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POLITECNICO DI MILANO FACOLTÀ DI INGEGNERIA Corso di Laurea in Ingegneria per lAmbiente e il Territorio Dipartimento di Ingegneria Idraulica, Ambientale.

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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 Matteo VIGO Matr Anno Accademico

2 POLITECNICO DI MILANO 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 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 POLITECNICO DI MILANO 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 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 sufficiente 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 POLITECNICO DI MILANO 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 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 POLITECNICO DI MILANO 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 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 POLITECNICO DI MILANO 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 Esempio di foglio settimanale per il fiume Arno presso la stazione di Subbiano

7 POLITECNICO DI MILANO 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 SECCHIAPONTE BACCHELLO38129 TOCECANDOGLIA3766 ARDAMIGNANO50103 ADDAFUENTES2848 BREMBO PONTE BRIOLO3256 CHIESE GAVARDO2964 SERIO PONTE CENE2440 ARNO SUBBIANO5891 SIEVE FORNACINA4879 PESASAMBUCA2141 BISENZIOGAMBERAME2849 ELSACASTELFIORENTINO3956 GREVEPONTE DEI FALCIANI1943 ERACAPANNOLI2557 TORREZOMPITTA1962 Corso dacqua Stazione Anni di osservazione Onde di piena

8 POLITECNICO DI MILANO 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 COSTRUZIONE DEGLI IDROGRAMMI SINTETICI 1)COSTRUZIONE DELLE CURVE DI RIDUZIONE DEI COLMI DI PIENA PER ASSEGNATO TEMPO DI RITORNO q D (T) E DETERMINAZIONE DELLA POSIZIONE MEDIA DEL PICCO r D 2)COSTRUZIONE DEGLI IDROGRAMMI SINTETICI DI ASSEGNATO TEMPO DI RITORNO

9 POLITECNICO DI MILANO 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 r D = D b /D modalità di campionamento dei dati: valutazione dei volumi delle onde di piena al di sopra di prefissati valori di soglia della portata per ciascuna durata viene calcolata anche la posizione del picco r D: Portata [m 3 /s] Durata [ore] elaborazione statistica delle massime portate medie Q D 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

10 POLITECNICO DI MILANO 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 1)COSTRUZIONE DELLA CURVA DI RIDUZIONE scarto quadratico medio σ(Q D ) media μ(Q D ) coefficiente di variazione CV(Q D ) posizione media del picco r D

11 POLITECNICO DI MILANO 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 se CV = cost è possibile adattare allunico campione adimensionale Q D / µ(Q D ) la distribuzione di Gumbel e moltiplicare tale valore per la media µ(Q D ) CURVE DI RIDUZIONE DEI COLMI DI PIENA u = = ARNO: Durata [ore]

12 POLITECNICO DI MILANO 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 2)COSTRUZIONE DELLIDROGRAMMA SINTETICO Valore del colmo è fornito dalla curva di riduzione dei colmi di piena Q 0 (T) Ciascun intervallo temporale attorno al picco viene scomposto in due parti: una di ampiezza r D· D prima del colmo e laltra di ampiezza (1-r D )D dopo il colmo Il volume di piena Q D (T)D da distribuire attorno al picco nellintervallo temporale D viene dedotto dalla curva di riduzione dei colmi e viene suddiviso nelle due porzioni: r D Q D (T)Dnellintervallo (-r D D,0) (1-r D )Q D (T)Dnellintervallo (0,(1-r D )D) quindi valgono le seguenti relazioni: Lespressione dellidrogramma sintetico Q(t) si ottiene differenziando tali equazioni rispetto a D.

13 POLITECNICO DI MILANO 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 RAMO DI CONCENTRAZIONE RAMO DI ESAURIMENTO

14 POLITECNICO DI MILANO 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 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 POLITECNICO DI MILANO 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 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 POLITECNICO DI MILANO 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 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 POLITECNICO DI MILANO 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 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 POLITECNICO DI MILANO 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 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 POLITECNICO DI MILANO 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 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 FIUMESTAZIONE A [Km 2 ] t r [ore] ARDAMIGNANO ELSACASTELFIORENTINO ERACAPONNOLI GREVEP.TE DEI FALCIANI SIEVEFORNACINA BISENZIOGAMBERAME PESASAMBUCA SECCJIAP.TE BACCHELLO ARNOSUBBIANO TOCECANDOGLIA TORREZOMPITTA CHIESEGAVARDO BREMBOPONTE BRIOLO ADDAFUENTES SERIOPONTE CENE

20 POLITECNICO DI MILANO 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 I metodologia ramo di concentrazione: ramo di esaurimento: Q(t) = Q max ·e -t/k dove k = W*/Q max W* = volume invasato nel bacino = volume sotteso dal ramo discendente

21 POLITECNICO DI MILANO 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 RELAZIONE TRA IL TEMPO DI RITARDO t r DEL BACINO E LA COSTANTE TEMPORALE k k = t r / 0.7 t r = 1.571·A FIUMESTAZIONE t r [ore] k [ore -1 ] ARDAMIGNANO ELSACASTELFIORENTINO ERACAPANNOLI GREVEPONTE DEI FALCIANI SIEVEFORNACINA BISENZIOGAMBERAME PESASAMBUCA SECCHIAPONTE BACCHELLO ARNOSUBBIANO TOCECANDOGLIA TORREZOMPITTA CHIESEGAVARDO BREMBOPONTE BRIOLO ADDAFUENTES SERIOPONTE CENE

22 POLITECNICO DI MILANO 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 Q(t)=Q max ·e -t/k stimando la portata di picco media mediante formule di regionalizzazione è possibile ricostruire lintero idrogramma sintetico a partire dalla sola conoscenza dellestensione del bacino

23 POLITECNICO DI MILANO 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 legge di crescita della variabile µ(d):

24 POLITECNICO DI MILANO 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 SECCHIA A PONTE BACCHELLO

25 POLITECNICO DI MILANO 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 ADDA A FUENTES

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28 POLITECNICO DI MILANO 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 ERA A CAPANNOLI

29 POLITECNICO DI MILANO 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 II metodologia regionalizzazione della posizione del picco r D regionalizzazione del rapporto di riduzione (d)

30 POLITECNICO DI MILANO 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 t r = 1.571·A utilizzando le precedenti espressioni della posizione del picco r D e del rapporto di riduzione ε(d) e adottando per la stima del tempo di ritardo del bacino t r la relazione:

31 POLITECNICO DI MILANO 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 utilizzando la legge di crescita sperimentale della variabile µ(Q D ) 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 T = 200 anni totalmente regionalizzato

32 POLITECNICO DI MILANO 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 BISENZIO A GAMBERAME

33 POLITECNICO DI MILANO 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 BREMBO A PONTE BRIOLO

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37 POLITECNICO DI MILANO 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 CONFRONTO TRA I VOLUMI DEGLI IDROGRAMMI RICOSTRUITI A PARTIRE DAI DATI SPERIMENTALI E QUELLI COSTRUITI TRAMITE LE DUE METODOLOGIE DI REGIONALIZZAZIONE FIUMESTAZIONE W idrosint [ 10 6 m 3 ] W reg1 [ 10 6 m 3 ] W reg2 [ 10 6 m 3 ] ARDAMIGNANO ELSACASTELFIORENTINO ERACAPANNOLI GREVEPONTE DEI FALCIANI SIEVEFORNACINA BISENZIOGAMBERAME PESASAMBUCA SECCHIAPONTE BACCHELLO ARNOSUBBIANO TOCECANDOGLIA TORREZOMPITTA CHIESEGAVARDO BREMBOPONTE BRIOLO ADDAFUENTES SERIOPONTE CENE

38 POLITECNICO DI MILANO 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 CONFRONTO TRA GLI IDROGRAMMI SINTETICI OTTENUTI MEDIANTE STIMA DIRETTA, STIMA REGIONALE E APPLICAZIONE DI UN MODELLO AFFLUSSI-DEFLUSSI

39 POLITECNICO DI MILANO 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 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 Relazione che lega le due espressioni e determinazione dellunico parametro che compare al loro interno. con θ=D

40 POLITECNICO DI MILANO 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 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 α

41 POLITECNICO DI MILANO 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 Per 12 corsi dacqua il coefficiente di variazione si può ritenere costante e per essi risulta applicabile la metodologia semplificata FIUMEμQmax [m 3 /s] μQmax [m 3 /s] μQmax [m 3 /s] Cp [-] α [-] k [ore] ADDA BREMBO ELSA CHIESE ERA SIEVE BISENZIO SECCHIA ARNO SERIO TOCE TORRE Noti α 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 POLITECNICO DI MILANO 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 VALIDAZIONE DELLA ESPRESSIONE SEMPLIFICATA PER LA CURVA DI RIDUZIONE DEI COLMI DI PIENA AddaToce Elsa Secchia

43 POLITECNICO DI MILANO 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 FIUMEα [-] k [ore] Errore % medio in 24 ore [-] Errore% massimo in 24 ore [-] ADDA BREMBO ELSA CHIESE ERA SIEVE BISENZIO SECCHIA ARNO SERIO TOCE TORRE 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 Errore% medio <6% Errore % massimo <10%

44 POLITECNICO DI MILANO 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 STIMA DEL PARAMETRO α PER SEZIONI NON STRUMENTATE Ridotta variabilità del parametro che risulta contenuto nell'intervallo di valori [0.156;0.3356] Impossibilità di determinare relazioni di evidenza sperimentale del parametro con grandezze caratteristiche quali il Cp e la superficie del bacino. Parametro α considerato costante e pari a 0.25 α = 0.25

45 POLITECNICO DI MILANO 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 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 α = 0.25

46 POLITECNICO DI MILANO 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 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 FIUMEWidrosintW(α)Err%W(α=0.25)Err% ADDA BREMBO ELSA CHIESE ERA SIEVE BISENZIO SECCHIA SERIO ARNO TOCE TORRE Errore medio procedura semplificata ~ 10% Errore medio procedura semplificata con α = 0.25 ~ 13%

47 POLITECNICO DI MILANO 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 DIMENSIONAMENTO E PROGETTAZIONE DI CASSE IN LINEA CON FUNZIONAMENTO REALE determinazione Q v calcolo a partire dalla curva di durata delle portate di piena di θ v e W* scelta di Qi (valore di portata alla quale iniziano a funzionare gli organi di scarico) calcolo di W W TOT = W*+W criteri progettuali: ipotesi sul funzionamento idraulico di una cassa in linea W(z*) = W TOT, dove z rappresenta il livello idrico della cassa cassa cilindrica Q(z*) = Q v Q out = Q i + α ( z – z i ) 1/2 fissate Q v, Q i e z* risulta possibile calcolare il volume e quindi la superficie della cassa

48 POLITECNICO DI MILANO 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 CASO REALE: Arno a Subbiano equazioni che reggono il sistema idraulico di una cassa in linea: equazione di continuità per i serbatoi legge di efflusso dai manufatti risoluzione con metodoRUNGE- KUTTA AL QUARTO ORDINE PARAMETRI DI PROGETTO: Q v = 800 m 3 /s Q i = 150 m 3 /s z* = 10 m T [anni] W [10 6 m 3 ] α = Area [Km 2 ] W [10 6 m 3 ] α = 0.25 Area [Km 2 ]

49 POLITECNICO DI MILANO 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 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 Q v

50 POLITECNICO DI MILANO 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 T [ anni ] W [ 10 6 m 3 ] S [ Km 2 ] Q v prog [ m 3 /s ] Q v lamreali α = [ m 3 /s ] Errore % Q v lamreali α = 0.25 [ m 3 /s ] Errore % scarti percentuali < 10 % portate in uscita a favore di sicurezza accordo dei risultati anche nel caso α = 0.25 α = 0.176α = 0.25

51 POLITECNICO DI MILANO 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 LAMINAZIONE DEGLI IDROGRAMMI SINTETICI idrogrammi sintetici per T = 5, 10, 25, 50 anni laminazione nella cassa progettata per i diversi tempi di ritorno confronto con i risultati precedenti T [ anni ] W [ 10 6 m 3 ] S [ Km 2 ] Q v prog [ m 3 /s ] Q v lamreali α = [ m 3 /s ] Q v lamidrsint α = [ m 3 /s ] Q v lamreali α = 0.25 [ m 3 /s ] Q v lamidrsint α = 0.25 [ m 3 /s ] scarti percentuali inferiori al 5 % e a favore di sicurezza validazione della metodologia di progetto e significatività statistica del tempo di ritorno assegnato a ciascun idrogramma sintetico

52 POLITECNICO DI MILANO 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 CONCLUSIONI E SVILUPPI FUTURI DELLA RICERCA Piena valenza statistica del tempo di ritorno assegnato alle onde di piena sintetiche ricostruite con la metodologia proposta. 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. Applicazione e verifica degli idrogrammi sintetici per assegnato tempo di ritorno da sviluppare anche in altri ambiti finalizzati alla protezione idraulica del territorio.


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