Un approccio accoppiato alla modellazione idrologica e idraulica

VALUTAZIONE DEL DANNO E GESTIONE DEL RISCHIO ALLUVIONALE IN ITALIA ALLA LUCE DELLA DIRETTIVA EUROPEA 2007/60
Un approccio accoppiato alla modellazione idrologica e idraulica
2D in bacini di pianura
Viero D.P.1*, P. Peruzzo1, L. Carniello1 & A. Defina1
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Dipartimento di Ingegneria Civile Edile e Ambientale, Università di Padova, Italia. – e-mail:
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SOMMARIO
L’applicazione di modelli idrodinamici uni-bidimensionali, che risolvono le equazioni delle
onde lunghe in acque basse, è sempre più diffusa nello studio dei fenomeni di allagamento e
della pericolosità idraulica nelle zone di pianura, nonché nella gestione e nella progettazione
delle reti di scolo e dei relativi manufatti.
Nelle applicazioni ai bacini di pianura, insorgono alcune specifiche problematiche dovute
principalmente i) all’identificazione e alla caratterizzazione dei sottobacini, spesso incerta a
causa delle ridotte pendenze del terreno, ii) alla significativa interazione tra la formazione dei
deflussi e l’allagamento delle stesse aree scolanti (interazione questa che si determina in virtù
dei bassi gradienti topografici tipici delle aree di pianura) e iii) all’allagamento di aree
concave non direttamente connesse alla rete di canali o di aree depresse non efficientemente
drenate dalle reti di raccolta minori (fossi e scoline).
Nell’approccio classico, l’attenzione è rivolta al funzionamento delle reti di raccolta e di
smaltimento delle acque meteoriche. Esso prevede la suddivisione in tratti della rete scolante:
una volta individuati e caratterizzati i relativi bacini tributari, a ogni tratto è assegnato un
idrogramma in ingresso fornito da un modello idrologico afflussi-deflussi (Fig. 1, sx),
disacoppiando di fatto il modello idrologico dal modello idrodinamico. Sebbene anche in
pianura sia possibile determinare i sottobacini utilizzando modelli digitali del terreno ad
altissima risoluzione congiuntamente a sofisticati strumenti di analisi (Cazorzi et al, 2013),
nel caso in analisi l’efficacia dei modelli disaccoppiati è limitata: essi non possono, per loro
intrinseca natura, né considerare la muta interazione tra deflussi e aree allagate, né descrivere
eventuali allagamenti legati alla morfologia del terreno o ad inefficienze della rete secondaria
non esplicitamente schematizzata nel modello idrodinamico.
Una soluzione a questi inconvenienti consiste nell’accoppiare al modello idrodinamico un
modello idrologico, così da assegnare direttamente la precipitazione come condizione al
contorno in ingresso a tutto il dominio di calcolo (Fig. 1, dx). In questo modo, utilizzando
un’unica schematizzazione del territorio, è possibile considerarne le strutture lineari (fossi,
rilevati, ecc.), l’organizzazione spaziale di aree caratterizzate da diverso comportamento
idrologico e idrodinamico, e le loro mutue interazioni (Moussa et al., 2002; Fiener et al.,
2011; Levavasseur et al, 2012). Ad oggi esistono numerosi modelli accoppiati che risolvono
con grande dettaglio i processi idrologici e di filtrazione, tuttavia essi trattano i fenomeni di
inondazione e di propagazione dei fronti di sommersione in modo assai semplificato. Nelle
applicazioni a bacini di pianura, invece, la soluzione dei processi di overland flow deve poter
descrivere il flusso nelle reti secondarie (cioè non esplicitamente modellate) per poter stimare
correttamente i volumi e le portate che raggiungono le reti di raccolta (Defina, 2000). È
inoltre conveniente che il modello idrologico consideri solo i processi più significativi, così da
renderne più agevole l’applicazione senza per questo compromettere la capacità di descrivere
la risposta del bacino agli eventi meteorici (Beven, 1989; Refsgaard, 1997).
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ASSETTO E GESTIONE IDRAULICA DEL TERRITORIO
Figura 1. Modellazione idrologica e idraulica in bacini di pianura: approccio disaccoppiato (sx) e
accoppiato (dx). Le aree punteggiate in basso a destra sono allagamenti non direttamente connessi alla rete.
A questo scopo, nel presente studio si propone un approccio accoppiato atto a descrivere i
fenomeni di allagamento nelle aree di pianura. In particolare, il modello idrodinamico
proposto da Defina (2000), che implementa un efficace schema di sottogriglia per l’overland
flow, è stato accoppiato con un modello idrologico distribuito e concettualizzato, che simula i
processi che interessano il solo strato superficiale del terreno (Viero et al., 2014). Più in
dettaglio, il modello risolve le equazioni 2D di De Saint Venant per lo strato superficiale e
l’equazione 2D di Darcy, nelle ipotesi di Dupuit-Forchheimer, per lo strato sub-superficiale.
L’integrazione dei due schemi si basa sul concetto di Area Elementare Rappresentativa
(REA): lo strato sub-superficiale riproduce l’accumulo e la filtrazione di acqua nel sottosuolo
e la formazione di deflusso superficiale secondo il meccanismo di Dunne; il modello di
sottogriglia, che riproduce la topografia irregolare della superficie del terreno, consente di
simulare in modo efficiente il rill flow, la transizione asciutto-bagnato e la propagazione di
onde di piena.
Il modello accoppiato è stato testato su alcuni bacini della pianura veneta a deflusso
meccanico. I risultati ottenuti, in termini di aree allagate, di volumi e portate alla sezione di
chiusura, sono confortanti e sembrano confermare l’efficacia dell’approccio proposto.
Riferimenti bibliografici
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F. Cazorzi, G. Dalla Fontana, A. De Luca, G. Sofia e P. Tarolli (2013), Drainage network detection and
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F. Levavasseur, J.S. Bailly, P. Lagacherie, F. Colin e M. Rabotin (2012), Simulating the effects of spatial
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Hydrol. Process., 26, 3393–3404.
R. Moussa, M. Voltz e P. Andrieux (2002), Effects of the spatial organization of agricultural management on the
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D.P. Viero, P.Peruzzo, L. Carniello e A. Defina (2014), Integrated mathematical modeling of hydrological and
hydrodynamic response to rainfall events in rural lowland catchments, Under review at Water Resources
Research.
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