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Altri componenti: il bacino imbrifero Andrea Castelletti Politecnico di Milano MCSA 07/08 L09.

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Presentazione sul tema: "Altri componenti: il bacino imbrifero Andrea Castelletti Politecnico di Milano MCSA 07/08 L09."— Transcript della presentazione:

1 Altri componenti: il bacino imbrifero Andrea Castelletti Politecnico di Milano MCSA 07/08 L09

2 2 Titolo presentazione - luogo presentazione Schema fisico (bacini)Schema fisico (bacini) Mare Adriatico Fucino VILLA VOMANO PIAGANINI PROVVIDENZA CAMPOTOSTO MONTORIO (M) SAN GIACOMO (SG) Distretto irriguo (CBN) S. LUCIA (SL) PROVVIDENZA (P)

3 3 Fase 3: Identificazione del modello Definizione dei componenti e schema modello globale (Analisi dei dati) Identificazione modelli componenti Modello aggregato

4 4 Titolo presentazione - luogo presentazione Schema fisico (bacini)Schema fisico (bacini) Mare Adriatico Fucino VILLA VOMANO PIAGANINI PROVVIDENZA CAMPOTOSTO MONTORIO (M) SAN GIACOMO (SG) Distretto irriguo (CBN) S. LUCIA (SL) PROVVIDENZA (P)

5 5 Il bacino imbrifero sezione di chiusura

6 6 Quale uscita? sezione di chiusura Deflusso dal bacino

7 7 Quali ingressi? sezione di chiusura Deflusso dal bacino

8 8 Quali ingressi? Precipitazione Eliofania Temperatura Umidità relativa dellaria Pressione atmosferica Velocità del vento Variabili meteorologiche: descrivono e modulano linterscambio di energia e acqua tra atmosfera e terreno. volume nellintervallo [t, t+1) valore medio nellintervallo [t, t+1) Come si procede?

9 9 Il bacino imbrifero: schema a blocchi Quando un modello è complesso, difficilmente si riesce a costruirne la rete causale. Si individuano prima i sotto-componenti, quindi si costruisce la rete causale di ognuno. SCHEMA A BLOCCHI Individua relazioni causa-effetto come una rete, ma nasconde nel blocco processi complessi e variabili non ancora esplicitate.

10 10 Schema a blocchi 1° passo bacino temperatura dellaria precipitazione (solida e liquida) deflusso dal bacino

11 11 Idrogramma di deflusso

12 12 Il ciclo dellacqua pioggia precipitazione evaporazione scorrimento complessivo infiltrazione percolazione pioggia intercettata evapotraspirazione risalita capillare scorrimento ipodermico scorrimento profondo scorrimento superficiale evaporazione neve

13 13 Schema a blocchi 1° passo bacino temperatura dellaria precipitazione (solida e liquida) deflusso dal bacino troppo semplificato !!

14 14 Schema a blocchi 2° passo: componenti funzionali manto nevoso terreno rete scolante afflusso al terreno deflusso dal terreno deflusso dal bacino

15 15 Schema a blocchi 3° passo: orografia banda 1 banda 2 banda m + manto nevoso afflusso al terreno

16 16 Il bacino imbrifero del lago di Como

17 17 Schema a blocchi 4° passo: sottobacini + (c) + + (a) (b) (a) Per identificare un modello meccanicistico si prosegue identificando i modelli di ciascun blocco, che vengono poi aggregati tra loro.

18 18 Leggere MODSS Cap. 5

19 19 Riepilogo Modelli COMPONENTESerbatoioBacino imbriferoAltri componenti TIPOLOGIE di MODELLI Reti Bayesiane Meccanicistici IN DETTAGLIO Meccanicistico Campotosto

20 20 Riepilogo Modelli COMPONENTESerbatoioBacino imbriferoAltri componenti TIPOLOGIE di MODELLI Reti Bayesiane Meccanicistici IN DETTAGLIO Meccanicistico Campotosto Meccanicistico gronde 1350

21 21 Un modello meccanicistico 1. struttura del modello

22 22 Struttura di tutti i modelli pioggia/deflusso manto nevoso terreno rete scolante afflusso al terreno deflusso dal terreno temperatura dellaria precipitazione (solida e liquida) deflusso dal bacino Tutti i modelli pioggia/deflusso presentano questa struttura :

23 23 1.struttura del modello Un modello meccanicistico 1. struttura del modello 1a. manto nevoso

24 24 Manto nevoso – stato spessore del manto nevoso densità temperatura della neve acqua immagazzinata nella neve colore dello strato superficiale spessore del manto nevoso densità acqua immagazzinata nella neve fase solida (equivalente in acqua) fase liquida Quali sono le variabili di stato?

25 25 manto nevoso Manto nevoso – variabili = fase solida della precipitazione = fase liquida della precipitazione fase solida del manto nevoso (equivalente in acqua) fase liquida del manto nevoso afflusso al terreno temperatura media dellaria Variabili di stato: Variabile di uscita: Ingressi: Consideriamo un sistema zero dimensionale

26 26 Manto nevoso dinamica della fase solida - fusione M T t+1 min []}max { 0, fusione Satura a Fusione netta giornaliera sempre non negativo Assumiamo la fusione funzione lineare di T. millimetri di neve fusa per °C e per giorno. Questa modo di descrivere il processo è chiamato metodo gradi-giorno.

27 27 M T t+1 il volume gelato è sempre non negativo Manto nevoso dinamica della fase solida fusione- rigelo T t+1 - max [ 0,]} () - rigelo Per semplicità consideriamo lo stesso per fusione e rigelo. fusione Il volume satura a - Fusione netta giornaliera

28 28 M T t+1 Manto nevoso dinamica della fase solida fusione- rigelo fusione - rigelo Fusione netta giornaliera -

29 29 Manto nevoso dinamica della fase liquida 45° min{, } Afflusso al terreno

30 30 Manto nevoso afflusso al terreno 45° max{ 0, }

31 31 min{, } Verifica della congruenza: piove in assenza di manto nevoso Equazioni del sistema : max{ 0, } - Piove Assenza di manto nevoso

32 32 min{, } Verifica della congruenza: piove in assenza di manto nevoso Equazioni del sistema : max{ 0, } - Piove Assenza di manto nevoso Lafflusso al terreno è la pioggia.

33 33 1.struttura del modello 1a. manto nevoso Un modello meccanicistico 1. struttura del modello 1b. terreno

34 34 Terreno Evaporazione Scorrimento superficiale Afflusso al terreno Scorrimento ipodermico Scorrimento profondo Scorrimento complessivo Zona radici Falda Suolo Percolazione Infiltrazione terreno manto nevoso

35 35 Terreno – il suolo Evaporazione Scorrimento superficiale Infiltrazione Afflusso al terreno Scorrimento superficiale Grado di imbibimento Frazione di afflusso trattenuta dal terreno

36 36 Percentuale di afflusso trattenuta dal terreno |1|1 100%- γ = 1 γ >1 γ < 1 % di afflusso trattenuta dal terreno Grado di imbibimento

37 37 Terreno – la zona delle radici Infiltrazione Percolazione Scorrimento ipodermico Percolazione rtrt RMRM KPKP

38 38 Terreno – la falda Percolazione Scorrimento profondo

39 39 Terreno- scorrimento e laminazione Il deflusso dal terreno q s t+1 subisce infine un processo di laminazione nei tronchi fluviali (rete scolante). Scorrimento ipodermico Scorrimento profondo Scorrimento complessivo Coeff. laminazione Scorrimento superficiale

40 40 1.struttura del modello 1a. manto nevoso 1b. terreno Un modello meccanicistico 2. analisi proprietà

41 41 Deflusso dal bacino Deflusso complessivo Falda Radici Suolo Piove in assenza di manto nevoso influenza d t+1 Il modello è improprio: non può essere usato per gestire e prevedere. E inutile! Il modello è improprio: non può essere usato per gestire e prevedere. E inutile!

42 42 Il modello è improprio Scorrimento complessivo + Scorrimento superficiale Evaporazione Afflusso al terreno Zona radici Falda Suolo Percolazione Infiltrazione Rendiamolo proprio!

43 43 Deflusso dal bacino Deflusso complessivo Falda Radici Terreno Modello proprio r t+1 non influenza q s t+1 non influenza d t+1

44 44 Deflusso dal bacino Deflusso dal terreno Falda Radici Terreno Piove in assenza di manto nevoso (terreno - modello proprio) La pioggia influenza solo il deflusso d t+2 Il nuovo modello può essere usato per gestire e prevedere. E utile, ma.... Il nuovo modello può essere usato per gestire e prevedere. E utile, ma....

45 45 Tipica prestazione del modello 1 Ago 10 Ago 20 Ago 30 Ago 10 Set 20 Set 30 Set Afflusso ( m³/s ) simulatoosservato Ritardo di un giorno dovuto alla proprietà del modello. Ritardo di un giorno dovuto alla proprietà del modello.

46 46 Soluzioni per diminuire il ritardo Esistono due soluzioni: 1)Ridurre il passo temporale ad un valore inferiore al tempo di corrivazione del sottobacino in questione. (soluzione corretta) 2)Rendere il modello proprio. (soluzione scorretta) Questultima è spesso adottata dagli idrologi. Essa impedisce però di utilizzare il modello quale predittore.

47 47 Leggere MODSS Cap. 5 + App. 3 su web

48 48 1.struttura del modello 1a. manto nevoso 1b. terreno Un modello meccanicistico 2. proprietà del modello 3. stima dei parametri

49 49 Stima dei parametri Parametri (modello proprio): Variabili di stato: z = [ s h S r g d q ]

50 50 spazio dei datispazio dei parametri Stima dei parametri serie rilevata In generale non esiste un valore di per cui. Si sceglie allora così che abbia distanza minima da (minimi quadrati). serie rilevate

51 51 Procedura operativa a) si fissa un valore al parametro ; c)si calcola lerrore b)si utilizza il modello per calcolare dato (simulazione); t d)si itera il procedimento finché non si determina il valore a cui corrisponde il minimo valore dellerrore.

52 52 Spazio dei parametri Stima dei parametri algoritmo Powell-search I II Linee a errore costante non note allinizio. 1) Dato un punto corrente: 3) si individua il minimo lungo la semiretta; 4) Si torna la punto 1 (assumendo il minimo come nuovo punto corrente) fino a quando non è più possibile ridurre lerrore. III 2) si determina il gradiente, che è sempre perpendicolare alle linee di livello;

53 53 frontiera spazio dei parametri Stima dei parametri in presenza di vincoli Se si incontra un vincolo si proietta il gradiente sulla frontiera

54 54 Leggere MODSS Cap. 5


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