The presentation of my PhD defence

1. Dottorato di ricerca in Ingegneria e Chimica
per la Tutela degli Ecosistemi ~ XXIII ciclo

2. Sviluppo tecnico-scientifico
MODELLAZIONI IDROLOGICHE
Stima Q e V in un range ampio
Sensibilità modellistica
MODELLAZIONI IDRAULICHE
Modelli monodimensionali
Sovrastima pericolosità 1325.069
1257.48*
124.24*
1210.59*
196.93*
183.282
173.30*
163.32*
153.35*
143.37*
13.39*
12.91
108.01*
103.03*
1098.05*
1093.08*
108.105
1073.46*
1058.81*
104.175
980.542
959.542
941.717*
923.892*
909.867* 90.298* 890.729* 81.16* 871.591
857.635*
843.680*
829.724*
815.835*
802.076*
78.318*
769.974*
75.60*
741.068*
726.47*
71.86
697.423*
682.960*
68.497*
654.034*
639.571*
625.185*
610.951*
596.717*
582.483*
568.249*
53.869*
539.416*
524.963*
510.509*
496.056*
san_giorgio_16_10_206 Plan: gen208 15/01/209
Legend
WS 30
Ground
Bank Sta
Ground
Inef
Leve
Direttiva 2007/60/CE
Mappatura Es. Rilievi Lidar, Dati satellitari, CTR… tiranti, velocità..

3. Basata sulle informazioni territoriali distribuite di ultima generazione
Fisicamente basata
Indipendente dall’estensione del bacino
Calibrata sul territorio carsico pugliese
Precipitazione da VAPI o da distribuzione spaziale
(es. meteo-radar)
Implementabile da DEM attraverso script ArcMapÒ
Pericolosità legata a frequenza evento
+ entità tiranti e velocità
valutandone accuratezza

4. INPUT: precipitazione variabile nel tempo e nello spazio
La risposta del bacino è lineare e stazionaria
(vale il principio di sovrapposizione degli effetti)
OUTPUT: idrogramma di piena
A(t) = Funzione di forma del bacino
IUH -Idrogramma Unitario Istantaneo
Equazione di convoluzione
fra pioggia netta p(t) e IUH

5. Distribuzione di frequenza dei tempi di arrivo alla sezione di chiusura,
in seguito ad una pioggia uniformemente distribuita,
di applicazione istantanea e di volume unitario
IUH
WIUH Modello basato sulla funzione di ampiezza (Width Function)
 Criterio metrico alla base della definizione dei tempi di arrivo;
 Implementabile a partire da DEM;
 Modello convettivo per accoppiare l’informazione metrica ai tempi di arrivo;
 Velocità di trasferimento fisicamente basate;
 Consente di tener conto delle effettive lunghezze dei percorsi e della loro variabilità.
STRATI INFORMATIVI INPUT
RETICOLO FDIR
DEM
FLEN
FACC
SLOPE
FILL
VEL
NET
FTIME
LANDUSE MANNING

6. COSTRUZIONE WIUH
Campionamento delle lunghezze dei
percorsi che l’acqua compie a partire da
ciascun punto del bacino fino all’outlet.
Se divido il numero siti a distanza x dalla
sezione di chiusura per il numero totale dei
siti del bacino, ottengo la probabilità che
l’acqua cada ad una distanza x dall’outlet.

7. COSTRUZIONE WIUH
Valutazione dell’area contribuente in funzione
della distanza idrologica dalla sezione di chiusura:
approccio basato sulla funzione d’ampiezza.

8. SOGLIA CH / HILL
V HILL
V CH

9. PRECIPITAZIONE BARI
80
70
60
50
40
30
20
10
0
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48
ore
mm/h
CASAMASSIMA
80
70
60
50
40
30
20
10
80
70
60
50
40
30
20
10
0
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48
ore
mm/h
ADELFIA
0
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48
ore
mm/h
MERCADANTE
80
70
60
50
40
30
20
10
0
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48
ore
mm/h
SANTERAMO
80
70
60
50
40
30
20
10
0
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48
ore
mm/h
Il TLC (Tropical Like Cyclones)
del 22-23 ottobre 2005

10. CONVOLUZIONE

11. Vh
Vc
Channel
head
A
vc [m/s] vh [m/s] CXIDRO CXWIUH QMAX TMAX TC
mean var mean var [h] [h] [mc/s] [h] [h]
A = 1 kmq 1.5 no 0.05 no 34.80 9.76 303.11 33 25.39
A = 1 kmq 1.5 no 0.04 no 35.76 10.78 265.68 33 30.24
A = 1 kmq 1.5 no 0.03 no 37.35 12.48 221.91 33 38.34
A = 1 kmq 1 no 0.03 no 40.72 15.34 204.18 37 41.33
A = 1 kmq 2 no 0.03 no 35.67 11.07 227.52 32 36.85
A = 1 kmq 1.5 f(A^0.5) 0.03 no 33.62 9.56 223.97 29 37.59
A = 1 kmq 1.5 f(A^0.5) 0.03 f(S^0.5) 36.02 12.30 197.34 29 67.43
A = 2 kmq 1.5 no 0.03 no 39.82 15.51 173.63 33 53.65
A = 0.5 kmq 1.5 no 0.03 no 35.39 10.50 282.44 33 34.0479

13. PENDENZA DIREZIONALE
pendenza direzionale (alpha) = arctan [(dz/dx) * sin(alpha) + (dz/dy) * cos(alpha)]
dz/dx = [ Elev(i, j + n) - Elev(i, j - n) ] / 2*n*cell_size
dz/dy = [ Elev(i - n, j) - Elev(i + n, j) ] / 2*n*cell_size
0.0250
0.0200
0.0150
0.0100
0.0050
0.0000
0 50 100 150 200 250
fattore di smoothing
pendenza [m/m] n

14. CHANNEL HEAD

15. 1000 <AS2< 100000 (Montgomery e Foufoula-Georgiu,1993)
 Discontinuità reticolo
y = 0.5369x-0.2459
y = 0.0269x-0.0294
AS2 >10000
CHANNEL HEAD

16. Tool per eliminazione discontinuità
2 4 4 4
1 4 4 4
1 1 4 8
64 1 2 16

17. Tool per eliminazione discontinuità
2 4 4 4
1 4 4 4
1 1 4 8
64 1 2 16

18. VELOCITA’ DI TRASFERIMENTO CANALE

19. VELOCITA’ DI TRASFERIMENTO CANALE
y = 0.2034x0.1588
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
R2 / 3 = v × n =
0.00E+00 5.00E+07 1.00E+08 1.50E+08 2.00E+08 2.50E+08 3.00E+08 3.50E+08 4.00E+08
A media [mq]
R
y = 0.3458x0.1059
5
4.5
4
3.5
3
2.5
2
1.5
1
0.5
0
0.00E+00 5.00E+07 1.00E+08 1.50E+08 2.00E+08 2.50E+08 3.00E+08 3.50E+08 4.00E+08
A media [mq]
f(A)
f ( A)
S
TMAX
[h] tratto t
[s]
L
[m]
V
[m/s]
S
[m/m] n f(A) A media
[m2]
R
[m]
displuvio - channel head 4000 0.008 1280470
1.5 channel head - cassano 5400 14411 2.69 0.013 0.086 2.005 22423600 2.84
3.5 cassano - bitritto 7200 27851 3.87 0.016 0.089 2.713 83654800 4.47
4.5 bitritto - confluenza 3600 5274 1.46 0.013 0.057 0.727 107112000 0.62
2 channel head - acquaviva 7200 16296 2.26 0.010 0.091 2.050 27606600 2.93
5 confluenza - foce 1800 8817 4.90 0.006 0.040 2.602 335000000 4.20

20. VELOCITA’ DI TRASFERIMENTO VERSANTE
l = 30.49 × S
McCuen e Spiess (1995) n
0.6 0.6
i S
T K n l C U ×
= × 0.4 0.3
McCuen et al. (2002)
T = × n ×
l C ×
0.0913 ( )
P S
0.5 0.4
2
0.8
( )
0.5 0.4
2
0.8
0.2
328.68 n
v = l P ×
S hill

22. EFFETTI AL SUOLO
Scattata il 2005/10/23 08:22:19

23. Scattata il 2005/10/23 09:43:08

24. Scattata il 2005/10/23 10:13:37

25. Scattata il 2005/10/23 11:14:50

26. ScaSttcaatatt ailt a2 0il0 250/1005//2130 /1213: 1147::5403 :33

27. Ore 9:30 – 10:00

28. CXIDRO CXWIUH QMAX TMAX TC VTOT
PICONE 31.1638 6.8328 365.8701 30 58.1154 9.0220e+006
BARONALE 31.5032 6.7465 59.8516 30 43.2844 1.5772e+006
BADESSA 31.2223 6.8209 293.3780 30 58.0552 6.9066e+006
CASSANO 28.9028 4.9748 185.0173 27 55.1543 4.0105e+006
BITRITTO 30.9409 6.6847 288.3026 30 57.7735 6.9001e+006
TORRECIMA 31.7059 5.7854 7.1058 29 47.2601 2.6314e+005
ACQUAVIVA 28.9135 4.5647 50.5778 27 27.8148 1.2126e+006

29. 3.5
3
2.5
2
1.5
1
0.5
0
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5
tiranti osservati [m]
tiranti simulati [m]

30. IETOGRAMMA SINTETICO RETTANGOLARE T200
TC=CX(WIUH)*1.67
T200 QMAX VTOT
RETTANGOLARE 330.00 1.2347e+007
TRIANGOLARE 348.13 1.2378e+007
CPP 271.69 1.2256e+007
CHICAGO 355.17 1.5632e+007

31. IETOGRAMMA SINTETICO TRAINGOLARE T200
T200 QMAX VTOT
RETTANGOLARE 330.00 1.2347e+007
TRIANGOLARE 348.13 1.2378e+007
CPP 271.69 1.2256e+007
CHICAGO 355.17 1.5632e+007

32. IETOGRAMMA SINTETICO CPP T200
T200 QMAX VTOT
RETTANGOLARE 330.00 1.2347e+007
TRIANGOLARE 348.13 1.2378e+007
CPP 271.69 1.2256e+007
CHICAGO 355.17 1.5632e+007

33. IETOGRAMMA SINTETICO CHICAGO T200
T200 QMAX VTOT
RETTANGOLARE 330.00 1.2347e+007
TRIANGOLARE 348.13 1.2378e+007
CPP 271.69 1.2256e+007
CHICAGO 355.17 1.5632e+007

34. DETERMINAZIONE PERICOLOSITA’ IDRAULICA
Pericolosità legata a ffrreeqquueennzzaa eevveennttoo + entità ttiirraannttii ee vveelloocciittàà
valutando
aaccccuurraatteezzzzaa
Forzante geometrica: TOPOGRAFIA
Forzante idrologica: PORTATA
Forzante idraulica: SCABREZZA
PAI ATTUALE
T Pericolosità di Inondazione
30
AP - Alta
200
MP - Media
500
BP - Bassa

35. DIAGRAMMA VULNERABILITA'
1.1
1
0.9
0.8
0.7
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
0 1 2 3 4 5 6 7 8
v [m/s]
1250
1500
2500
5000
500
1000
0.6
h [m]
spinta 500
spinta 1000
spinta 1250
spinta 1500
spinta 2500
spinta 5000
AP
BP

36. T
30
200
500
AP
MP
BP

37. PR
T alta bassa
30
200
500
AP MP
MP BP
BP

38. INFLUENZA SCABREZZA
BP

39. edn=(29.268.*(Q(i,j))^(-0.2552)).*(D(i,j))./100
evn=(6.4736.*log(Q(i,j))+14.129).*(D(i,j))./100

40. UPSCALING 5m
QUANTIFICAZIONE DIFFERENZA TRA DATASET
Nearest Bilinear Cubic Neigh5 Neigh3
min -28.8209 -20.4627 -20.5050 -18.9268 -15.2857
Max 49.5916 39.8103 39.8788 25.7590 17.53785
Mean -0.0453 -0.04477 -0.0447 -4.1476e-005 -1.6109e-005
Std_dev 0.6336 0.5560 0.5712 0.5483 0.3628

41. INFLUENZA RISOLUZIONE TOPOGRAFICA  CELLSIZE
upscaling
5m 10m 25m 50m 100m
439
439
438
438
437
437
436
436
435
435
434
434
0 20 40 60 80 100 120
DTM 8m CTR LIDAR DTM 20m CTR DTM 50m CTR
Y=0.2X-0.4
Y=0.5X-1
appiattimento della sezione
Tirante aumenta per d < 2m
diminuisce per d > 2m
Velocità aumenta per v < 1.5 m/s
diminuisce per d > 1.5 m/s

42. y = 0.6185x - 0.9912
y = 0.2451x - 0.3718
y = 0.0761x - 0.1421
1.50E+00
0.00E+00
0.00E+00 5.00E-01 1.00E+00 1.50E+00 2.00E+00 2.50E+00 3.00E+00 3.50E+00 4.00E+00
-1.50E+00
h [m]
dh [m]
D5-D10 D5-D25 D5-D50 Lineare (D5-D50) Lineare (D5-D25) Lineare (D5-D10)
y = 0.6472x - 1.2531
y = 0.5705x - 1.1782
y = 0.1786x - 0.347
4.00E+00
3.00E+00
2.00E+00
1.00E+00
0.00E+00
0.00E+00 1.00E+00 2.00E+00 3.00E+00 4.00E+00 5.00E+00 6.00E+00
-1.00E+00
-2.00E+00
-3.00E+00
-4.00E+00
v [m/s]
dv [m/s]
v10 V25 V50 Lineare (V50) Lineare (V25) Lineare (v10)

43. h(i-1,j-1)
PR(i-1,j-1)
h(i-1,j)
PR(i-1,j)
h(i-1,j+1)
PR(i-1,j+1)
h(i,j-1)
PR(i,j-1)
h(i,j)
PR(i,j)
h(i,j+1)
PR(i,j+1)
h(i+1,j-1)
PR(i+1,j-1)
h(i+1,j)
PR(i+1,j)
h(i+1,j+1)
PR(i+1,j+1)
if
h - h £
e
i , j dir 1:8
h
PR =
PR
i j dir
, 1:8
PR =
PR
i , j i ,
j
=
=
else
end

44. h2
h1
h - h £
e
i , j dir 1:8
h
PR =
PR
i j dir
, 1:8
PR =
PR
h - h £ eh 2 1
if
i , j i ,
j
=
=
else
end
DIAGRAMMA VULNERABILITA'
1.1
1
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
0 1 2 3 4 5 6 7 8
v [m/s]
h [m]
spinta 1250
spinta 1500
spinta 2500
spinta 5000
spinta 500
spinta 1000
AP
BP

45. h2
h1
h - h £
e
i , j dir 1:8
h
PR =
PR
i j dir
, 1:8
PR =
PR
h - h £ eh 2 1
if
i , j i ,
j
=
=
else
end
DIAGRAMMA VULNERABILITA'
1.1
1
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
0 1 2 3 4 5 6 7 8
v [m/s]
h [m]
spinta 1250
spinta 1500
spinta 2500
spinta 5000
spinta 500
spinta 1000
AP
BP

46. DIAGRAMMA VULNERABILITA'
1.1
1
0.9
0.8
0.7
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
0 1 2 3 4 5 6 7 8
v [m/s]
1250
1500
2500
5000
500
1000
0.6
h [m]
spinta 500
spinta 1000
spinta 1250
spinta 1500
spinta 2500
spinta 5000
AP
BP

48. Grazie per l’attenzione