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Grado 2016-05-19 - Hazard and Hydorlogical Modelling

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Here I talk of my thought and experience in modelling hazards. Hopefully I convince someones that my tools are structurally better than other. Including some classic.

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Grado 2016-05-19 - Hazard and Hydorlogical Modelling

  1. 1. Metodi e strumenti per la previsione operativa dei flussi idrologici Rigon R., Bancheri M., Abera W., Serafin F., Tasin S., Formetta G. Grado, 19 Maggio 2016 GiuseppePenone
  2. 2. !2 E 'ndéveno cussì le vele al vento lassando drìo de noltri una gran ssia, co' l'ánema in t'i vogi e 'l cuor contento sensa pinsieri de manincunia. Biagio Marin, 1912 Un piccolo omaggio a Grado
  3. 3. !3 Esondazioni Franamento Inquinamento Magre ….. Ad ogni pericolo la sua modellazione Quale pericolo ? Rigon et al.
  4. 4. !4 Ad ogni pericolo la sua modellazione Esondazioni Una “catena” di previsione moderna: Arpa Emilia HEC-HMS MIKE11-NAM TOPKAPI HEC-RAS MIKE11-HD SOBEK/PAB HMS/NAM/TOPKAPI RAS/MIKE11/SOBEK /PAB Prima catena Seconda catena Terza catena Catena config dall’utente MODELLI METEOROLOGICI PRECIPITAZIONI TEMPERATURA LIVELLO/PORTATA Osservati/Telemisura LM/Ensemble VALIDAZIONE, INTERPOLAZIONE E TRASFORMAZIONE DATI Schema del progetto FEWSPo Rigon et al.
  5. 5. !5 Ad ogni pericolo la sua modellazione No data no party L’aspetto dei dati HEC-HMS MIKE11-NAM TOPKAPI HEC-RAS MIKE11-HD SOBEK/PAB HMS/NAM/TOPKAPI RAS/MIKE11/SOBEK /PAB Prima catena Seconda catena Terza catena Catena config dall’utente MODELLI METEOROLOGICI PRECIPITAZIONI TEMPERATURA LIVELLO/PORTATA Osservati/Telemisura LM/Ensemble VALIDAZIONE, INTERPOLAZIONE E TRASFORMAZIONE DATI Schema del progetto FEWSPo odule Config Files of all modules used to process/handle/manipulate data – these are nces in DELFT-FEWS includes; le dule odule le odule ule tor Module Rigon et al.
  6. 6. !6 Diciamo che il problema dei dati c’è sempre, mutata mutandis, in tutte le forme di pericolo. Chi ci deve pensare ? Rigon et al.
  7. 7. !7 Ad ogni pericolo la sua modellazione Modelli idrologici e modelli idraulici L’aspetto dei modelli HEC-HMS MIKE11-NAM TOPKAPI HEC-RAS MIKE11-HD SOBEK/PAB HMS/NAM/TOPKAPI RAS/MIKE11/SOBEK /PAB Prima catena Seconda catena Terza catena Catena config dall’utente MODELLI METEOROLOGICI PRECIPITAZIONI TEMPERATURA LIVELLO/PORTATA Osservati/Telemisura LM/Ensemble VALIDAZIONE, INTERPOLAZIONE E TRASFORMAZIONE DATI Schema del progetto FEWSPo LFT-FEWS Configuration Course 10 LFT-FEWS includes; le Rigon et al.
  8. 8. !8 Adige • Implementa Hymod and e un meccanismo di suddivisione dei sottobacini che usa l’algoritmo di Pfastetter. E possibile che la prossima versione sia suddivisa in parti. Ad ognuno la sua catena modellistica Rigon et al. Formetta et al., 2011
  9. 9. !9 • Implementa un modello a serbatoi non lineari: può interagire con varie altre componenti SwB Rigon et al. Rigon et al., 2016 Ad ognuno la sua catena modellistica
  10. 10. !10 deSaintVenant • Integra l’ equazione de Saint-Venant 1D e (è parte dei Jgrasstools) Rigon et al. http://abouthydrology.blogspot.it/search/label/de%20Saint-Venant%20equation Ad ognuno la sua catena modellistica
  11. 11. !11 Franamento Si determina la quantità e la posizione del detrito/ suolo Si applica un modello idrologico di deflusso nei versanti http://www.geotop.org/wordpress/ 11 Rigon et al. Altro giro, altra corsa !
  12. 12. !12 Si determina il contenuto d’acqua del suolo Si applica un modello di stabilità del versante Si determina il deflusso superficiale Si determina la portata liquida subsuperficiale + superficiale Si determina quale parte del detrito/ suolo è instabile Rigon et al. Un riquadro, un’operazione non banale !
  13. 13. !13 Una simulazione Laprobabilitàdifranamento 13 Rigon et al.
  14. 14. !14 Si calcolano le portate liquide e solide in entrata nei punti di interesse Si usano le informazioni su portata liquida e solida come input a modelli idraulici http://simidra.com/trent2d-workspace/trent-2d-ts 14 Rigon et al. E (solo poi) poi l’idraulica
  15. 15. !15 Visita tecnica Università di Trento – 17/05/2016 Situazione idrologico-idraulica del 23/02/2010: •Nessun corso d’acqua in allerta/allarme •Situazione ordinaria sugli affluenti •Stato di esaurimento di onda di piena da 3000 m3/s sull’asta Po Rigon et al. Non mio, ma esemplificativo
  16. 16. !16 Visita tecnica Università di Trento – 17/05/2016 Sulla base della modellistica a disposizione è stata stimata la traslazione della massa d’acqua tenendo conto della velocità della corrente. Rigon et al. Non mio, ma esemplificativo
  17. 17. !17 Ma se si trattasse di sorgenti diffuse ? es. Nutrienti (azoto, fosforo …) Cin Cout Benettin, 2015 Rigon et al. Altre sostanze, altre immissioni
  18. 18. !18 • Implementano modelli per il calcolo delle distribuzioni di probabilità dei tempi di residenza: può interagire con varie altre componenti BP FP Botter et al., 2010, 2011 Backward Probability of travel times Forward Probability of travel times Rigon et al. Altre componenti
  19. 19. !19 Time out ! Il tempo nelle precedenti è il tempo continuo, ma spesso il temp dell’ingegnere è il tempo di ritorno Milly et. al., 2008 Rigon et al. Non ci facciamo mancare nulla
  20. 20. !20 Sì, ancora la neve ... Che sarà della neve, del giardino, che sarà del libero arbitrio e del destino e di chi ha perso nella neve il cammino .... Andrea Zanzotto (La beltà, 1968) La neve Rigon et al. Occhio non vede cuore non duole ?
  21. 21. !21 • Implementa un “degree-day”, il metodo di Casorzi- Dalla Fontana e quello di Regina Hocks. Necessita del calcolo della radiazione Snow What is there Rigon et al. Formetta et al. 2014
  22. 22. !22 Ma anche Rigon et al. http://www.mysnowmaps.com/it/
  23. 23. !23 Acque sotterranee acque superficiali Cordano e Rigon, 2010 Rigon et al. Occhio non vede cuore non duole ?
  24. 24. !24 work in progress: https://github.com/ecor/boussinesq Boussinesq • Implementerà l’integrazione dell’equazione di Boussinesq risolta simultaneamente con l’equazione delle shallow water Casulli, 2015 Rigon et al. Siamo fiduciosi nell’imminente futuro
  25. 25. !25 E allora ? R. Rigon Vogliamo soluzioni!GiuseppePenone
  26. 26. !26 ModifiedfromRizzolietal.,2005 R. Rigon Software Engineering Solutions Sviluppo di modelli a componenti. Gli oggetti, modelli e dati, dovrebbero essere incapsulati in componenti, che espongono, per il loro riutilizzo, solo le loro funzioni più importanti. Librerie di componenti possono allora essere riutilizzate e integrate efficientemente in “frameworks” di moderazione. (relativamente) Nuovi paradigmi per la modellazione
  27. 27. !27 R. Rigon Components
  28. 28. !28 Discrete units of software which are re-usable even outside the framework, both for model components and for tools components. Accesso trasparente ai dati, che sono resi indipendenti dal tipo di database. Un gran numero di strumenti (per le simulazioni, la calibrazione, la verifica, etc.) che l’utente sarà libero di usare (inclusi vari sistemi di modellazione). R. Rigon Benefits (solo alcuni) Per maggiori dettagli qui e qui Unità di software discrete, che sono riusabili, anche al di fuori del loro framework di origine, per costituire soluzioni modernistiche molto flessibili
  29. 29. !29 http://geoframe.blogspot.com Rigon et al.
  30. 30. !30 (4.1) @t = Jk(t)+ i Qki(t)° ETk(t)°Qk(t) for an appropriate set of elementary control volumes connected together. In Eq.(5.1), S [L3 ] represents the total water storage of the basin, J [L3 T°1 ], ET [L3 T°1 ], and Q [L3 T°1 ] are precipitation, evapotranspiration, and runoff (surface and groundwater) respectively. The Qis represent input fluxes, of the same nature of Q, coming from adjacent control volumes. a b Figure 4.1: The location of the Posina basin in the Northeast of Italy (a) and DEM elava- tion, location of rain gauges and hydrometer stations, subbasin-channel link partitions used for this modelling (b). It is clear that Eq.(5.1) is governed by two types of terms, which can be easily identi- fied as “inputs" and “outputs". The outputs are certainly evapotranspiration, ET, and discharges, Q, including the Qis, because they come from the assembly of control volumes. The inputs are J(t), but this term has to be split into rainfall and snowfall. Moreover, other inputs are ancillary to the estimation of outputs, in particular temperature, T and radiation Rn. Another input of the equation is the definition of the domain of integration and its“granularity", i.e. its partition into elements for which a singe value of the state variables is produced. In this paper we discuss the estimation of all of these input quantities, with the Posina Un piccolo bacino (114 km2) in provincia di Vicenza A small basin Abera, 2016 Rigon et al.
  31. 31. !31 basin outlet, but in this application we excluded it because at these scales (of around ten kilometers) travel time in channels is irrelevant (D’Odorico and Rigon, 2003). Eventually the Hymod component provides an estimate of the discharge at each link of the river network of the watershed, downstream to the HRUs. ADIGE Figure 5.2: The HYmod component of NewAge system and its input providing compo- nents. It shows how different components are connected, here kriging, SWE, ETP, and calibration component connected with Adige to solve the runoff at high spatial and temporal resolution. The detail discussion about each component can be referred at its respective section. La calibrazione del modello Schemi di lavoro Abera, 2016 Rigon et al.
  32. 32. !32 CHAPTER 5. ESTIMATING WATER BUDGET MODELLING OUTPUTS AND STORAGE COMPONENT This could have been deduced from the data alone, However, seeing it with the other budget components enlighten the complexity of the interactions actually in place. 0 100 200 300 400 500 01-2012 02-2012 03-2012 04-2012 05-2012 06-2012 07-2012 08-2012 09-2012 10-2012 11-2012 12-2012 Date(month) Q,ET,S(mm/month) Q ET S 0 100 200 300 J(mm/month) Figure 5.12: The same as figure 5.11, but monthly variability for the year 2012. Monthly budget (temporal) JGrass-NewAGE calcola bilanci idrologici Aberaetal,inpreparation,2016b Rigon et al.
  33. 33. !33 Events Gai eventi di piena e di magra sono riprodotti Aberaetal,inpreparation,2016b Rigon et al.
  34. 34. !34 6.1. INTRODUCTION 10 20 30 40 50 Long Lat a 8 9 10 11 12 13 36 38 40 Long Lat 1000 2000 3000 4000 Elevation(m) Lat Station Lake Tana b Figure 6.1: The geographic location of Upper Blue Nile basin in the Nile basin (a) and digitale elevation model of the basin (b). The points in figure b are the meteorological stations used for this study. Several validation studies of SREs have been conducted in the Ethiopian UBN basin (Dinku et al., 2007, 2008; Haile et al., 2013; Gebremichael et al., 2014; Worqlul et al., 2014; Romilly and Gebremichael, 2011; Hirpa et al., 2010; Habib et al., 2012). For instance, two comparative studies by Dinku et al. (2007) and Dinku et al. (2008) on high Blue Nile (175000 Km2) Se pensiamo un po’ più in grande Aberaetal,inpreparation,2016c Rigon et al.
  35. 35. !35 We divide the UBN basin into 402 subbasins and channel links as shown in figure 7.2. This spatial partitioning may not be the finest scale possible, however, considering the size of the basin, it can be considered an acceptable compromise to capture the water budget spatial variability. ADIGE: Rainfall-runoff Figure 7.3: Workflow with a list of NewAge components (in white), and remote sensing data processing parts (gray shaded, not yet included in JGrass-NewAGE but performed with R tools) used to derive the water budget of UBN. It does not include the components used for the validation and verification processes. The Modelling Solution calibration phase Schema di lavoro Aberaetal,inpreparation,2016c Rigon et al.
  36. 36. !36 Discharges Lavoriamo alla scala giornaliera Aberaetal,inpreparation,2016c Rigon et al.
  37. 37. !37 Rigon et al. Ci sarebbero molti altri temi da toccare Interazioni tra modelli e ruolo: Tecnico Politico Cittadino I pericolo non viene mai da solo: come si combinano EU 2000/60 ed EU 2007/60 La modellazione è un’azione complessa. Chi fa cosa ? Cosa dovrebbero fare le amministrazioni, cosa l’Università, cosa le società di ingegneria ?
  38. 38. !38 Find this presentation at http://abouthydrology.blogspot.com Ulrici,2000? Other material at Domande http://www.slideshare.net/GEOFRAMEcafe/parma-20160517-jgrassnewage-some- about-the-state-of-art Rigon et al.

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