. Endrizzi , A. Antonello E. Cordano, and R. Mantilla Thursday, September 16, 2010
  2. 2. Prologo Il governo dell’acqua Andrea Rinaldo, 2010 2 Formetta et al., XXXII Convegno di Idraulica, Palermo, 2010 Thursday, September 16, 2010
  3. 3. Prologo 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 ? 3 Formetta et al., XXXII Convegno di Idraulica, Palermo, 2010 Thursday, September 16, 2010
  4. 4. Prologo 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 3 Formetta et al., XXXII Convegno di Idraulica, Palermo, 2010 Thursday, September 16, 2010
  5. 5. La struttura di NewAge 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 dati geografici e numerici Output •E magari uno strumento web- based per scaricare i dati del DB in •Rosso et al., 1992 locale senza fare complicate query SQL 6 Formetta et al., XXXII Convegno di Idraulica, Palermo, 2010 Thursday, September 16, 2010
  6. 6. I processi Serve qualcosa di più di un modello di afflussi -deflussi Radiazione Elementi del bilancio idrico Precipitazione Temperatura dell’aria Umidità dell’aria Vento Le forzanti atmosferiche e radiative sono derivate da misure e interpolate 5 Formetta et al., XXXII Convegno di Idraulica, Palermo, 2010 Thursday, September 16, 2010
  7. 7. I dati! 6 Formetta et al., XXXII Convegno di Idraulica, Palermo, 2010 Thursday, September 16, 2010
  8. 8. I processi Elementi del bilancio idrico Terreno, versanti, reticoli idrografici, separazione versanti - canali 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. 7 Formetta et al., XXXII Convegno di Idraulica, Palermo, 2010 Thursday, September 16, 2010
  9. 9. I processi Radiazione Elementi del bilancio idrico Precipitazione Temperatura dell’aria Umidità dell’aria Vento Terreno, versanti, reticoli idrografici, separazione versanti - canali Vegetazione Il bilancio idrico del versante Neve Suolo non saturo Falda 8 Formetta et al., XXXII Convegno di Idraulica, Palermo, 2010 Thursday, September 16, 2010
  10. 10. I processi e l’interazione con le infrastrutture idrauliche Radiazione Elementi del bilancio idrico Precipitazione Temperatura dell’aria Umidità dell’aria Vento Terreno, versanti, reticoli idrografici, separazione versanti - canali Vegetazione Neve Suolo non saturo Falda Canali Laghi Derivazioni 9 Formetta et al., XXXII Convegno di Idraulica, Palermo, 2010 Thursday, September 16, 2010
  11. 11. I processi Il buon vecchio bilancio idrologico 10 Formetta et al., XXXII Convegno di Idraulica, Palermo, 2010 Thursday, September 16, 2010
  12. 12. I processi Il buon vecchio bilancio idrologico ma con dentro le opere idrauliche! 10 Formetta et al., XXXII Convegno di Idraulica, Palermo, 2010 Thursday, September 16, 2010
  13. 13. Azione! Per ogni passo temporale Meteo Rainfall/Snow Radiation Atm. Turbulence 11 Formetta et al., XXXII Convegno di Idraulica, Palermo, 2010 Thursday, September 16, 2010
  14. 14. Azione! Per ogni passo temporale Meteo Rainfall/Snow Radiation Atm. Turbulence Snow/Energy budget 12 Formetta et al., XXXII Convegno di Idraulica, Palermo, 2010 Thursday, September 16, 2010
  15. 15. Azione! Per ogni passo temporale Meteo Rainfall/Snow Radiation Atm. Turbulence Suitable modification of: Snow/Energy budget Utah Energy Balance (UEB) Snow Model 12 Formetta et al., XXXII Convegno di Idraulica, Palermo, 2010 Thursday, September 16, 2010
  16. 16. Azione! NewAge Hillslope Storage Dynamics Surface flows Aggregation Channel flow Il prossimo passo temporale 13 Formetta et al., XXXII Convegno di Idraulica, Palermo, 2010 Thursday, September 16, 2010
  17. 17. Azione! NewAge Duffy et al, 1996 Hillslope Storage Duffy’s storage model Dynamics Surface flows Aggregation Channel flow Il prossimo passo temporale 13 Formetta et al., XXXII Convegno di Idraulica, Palermo, 2010 Thursday, September 16, 2010
  18. 18. Azione! NewAge Duffy et al, 1996 Hillslope Storage Duffy’s storage model Dynamics Mantilla and Gupta, 2005 Surface flows Aggregation Cuencas Channel flow Semi-implict solver of the de Saint-Venant 1D Il prossimo passo temporale 13 Formetta et al., XXXII Convegno di Idraulica, Palermo, 2010 Thursday, September 16, 2010
  19. 19. Back to the geometry Qualcuno le chiama Hydrologic Runoff-Units Rinaldo, Geomorphic Flood Research, 2006 noi li chiamiamo versanti e canali 14 Formetta et al., XXXII Convegno di Idraulica, Palermo, 2010 Thursday, September 16, 2010
  20. 20. Back to the geometry Per ogni variabile che entra nel ciclo idrologico e per ogni passo temporale è effettuata una statistica delle quantità idrologiche da cui sono valutate le medie che sono il risultato dei modelli Rinaldo, Geomorphic Flood Research, 2006 così, si hanno 5 valori delle variabili prognostiche che rappresentano medie spazio-temporali di che cosa accade all’interno di ogni versantie 15 Formetta et al., XXXII Convegno di Idraulica, Palermo, 2010 Thursday, September 16, 2010
  21. 21. Semi-Distributed 16 Formetta et al., XXXII Convegno di Idraulica, Palermo, 2010 Thursday, September 16, 2010
  22. 22. I processi Precisamente per 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 17 Formetta et al., XXXII Convegno di Idraulica, Palermo, 2010 Thursday, September 16, 2010
  23. 23. Non diamo i modelli troppo per scontati 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 qr = i- insatura e falda S 1 = volume d’acqua Falda nella zona insatura S2 qs S2 = volume d’acqua nella falda After Duffy, 1996 18 Formetta et al., XXXII Convegno di Idraulica, Palermo, 2010 Thursday, September 16, 2010
  24. 24. Non diamo i modelli troppo per scontati Schema concettuale del bilancio di versante S1 = Volume d’acqua nell’insaturo dS1 = A1 (i − AET − qf ) dt S2 = Volume d’acqua nell’insaturo dS2 = A1 (qf − qs ) A1 = area non satura dt A2 = area satura qr = A2 (i − PET) After Duffy, 1996 19 Formetta et al., XXXII Convegno di Idraulica, Palermo, 2010 Thursday, September 16, 2010
  25. 25. Non diamo i modelli troppo per scontati Schema concettuale del bilancio di versante A1 = A − A2 A2 = d4 (S2 − S2 ) 0 qf = d0 (S1 − S1 ) 0 + d1 (S1 + d2 )(S2 − S2 ) 0 2 qs = d3 (S2 − S2 ) 0 After Duffy, 1996 20 Formetta et al., XXXII Convegno di Idraulica, Palermo, 2010 Thursday, September 16, 2010
  26. 26. Non diamo i modelli troppo per scontati 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) 21 Formetta et al., XXXII Convegno di Idraulica, Palermo, 2010 Thursday, September 16, 2010
  27. 27. Non diamo i modelli troppo per scontati 22 Formetta et al., XXXII Convegno di Idraulica, Palermo, 2010 Thursday, September 16, 2010
  28. 28. Non diamo i modelli troppo per scontati La propagazione della portata nei canali   dqi = K(qi ) Ai (qr + qs )i + qj − qi  dt j 3 1/3 2/3 −1/3 K(qi ) = qi Cf B Li γ 1/3 2 B 23 Formetta et al., XXXII Convegno di Idraulica, Palermo, 2010 Thursday, September 16, 2010
  29. 29. Non diamo i modelli troppo per scontati Cosi, per esempio le portate .. Rinaldo, Geomorphic Flood Research, 2006 Si possono determinare in tutti i punti significativi del reticolo 24 Formetta et al., XXXII Convegno di Idraulica, Palermo, 2010 Thursday, September 16, 2010
  30. 30. Non diamo i modelli troppo per scontati Se c’è un invaso Rinaldo, Geomorphic Flood Research, 2006 qui 25 Formetta et al., XXXII Convegno di Idraulica, Palermo, 2010 Thursday, September 16, 2010
  31. 31. Non diamo i modelli troppo per scontati Bene: si possono avere le portate a monte e a valle e inserire le operazioni di controllo Rinaldo, Geomorphic Flood Research, 2006 naturalmente avendo le caratteristiche dell’invaso. 26 Formetta et al., XXXII Convegno di Idraulica, Palermo, 2010 Thursday, September 16, 2010
  32. 32. Non diamo i modelli troppo per scontati 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 27 Formetta et al., XXXII Convegno di Idraulica, Palermo, 2010 Thursday, September 16, 2010
  33. 33. Un run Il bacino dell’Adige chiuso a Bolazno Area: 2600 km2 Max height: 3800 m Min height: 250 m 11 Formetta et al., XXXII Convegno di Idraulica, Palermo, 2010 Thursday, September 16, 2010
  34. 34. Un run Il bacino dell’Adige chiuso a Bolazno Simulazione Estiva: da 2009-06-01 to 2009-09-01 Measured Discharge Simulated Discharge Area: 2600 km2 Max height: 3800 m Min height: 250 m 11 Formetta et al., XXXII Convegno di Idraulica, Palermo, 2010 Thursday, September 16, 2010
  35. 35. Un run Il bacino dell’Adige chiuso a Bolazno Simulazione Invernale: da 2008-10-01 to 2009-03-01 Measured Discharge Simulated Discharge Area: 2600 km2 Max height: 3800 m Min height: 250 m 11 Formetta et al., XXXII Convegno di Idraulica, Palermo, 2010 Thursday, September 16, 2010
  36. 36. L’idraulica è più semplice dell’idrologia ! La propagazione nei canali - de Saint Venant 1D ∂Q ∂α u Q ∂η Q + + g A + g ieA = −q ∂t ∂s ∂s A ∂η ∂Q B + =q ∂t ∂s B η 29 Formetta et al., XXXII Convegno di Idraulica, Palermo, 2010 Thursday, September 16, 2010
  37. 37. L’idraulica è più semplice dell’idrologia ! Propagazione: attivazione delle immissioni e delle derivazioni immissione Leno Formetta et al., XXXII Convegno di Idraulica, Palermo, 2010 Thursday, September 16, 2010
  38. 38. L’idraulica è più semplice dell’idrologia ! Propagazione: attivazione delle immissioni e delle derivazioni immissione derivazione Leno Montecatini Formetta et al., XXXII Convegno di Idraulica, Palermo, 2010 Thursday, September 16, 2010
  39. 39. E, infatti ... 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. 32 Formetta et al., XXXII Convegno di Idraulica, Palermo, 2010 Thursday, September 16, 2010
  40. 40. E, infatti ... 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 33 Formetta et al., XXXII Convegno di Idraulica, Palermo, 2010 Thursday, September 16, 2010
  41. 41. E, infatti ... 34 Formetta et al., XXXII Convegno di Idraulica, Palermo, 2010 Thursday, September 16, 2010
  42. 42. L’infrastruttura di NewAge L’insieme external users web database Interfaces (Java/udig/JGrass/BeeGIS) Analysis Models Tools (UNITN/R) (UNITN/OMS3) Database (PostgresSQL/PostGIS/HSQL/H2/CUAHSI) 35 Formetta et al., XXXII Convegno di Idraulica, Palermo, 2010 Thursday, September 16, 2010
  43. 43. L’infrastruttura di NewAge Un modello ? 36 Formetta et al., XXXII Convegno di Idraulica, Palermo, 2010 Thursday, September 16, 2010
  44. 44. L’infrastruttura di NewAge Un modello ? no ... centomila 36 Formetta et al., XXXII Convegno di Idraulica, Palermo, 2010 Thursday, September 16, 2010
  45. 45. L’infrastruttura di NewAge 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 37 Formetta et al., XXXII Convegno di Idraulica, Palermo, 2010 Thursday, September 16, 2010
  46. 46. La calibrazione di NewAge Let’s play! A snapshot of using DREAM (Vrugt et al, 2008) 38 Formetta et al., XXXII Convegno di Idraulica, Palermo, 2010 Thursday, September 16, 2010
  47. 47. And Beyond Altre Tre domande Si può calibrare un modello complesso ? Quanto è vero un modello ? Quanto sono veri i dati ? Quant’è l’informazione contenuta nel segnale da prevedere ? Quando si può definire un modello parsimonioso ? 39 Formetta et al., XXXII Convegno di Idraulica, Palermo, 2010 Thursday, September 16, 2010
  48. 48. Grazie per l’attenzione ! m-idro MIGG Thursday, September 16, 2010
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