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Presentazione di PowerPoint

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Title: Presentazione di PowerPoint Author: Mike Last modified by: DIIAR Created Date: 7/10/2000 9:14:28 AM Document presentation format: Presentazione su schermo – PowerPoint PPT presentation

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Date added: 31 January 2020
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Title: Presentazione di PowerPoint


1
POLITECNICO DI MILANO  FACOLTÀ DI
INGEGNERIA Corso di Laurea in Ingegneria per
lAmbiente e il Territorio Dipartimento di
Ingegneria Idraulica, Ambientale e del
Rilevamento Sezione Idraulica COSTRUZIONE DI
IDROGRAMMI SINTETICI PER ALCUNI CORSI DACQUA
ITALIANI ED APPLICAZIONI PER IL DIMENSIONAMENTO
DI CASSE DI ESPANSIONE
Relatore Prof. Ugo Maione Correlatore Dott.
Massimo Tomirotti Tesi di laurea
di Christine BALLARIN Matr. 624503 Matteo
VIGO Matr. 624515 Anno Accademico
1999-2000
2
INTRODUZIONE
In molti problemi di protezione idraulica del
territorio gli elementi di interesse nella
definizione del rischio idrologico non sono solo
le portate al colmo, ma anche i volumi di piena e
la forma degli idrogrammi.
Casi tipici
Progettazione di casse di espansione.
Ottimizzazione della gestione di aree golenali
finalizzata alla mitigazione del rischio di piena.
Una possibile soluzione a questi problemi e'
rappresentata dalla determinazione di idrogrammi
sintetici per assegnato tempo di ritorno.
3
FASI DELLO STUDIO
costruzione di idrogrammi sintetici per
assegnato tempo di ritorno mediante una nuova
metodologia basata sulla ricostruzione delle
curve di riduzione dei colmi di piena.
presentazione di modelli regionali per la
determinazione delle onde sintetiche anche per
siti non strumentati o per i quali non si
dispone di una informazione idrologica sufficient
e alla loro determinazione diretta.
presentazione e validazione di procedure il
cui obiettivo è fornire indicazioni progettuali
per il dimensionamento di casse di espansione
in linea, sia nel caso di funzionamento ideale,
sia nel caso di funzionamento idraulico
più complesso.
4
STAZIONI IDROMETROGRAFICHE CONSIDERATE
  • Nel presente studio sono stati considerati i
    seguenti 15 corsi dacqua

1 Toce a Candoglia 2 Adda a Fuentes 3
Brembo a Ponte Briolo 4 Serio a Ponte Cene 5
Chiese a Gavardo 6 Arda a Mignano 7 Secchia a
Ponte Bacchello
appartenenti al Bacino del Po.
5
  • Elsa a Castelfiorentino
  • Era a Capannoli
  • Sieve a Fornacina
  • Arno a Subbiano
  • Bisenzio a Gamberame
  • Greve a Ponte dei Falciani
  • Pesa a Sambuca

appartenenti al bacino dellArno.
Inoltre è stato incluso nello studio il fiume
Torre, che scorre nella Regione del Friuli
Venezia Giulia e appartiene al Bacino
dellIsonzo.
6
Esempio di foglio settimanale per il fiume Arno
presso la stazione di Subbiano
7
Corso dacqua Stazione
Anni di osservazione Onde di
piena
SECCHIA PONTE BACCHELLO 38 129 TOCE CANDOGLIA
37 66 ARDA MIGNANO 50 103 ADDA FUENTES 28
48 BREMBO PONTE BRIOLO 32 56 CHIESE
GAVARDO 29 64 SERIO PONTE
CENE 24 40 ARNO SUBBIANO 58 91 SIEVE
FORNACINA 48 79 PESA SAMBUCA 21 41 BISENZ
IO GAMBERAME 28 49 ELSA CASTELFIORENTINO 39
56 GREVE PONTE DEI FALCIANI 19 43 ERA CAPANNOL
I 25 57 TORRE ZOMPITTA 19 62
8
COSTRUZIONE DEGLI IDROGRAMMI SINTETICI
  • COSTRUZIONE DELLE CURVE DI RIDUZIONE
  • DEI COLMI DI PIENA PER ASSEGNATO TEMPO
  • DI RITORNO qD(T) E DETERMINAZIONE DELLA
    POSIZIONE MEDIA DEL PICCO rD
  • COSTRUZIONE DEGLI IDROGRAMMI SINTETICI
  • DI ASSEGNATO TEMPO DI RITORNO

9
modalità di campionamento dei dati
  • valutazione dei volumi delle onde di piena al
    di sopra di prefissati valori di soglia della
    portata
  • elaborazione statistica delle massime portate
    medie QD in assegnata durata D, dove il massimo è
    calcolato rispetto a tutte le possibili finestre
    temporali (t-D, t) di ampiezza D contenute nel
    generico idrogramma di piena

per ciascuna durata viene calcolata anche la
posizione del picco rD
Portata m3/s
rD Db/D
Durata ore
10
  1. COSTRUZIONE DELLA CURVA DI RIDUZIONE
  • scarto quadratico medio s(QD)
  • media µ(QD)
  • coefficiente di variazione CV(QD )
  • posizione media del picco rD

11
se CV cost è possibile adattare allunico
campione adimensionale QD/ µ(QD) la
distribuzione di Gumbel e moltiplicare tale
valore per la media µ(QD)
CURVE DI RIDUZIONE DEI COLMI DI PIENA
u 0.6830 a 0.5491
ARNO
Durata ore
12
COSTRUZIONE DELLIDROGRAMMA SINTETICO
  • Valore del colmo è fornito dalla curva di
    riduzione dei colmi di piena Q0(T)
  • Ciascun intervallo temporale attorno al picco
    viene scomposto in due parti una di ampiezza
    rDD prima del colmo e laltra di ampiezza
    (1-rD)D dopo il colmo
  • Il volume di piena QD(T)D da distribuire attorno
    al picco nellintervallo temporale D viene
    dedotto dalla curva di riduzione dei colmi e
    viene suddiviso nelle due porzioni
  • rDQD(T)D nellintervallo (-rDD,0)
  • (1-rD)QD(T)D nellintervallo (0,(1-rD)D)
  • quindi valgono le seguenti relazioni

Lespressione dellidrogramma sintetico Q(t) si
ottiene differenziando tali equazioni rispetto a
D.
13
RAMO DI CONCENTRAZIONE
RAMO DI ESAURIMENTO
14
ELSA A CASTELFIORENTINO
T 500 anni T 200 anni T 100 anni T 50
anni T 25 anni T 10 anni T 5 anni T
2 anni
15
ERA A CAPANNOLI
T 500 anni T 200 anni T 100 anni T 50
anni T 25 anni T 10 anni T 5 anni T
2 anni
16
BISENZIO A GAMBERAME
T 500 anni T 200 anni T 100 anni T 50
anni T 25 anni T 10 anni T 5 anni T
2 anni
17
ADDA A FUENTES
T 500 anni T 200 anni T 100 anni T 50
anni T 25 anni T 10 anni T 5 anni T
2 anni
18
BREMBO A PONTE BRIOLO
T 500 anni T 200 anni T 100 anni T 50
anni T 25 anni T 10 anni T 5 anni T
2 anni
19
REGIONALIZZAZIONE DEGLI IDROGRAMMI SINTETICI
  • 2 metodologie di ricostruzione degli idrogrammi
    sintetici entrambe basate
  • sulla conoscenza del tempo di ritardo del bacino
    idrografico considerato

TEMPO DI RITARDO DI UN BACINO tempo che
intercorre tra il piede del ramo di
concentrazione e il raggiungimento del colmo di
piena
FIUME STAZIONE A Km2 tr ore
ARDA MIGNANO 87.2 7.2
ELSA CASTELFIORENTINO 806 9.8
ERA CAPONNOLI 337 16.5
GREVE P.TE DEI FALCIANI 120 5.9
SIEVE FORNACINA 831 7.5
BISENZIO GAMBERAME 150 8.6
PESA SAMBUCA 119 5.1
SECCJIA P.TE BACCHELLO 1292 22.4
ARNO SUBBIANO 738 9.6
TOCE CANDOGLIA 1532 12.7
TORRE ZOMPITTA 167.5 14.7
CHIESE GAVARDO 934 9.9
BREMBO PONTE BRIOLO 765 19.2
ADDA FUENTES 2498 21.3
SERIO PONTE CENE 455 14.8
20
I metodologia
  • ramo di concentrazione
  • ramo di esaurimento

Q(t)Qmaxe-t/k dove k W/Qmax W
volume invasato nel bacino
volume sotteso dal ramo discendente
21
RELAZIONE TRA IL TEMPO DI RITARDO tr DEL BACINO E
LA COSTANTE TEMPORALE k
FIUME STAZIONE tr ore k ore-1
ARDA MIGNANO 7.2 5.30
ELSA CASTELFIORENTINO 9.8 11.45
ERA CAPANNOLI 16.5 18.65
GREVE PONTE DEI FALCIANI 5.9 7.33
SIEVE FORNACINA 7.5 11.57
BISENZIO GAMBERAME 8.6 10.29
PESA SAMBUCA 5.1 5.47
SECCHIA PONTE BACCHELLO 22.4 25.55
ARNO SUBBIANO 9.6 11.74
TOCE CANDOGLIA 12.7 18.75
TORRE ZOMPITTA 14.7 6.48
CHIESE GAVARDO 9.9 10.62
BREMBO PONTE BRIOLO 19.2 22.38
ADDA FUENTES 21.3 35.00
SERIO PONTE CENE 14.8 26.53
k tr / 0.7
tr 1.571A 0.3132
22
stimando la portata di picco media mediante
formule di regionalizzazione è possibile
ricostruire lintero idrogramma sintetico a
partire dalla sola conoscenza dellestensione del
bacino
Q(t)Qmaxe-t/k
23
legge di crescita della variabile µ(d)
24
SECCHIA A PONTE BACCHELLO
25
ADDA A FUENTES
26
SIEVE A FORNACINA
27
ELSA A CASTELFIORENTINO
28
ERA A CAPANNOLI
29
II metodologia
  • regionalizzazione della posizione del picco rD
  • regionalizzazione del rapporto di riduzione e(d)

30
utilizzando le precedenti espressioni della
posizione del picco rD e del rapporto di
riduzione e(d) e adottando per la stima del tempo
di ritardo del bacino tr la relazione
tr 1.571A 0.3132
31
utilizzando la legge di crescita sperimentale
della variabile µ(QD) si determina lidrogramma
duecentennale stimato per via diretta mentre
utilizzando la curva di crescita della variabile
µ(d) stimata a partire da formule di
regionalizzazione si ottiene lidrogramma con
T200 anni totalmente regionalizzato
32
BISENZIO A GAMBERAME
33
BREMBO A PONTE BRIOLO
34
TOCE A CANDOGLIA
35
ELSA A CASTELFIORENTINO
36
SERIO A PONTE CENE
37
CONFRONTO TRA I VOLUMI DEGLI IDROGRAMMI
RICOSTRUITI A PARTIRE DAI DATI SPERIMENTALI E
QUELLI COSTRUITI TRAMITE LE DUE METODOLOGIE DI
REGIONALIZZAZIONE
FIUME STAZIONE W idrosint 106 m3 W reg1 106 m3 W reg2 106 m3
ARDA MIGNANO 0.89 2.71 1.81
ELSA CASTELFIORENTINO 8.52 10.89 10.24
ERA CAPANNOLI 6.93 5.42 3.87
GREVE PONTE DEI FALCIANI 0.79 0.91 0.85
SIEVE FORNACINA 12.65 17.08 21.38
BISENZIO GAMBERAME 2.93 3.61 2.91
PESA SAMBUCA 0.99 1.31 1.66
SECCHIA PONTE BACCHELLO 33.29 26.76 20.13
ARNO SUBBIANO 18.06 33.20 31.79
TOCE CANDOGLIA 72.47 61.78 63.93
TORRE ZOMPITTA 4.38 8.57 6.89
CHIESE GAVARDO 7.78 13.11 12.86
BREMBO PONTE BRIOLO 12.41 19.66 18.90
ADDA FUENTES 47.73 28.89 34.52
SERIO PONTE CENE 7.79 5.29 4.81
38
CONFRONTO TRA GLI IDROGRAMMI SINTETICI OTTENUTI
MEDIANTE STIMA DIRETTA, STIMA REGIONALE E
APPLICAZIONE DI UN MODELLO AFFLUSSI-DEFLUSSI
39
METODOLOGIA SEMPLIFICATA PER LA DETERMINAZIONE
DELLA CURVA DI RIDUZIONE DELLE PORTATE AL COLMO
Curva di riduzione dei colmi di piena
Curva di durata delle portate di piena
con ?D
Relazione che lega le due espressioni e
determinazione dellunico parametro che compare
al loro interno.
40
EQUAZIONI INTRODOTTE DALLA METODOLOGIA PROPOSTA E
DEFINIZIONE DEI SUOI PARAMETRI
Relazione introdotta che lega le portate medie
giornaliere alle portate medie per durate di 24
ore.
Definizione del coefficiente di punta di un
bacino idrografico.
Definizione del parametro a
41
Per 12 corsi dacqua il coefficiente di
variazione si può ritenere costante e per essi
risulta applicabile la metodologia semplificata
FIUME µQmax m3/s µQmax m3/s µQmax m3/s Cp - a - k ore
ADDA 515.5 427.8 397.6 1.30 0.281 62.30
BREMBO 508.4 322.9 284.2 1.79 0.219 24.27
ELSA 171.6 99.2 84.96 2.02 0.220 19.70
CHIESE 273.7 165.2 150.5 1.82 0.155 21.59
ERA 114.0 81.4 72.11 1.58 0.265 33.51
SIEVE 500.4 265.2 235.9 2.12 0.155 16.68
BISENZIO 134.2 66.8 58.9 2.28 0.153 14.97
SECCHIA 416.3 343.9 312.3 1.33 0.334 60.81
ARNO 600.2 301.3 260.1 2.31 0.176 15.16
SERIO 193.6 137.9 122.2 1.58 0.264 33.29
TOCE 1054.3 766.8 709.2 1.49 0.196 35.57
TORRE 350.9 139.0 109.1 3.21 0.207 10.64
Noti a e Cp risulta possibile determinare k e
quindi la curva di riduzione dei colmi di piena e
la curva di durata delle portate di piena.
42
VALIDAZIONE DELLA ESPRESSIONE SEMPLIFICATA PER LA
CURVA DI RIDUZIONE DEI COLMI DI PIENA
Adda
Toce
Secchia
Elsa
43
Errori percentuali massimi e medi nelle 24 ore
che si commettono nella stima delle curve di
riduzione dei colmi di piena con la metodologia
semplificata
FIUME a - k ore Errore medio in 24 ore - Errore massimo in 24 ore -
ADDA 0.2817 62.3 0.53 0.88
BREMBO 0.2193 24.27 0.59 1.02
ELSA 0.2209 19.7 3.19 5.09
CHIESE 0.1557 21.59 4.67 7.41
ERA 0.2656 33.51 2.57 4.14
SIEVE 0.1558 16.68 0.56 0.98
BISENZIO 0.1531 14.97 3.45 5.46
SECCHIA 0.3345 60.81 1.49 2.40
ARNO 0.176 15.16 1.67 2.54
SERIO 0.2646 33.29 2.42 4.02
TOCE 0.1969 35.57 1.81 2.83
TORRE 0.2079 10.64 5.77 9.21
Errore medio lt6
Errore massimo lt10
44
STIMA DEL PARAMETRO a PER SEZIONI NON STRUMENTATE
  • Ridotta variabilità del parametro che risulta
    contenuto nell'intervallo di valori
    0.1560.3356
  • Impossibilità di determinare relazioni di
    evidenza sperimentale del parametro con grandezze
    caratteristiche quali il Cp e la superficie del
    bacino.

Parametro a considerato costante e pari a 0.25
a 0.25
45
CALCOLO DI VOLUMI DI PIENA SOPRA ASSEGNATA
SOGLIA
Tali elaborazioni sono state svolte secondo 3
metodologie differenti
A partire dagli idrogrammi sintetici,
determinando il volume di piena sopra le soglie
considerate.
A partire dalla curva di durata espressa con la
forma semplificata proposta.
A partire dalla curva di durata espressa con la
forma semplificata con lipotesi ulteriore a
0.25
46
RISULTATI DELLE ELABORAZIONI
Nella determinazione dei volumi sopra assegnata
soglia sono stati considerati
2 tempi di ritorno pari a 25 e 200 anni 3
soglie pari al 30, 40 e 50 della portata
duecentennale al colmo
FIUME Widrosint W(a) Err W(a0.25) Err
ADDA 47.43 48.70 3.2 46.57 -2.5
BREMBO 12.40 16.99 27.3 17.76 30.8
ELSA 8.50 7.26 -17.8 7.58 -12.6
CHIESE 7.80 9.16 15.1 10.44 25.5
ERA 6.90 6.52 -6.4 6.37 -8.3
SIEVE 12.65 12.69 0.2 14.52 13.2
BISENZIO 2.90 3.29 12.2 3.79 23.1
SECCHIA 33.30 37.78 12.1 33.38 0.7
SERIO 7.80 7.34 -6.1 7.19 -8.2
ARNO 18.06 19.12 6.3 21.32 15.4
TOCE 72.48 71.54 -1.1 76.93 6.3
TORRE 4.40 5.20 15.0 5.57 21.2
Errore medio procedura semplificata 10
Errore medio procedura semplificata con a 0.25
13
47
DIMENSIONAMENTO E PROGETTAZIONE DI CASSE IN
LINEA CON FUNZIONAMENTO REALE
criteri progettuali
  • determinazione Qv
  • calcolo a partire dalla curva di durata delle
    portate di piena di ?v e W
  • scelta di Qi (valore di portata alla quale
    iniziano a funzionare gli
  • organi di scarico)
  • calcolo di W
  • WTOT WW

ipotesi sul funzionamento idraulico di una cassa
in linea
  • W(z) WTOT, dove z rappresenta il livello
    idrico della cassa
  • cassa cilindrica
  • Q(z) Qv
  • Qout Qi a ( z zi )1/2

fissate Qv , Qi e z risulta possibile calcolare
il volume e quindi la superficie della cassa
48
CASO REALE Arno a Subbiano
  • equazioni che reggono il sistema idraulico di una
    cassa in linea

risoluzione con metodo RUNGE-KUTTA AL QUARTO
ORDINE
equazione di continuità per i serbatoi
legge di efflusso dai manufatti
PARAMETRI DI PROGETTO
T anni W 106 m3 a 0.176 Area Km2 W 106 m3 a 0.25 Area Km2
5 2.5 0.25 2.8 0.28
10 9.8 0.98 10.9 1.09
25 20.6 2.06 22.9 2.29
50 29.4 2.94 32.8 3.28
  • Qv 800 m3/s
  • Qi 150 m3/s
  • z 10 m

49
VALIDAZIONE MEDIANTE LA SERIE STORICA DEGLI
EVENTI DI PIENA
91 eventi di piena reali
laminazione nella cassa progettata per i diversi
tempi di ritorno
estrazione dei valori massimi annuali delle
portate al colmo delle onde laminate e analisi
statistica attraverso la distribuzione di Gumbel
verifica che la portata al colmo laminata di
assegnato tempo di ritorno coincida con la
portata di progetto Qv
50
a 0.176
a 0.25
T anni W 106 m3 S Km2 Qv prog m3/s Qv lamreali a 0.176 m3/s Errore Qv lamreali a 0.25 m3/s Errore
5 2.5 0.25 800 745 -7.4 734 -8.9
10 9.8 0.98 800 747 -7.1 729 -9.7
25 20.6 2.06 800 784 -2.1 761 -5.0
50 29.4 2.94 800 810 1.2 787 -1.6
  • scarti percentuali lt 10
  • portate in uscita a favore di sicurezza
  • accordo dei risultati anche nel caso a 0.25

51
LAMINAZIONE DEGLI IDROGRAMMI SINTETICI
idrogrammi sintetici per T 5, 10, 25, 50 anni
validazione della metodologia di progetto e
significatività statistica del tempo di ritorno
assegnato a ciascun idrogramma sintetico
laminazione nella cassa progettata per i diversi
tempi di ritorno
scarti percentuali inferiori al 5 e a favore di
sicurezza
confronto con i risultati precedenti
T anni W 106 m3 S Km2 Qv prog m3/s Qv lamreali a 0.176 m3/s Qv lamidrsint a 0.176 m3/s Qv lamreali a 0.25 m3/s Qv lamidrsint a 0.25 m3/s
5 2.5 0.25 800 745 783 734 774
10 9.8 0.98 800 747 771 729 775
25 20.6 2.06 800 784 775 761 756
50 29.4 2.94 800 810 781 787 760
52
CONCLUSIONI E SVILUPPI FUTURI DELLA RICERCA
Piena valenza statistica del tempo di ritorno
assegnato alle onde di piena sintetiche
ricostruite con la metodologia proposta.
Applicazione e verifica degli idrogrammi
sintetici per assegnato tempo di ritorno da
sviluppare anche in altri ambiti finalizzati alla
protezione idraulica del territorio.
Possibilita' di determinare le onde sintetiche
anche per i corsi d'acqua non strumentati a
partire dalla conoscenza di alcune
caratteristiche geomorfologiche dei relativi
bacini.
Completa significativita' operativa, conferita
dai risultati ottenuti, delle metodologie
semplificate proposte per il dimensionamento di
casse di espansione.
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