Asta medio inferiore del fiume Po: modello matematico per la valutazione delle condizioni di pericolosità idraulica delle aree di pianura

La presente dissertazione illustra lo studio, svolto in ambito di Tesi di Laurea Specialistica, della difesa delle aree di pianura prospicienti il tratto medio inferiore del Fiume Po dalle cosiddette piene al limite della prevedibilità, ovvero quelle aventi intensità al di sopra della quale le procedure di stima statistica perdono di significato a causa della mancanza di eventi osservati confrontabili (Majone, Tomirotti, 2006). In questo contesto si è definito come evento di piena al limite della prevedibiltà un evento con tempo di ritorno pari a cinquecento anni. Lo studio ha necessariamente preso in considerazione e riprodotto attraverso una schematizzazione concettuale le esondazioni all'esterno delle arginature maestre che si verificherebbero in conseguenza ad un evento estremo, quale quello preso in esame, nei comparti idraulici prospicienti l'asta fluviale. Detti comparti sono costituiti dalle zone di pianura latistanti l’asta fluviale, classificate dall'Autorità di Bacino come Fascia C e suddivise in base alla presenza degli affluenti principali del fiume Po e delle principali infrastrutture viarie e ferroviarie situate in tale fascia. Il presente studio persegue l’obiettivo di analizzare alcune politiche di intervento per la mitigazione del rischio alluvionale alternative al sovralzo e ringrosso arginale e ricade all'interno delle linee strategiche individuate dall' AdB-Po per la mitigazione del rischio residuale, ossia quello che permane anche in presenza di opere di difesa progettate e verificate con riferimento ad un ben preciso tempo di ritorno (nel caso in esame Trit = 200 anni). Questa linea di intervento si traduce praticamente individuando sul territorio aree meno "sensibili", in virtù del minor valore o dell'inferiore vulnerabilità dei beni in esse presenti, e dunque adatte ad accogliere i volumi di piena esondabili in occasione di quegli eventi di piena incompatibili con i presidi idraulici preesistenti, le sopra richiamate piene al limite della prevedibilità. L'esondazione controllata dei volumi di piena in tali aree avrebbe infatti il fine di tutelare le aree di maggior pregio, interessate da centri abitati, infrastrutture e beni di vario tipo; tale controllo è da considerarsi auspicabile in quanto sedici milioni di persone abitano la zona del bacino del Po e qui sono concentrati il 55% del patrimonio zootecnico italiano, il 35% della produzione agricola e il 37% delle industrie le quali però sostengono il 46% dei posti di lavoro (fonte AdB-Po). Per questi motivi il Po e il suo bacino sono da considerare come zone nevralgiche per l’intera economia italiana e una delle aree europee con la più alta concentrazione di popolazione, industrie e attività commerciali. Dal punto di vista economico, l’area è strategica per il Paese garantendo un PIL che copre il 40% di quello nazionale, grazie alla presenza di grandi industrie e di una quota rilevante di piccole e medie imprese, nonché d’attività agricole e zootecniche diffuse. Il punto di partenza è stato il modello numerico quasi-bidimensionale precedentemente sviluppato dal DISTART nel 2008 con il software HEC-RAS, la cui schematizzazione geometrica copriva unicamente l'alveo del Fiume (Fasce A e B secondo la denominazione adottata dall'AdB-Po) e le cui condizioni iniziali e al contorno rispecchiavano un evento con tempo di ritorno pari a duecento anni. Si è proceduto dunque alla definizione di nuove sollecitazioni di progetto, volte a riprodurre nelle sezioni strumentate del Po gli idrogrammi sintetici con tempo di ritorno di cinquecento anni messi a punto dal D.I.I.A.R. (Dipartimento di Ingegneria Idraulica, Ambientale e del Rilevamento, DIIAR, 2001) del Politecnico di Milano. Il modello stesso è stato poi aggiornato e considerevolmente modificato. Il risultato consiste in un nuovo modello matematico idraulico di tipo quasi-bidimensionale che, attraverso una schematizzazione concettuale, riproduce il comportamento idraulico in occasione di eventi di piena al limite della prevedibilità per tutte e tre le Fasce Fluviali considerate nel Piano stralcio per l’Assetto Idrogeologico redatto dall'AdB-Po (Fasce A, B C, v. PAI, 1999). I diversi comparti idraulici in cui può essere suddivisa la Fascia C sono stati inseriti nel modello e geometricamente descritti in termini di curve di riempimento, ricavate a partire dal DTM del Bacino del Po attraverso opportune elaborazioni in ambiente GIS (Geographic Information System). Una volta predisposto il modello sono state condotte due tipologie di simulazioni. Una prima serie è stata volta alla definizione in maniera iterativa dei punti critici degli argini maestri, ovvero quelli nei quali si prevedeva avvenisse la tracimazione, e alla modellazione in essi della formazione di brecce, decisive per una corretta riproduzione del fenomeno di esondazione all'esterno delle arginature maestre nell'attuale configurazione; bisogna infatti considerare che le arginature maestre vengono comunemente progettate con il solo fine di contenere le portate di piena in alveo, e che dunque un’eventuale tracimazione induce fenomeni erosivi che solitamente portano all'apertura di una breccia nel manufatto (rotta arginale). Un'ulteriore simulazione ha permesso di valutare l'evoluzione del fenomeno sotto l'ipotesi di un intervento di consolidamento degli argini maestri nei tratti critici (interessati dai sormonti) e quindi di rotta arginale impedita. Il confronto dei risultati ottenuti ha evidenziato i benefici associati ad una laminazione controllata dell'evento di piena all'esterno delle arginature. In questo contesto il termine "controllata" è esclusivamente associato al fenomeno di rotta arginale, come detto inibita per lo scenario ipotetico. I benefici di tale controllo si hanno in termini di volumi, di portate esondate e di tiranti attesi nei comparti idraulici. Lo strumento modellistico predisposto nell’ambito della Tesi di Laurea Specialistica si presta ad essere utilizzato a supporto dell’identificazione su ampia scala delle zone della Fascia C meno “sensibili”, in quanto meno vulnerabili ai fenomeni di allagamento. Questo ulteriore passaggio costituisce il punto di partenza per delineare le strategie ottimali di laminazione controllata in Fascia C degli eventi al limite della prevedibilità al fine della riduzione del rischio idraulico nelle aree di pianura prospicienti il Po, aspetto che verrà affrontato in sviluppi successivi del presente lavoro.

Studio del comportamento idraulico del progetto di by-pass dell'invaso artificiale sul Torrente Conca

Analisi del progetto di canale di bypass al bacino artificiale sul Torrente Conca (comune di Misano Adriatico). Richiami di teoria del trasporto solido. Simulazione del comportamento idraulico in moto vario del canale di bypass attraverso il programma HEC RAS. Verifiche di trasporto solido.

Analisi delle tecnologie BMP per i sistemi di drenaggio urbano

I sistemi di drenaggio urbano meritano particolare attenzione per l’importante compito che devono garantire all’interno della società. L’allontanamento delle acque reflue dalle zone urbanizzate infatti è indispensabile per non creare problemi ed interferenze con attività sociali ed economiche che in esse si svolgono; inoltre un corretto funzionamento del sistema di drenaggio assicura anche un basso impatto ambientale in termini di qualità e quantità. La disponibilità di nuove tecnologie costruttive e materiali in continua evoluzione devono fare fronte alla crescente complessità idraulica, geotecnica e urbanistica delle strutture componenti i sistemi di drenaggio; in tale elaborato si vuole porre l’accento sul problema dello smaltimento delle acque meteoriche nelle zone densamente urbanizzate, la cui soluzione è costituita dall'adozione delle cosiddette BMP (Best Management Practices). Le BMP sono definite come strategie, pratiche o metodi per la rimozione, la riduzione, il ritardo o la prevenzione della quantità di costituenti inquinanti e contaminanti delle acque di pioggia, prima che giungano nei corpi idrici ricettori. Tra esse ricordiamo le cisterne o rain barrels, i pozzi asciutti, i sistemi drywell, le vasche verdi filtranti, i tetti verdi, i canali infiltranti, i fossi di infiltrazione, i pozzi perdenti, i planting container, i canali inerbiti, i bacini di infiltrazione, le gross pullutant traps (gpts), gli stagni, i sistemi di fitodepurazione estensiva (sfe), le pavimentazioni drenanti. In Italia esse risultano ancora scarsamente studiate ed applicate, mentre trovano più ampio sviluppo in realtà estere come in Inghilterra ed in Australia. Per comprendere la efficacia di tali tecniche BMP è necessario analizzarle e, soprattutto, analizzare il loro effetto sul territorio in cui esse vengono inserite e sul regime idrogeologico dell’ambiente. Questa analisi può essere svolta con prove sperimentali su aree di controllo (soluzione economicamente gravosa) o attraverso modelli matematici tramite l’utilizzo di software di calcolo che simulino il comportamento delle portate, dei tiranti idrici e degli inquinanti nei canali e nelle strutture accessorie costituenti la rete fognaria, in conseguenza ad eventi di pioggia dei quali sia nota la distribuzione spaziale e temporale. In questo elaborato si modellizza attraverso il programma Matlab un unico elemento BMP e si osservano i suoi effetti; si procede cioè alla analisi del funzionamento di un ipotetico brown roof installato nella zona di Rimini e si osservano i benefici effetti che ne derivano in termini di volumi di pioggia trattenuti dal sistema considerando diverse tipologie di pioggia e diversi parametri progettuali per il tetto (i fori dello strato inferiore del tetto, la altezza dello strato di terreno, la sua permeabilità e la sua porosità). Si procede poi con la analisi di una ipotetica zona commerciale che sorge sulle sponde di un fiume. Tali analisi vengono svolte con il software HEC-RAS per quanto riguarda la analisi dei livelli del fiume e delle zone a rischio di inondazione. I risultati forniti da questo studio preliminare vengono poi utilizzati come condizioni al contorno per una successiva analisi effettuata con il software InfoWorks in cui si valutano i benefici che derivano dalla installazione di diverse BMP nella zona commerciale oggetto di studio. Tale modello esamina un verosimile scenario inglese, la cittadina infatti si ipotizza situata in Inghilterra e anche gli eventi pluviometrici a cui ci si riferisce sono tipici eventi di pioggia inglesi. Tutti i dati di input elaborati nelle simulazioni sono stati forniti all’interno di un progetto universitario svolto presso l’università di Bradford con la supervisione dei professori Simon Tait ed Alma Schellart. Infine la parte conclusiva dell’elaborato è stata sviluppata in collaborazione con Hera S.p.a. di Rimini all’interno di un percorso di tirocinio curriculare che ha previsto la analisi delle tecnologie BMP adatte per l’ambiente cittadino di Rimini e la osservazione delle performance garantite da tecnologie esistenti sul territorio: i parcheggi permeabili. La realtà riminese infatti deve far fronte a diversi problemi che si innescano durante i periodi di pioggia ed una mitigazione dei volumi di acqua in arrivo alla fognatura grazie a questo tipo di tecnologie, senza quindi ricorrere agli usuali sistemi puntuali, porterebbe sicuramente a notevoli vantaggi. Tali tecnologie però non devono solo essere progettate e costruite in modo corretto, ma devono essere sottoposte a periodici controlli ed adeguate operazioni di manutenzione per non perdere la loro efficacia. Per studiare tale aspetto si procede quindi alla misura della permeabilità di parcheggi drenanti presenti all’interno dei comuni di Cattolica e Rimini ricercando i fattori che influenzano tale caratteristica fondamentale dei parcheggi.

Analisi numerica delle condizioni di pericolosità idraulica per l'abitato di Sorbolo a Levante (RE)

Modellazione numerica di corsi d'acqua in moto vario con manufatti, casse d'espansione, ponti . Studio di scenari critici di brecce ariginali

Uso di misure idrometriche satellitari per la calibrazione dei modelli numerico-idraulici: il caso del fiume Po

Questo lavoro di tesi tratta l'utilizzo di misure idrometriche satellitari in combinazione con le misure idrometriche tradizionali per la calibrazione dei modelli numerico-idraulici. Il presente elaborato riguarda la calibrazione di un complesso modello idraulico del Fiume Po implementato in HEC-RAS. Il caso di studio è un tratto del Fiume Po lungo circa 131 km, che va dalla sezione relativa alla stazione idrometrica di Borgoforte e termina all'incile del Po di Goro. Le Analisi numeriche svolte si suddividono in tre gruppi, il primo sfrutta l'impiego di soli dati idrometrici tradizionali, il secondo l'impiego di soli dati idrometrici satellitari e il terzo l'impiego di entrambe le tipologie di dati idrometrici.

Valutazione della portata esitata dagli scarichi della diga di Vulci in occasione della piena del novembre 2012

La tesi ha avuto ad oggetto l'evoluzione dell’onda di piena del fiume Fiora nella mattinata del 12/11/2012, a monte dello sbarramento di Vulci (Enel S.p.a.), la quale ha determinato il superamento della quota di massimo invaso dell’impianto e ha messo in evidenza come le equazioni descrittive, presenti all’interno del Foglio di Condizione e Manutenzione dell’Impianto (F.C.E.M), non siano rappresentative della reale capacità di scarico della diga. Sulle base di queste osservazioni è stato adottato un modello matematico sfruttando il codice di calcolo HEC-RAS per la valutazione della massima portata scaricabile dagli scarichi dell’impianto in occasione di eventi di piena particolarmente intensi. Dallo studio si è ricavato che la portata massima scaricata della diga durante l’evento suddetto è risultata circa 1430 m3/s, mentre la massima portata affluita all’impianto è risultata circa 1450 m3/s, valore potenzialmente sfruttabile per una revisione della sicurezza idraulica dello sbarramento.

Indagine geomorfologica e modellazione numerico-idraulica del torrente Ghiaia in prossimità dell'abitato di Monteveglio

L’analisi morfologia e delle dinamiche evolutive di un alveo fluviale rappresenta una componente fondamentale per la gestione e riqualificazione dei corsi d’acqua naturali. Il presente elaborato tratta i principali aspetti dell’analisi geomorfologica fluviale e della modellazione numerico-idraulica per ciò che riguarda la gestione fluviale e la difesa del suolo, in relazione ad un tratto del torrente Ghiaia nei pressi dell’abitato di Monteveglio, seguendo una linea concettuale conforme alle norme regionali e territoriali. La prima fase del lavoro ha messo in evidenza le dinamiche evolutive del corso d’acqua in riferimento ad una scala temporale di circa 30 anni. È stata effettuata un’accurata indagine geomorfologica, confrontando diversi tipi di materiale disponibile: ortofoto e rilievi topografici relativi alla planimetria dell’alveo, alle sezioni trasversali e ai profili longitudinali. La seconda fase del lavoro ha messo in evidenza lo stato di fatto dell’area in studio, avvalendosi di un modello idraulico generato con l’utilizzo del software HEC – RAS 4.2.0. Sono stati simulati differenti scenari di analisi in moto permanente, i quali hanno permesso di verificare l’officiosità idraulica delle sezioni, il conseguente rischio idraulico, quindi di stimare quei valori di portata associati al Tempo di Ritorno che mettono in crisi il sistema, esponendo il centro abitato a situazioni di potenziale allagamento. Lo studio così effettuato ha permesso di ottenere un quadro preliminare delle condizioni idrauliche dell’area in esame, potendo indicare alcune ipotesi di intervento per mettere in sicurezza il territorio ed in particolare il centro abitato di Monteveglio. Gli interventi proposti sono stati mirati al contenimento almeno della piena trentennale e consistono nel risezionamento del tratto in studio e nella gestione della vegetazione, entrambi volti a migliorare il deflusso idrico e garantire l’officiosità idraulica del tratto in studio.

Interactions between roughness and topography in hydraulic models

Analysis of river flow using hydraulic modelling and its implications in derived environ-mental applications are inextricably connected with the way in which the river boundary shape is represented. This relationship is scale-dependent upon the modelling resolution which in turn determines the importance of a subscale performance of the model and the way subscale (surface and flow) processes are parameterised. Commonly, the subscale behaviour of the model relies upon a roughness parameterisation whose meaning depends on the dimensionality of the hydraulic model and the resolution of the topographic represen¬tation scale. This latter is, in turn, dependent on the resolution of the computational mesh as well as on the detail of measured topographic data. Flow results are affected by this interactions between scale and subscale parameterisation according to the dimensionality approach. The aim of this dissertation is the evaluation of these interactions upon hy¬draulic modelling results. Current high resolution topographic source availability induce this research which is tackled using a suitable roughness approach according to each di¬mensionality with the purpose of the interaction assessment. A 1D HEC-RAS model, a 2D raster-based diffusion-wave model with a scale-dependent distributed roughness parame-terisation and a 3D finite volume scheme with a porosity algorithm approach to incorporate complex topography have been used. Different topographic sources are assessed using a 1D scheme. LiDAR data are used to isolate the mesh resolution from the topographic content of the DEM effects upon 2D and 3D flow results. A distributed roughness parameterisation, using a roughness height approach dependent upon both mesh resolution and topographic content is developed and evaluated for the 2D scheme. Grain-size data and fractal methods are used for the reconstruction of topography with microscale information, required for some applications but not easily available. Sensitivity of hydraulic parameters to this topographic parameterisation is evaluated in a 3D scheme at different mesh resolu¬tions. Finally, the structural variability of simulated flow is analysed and related to scale interactions. Model simulations demonstrate (i) the importance of the topographic source in a 1D models; (ii) the mesh resolution approach is dominant in 2D and 3D simulations whereas in a 1D model the topographic source and even the roughness parameterisation impacts are more critical; (iii) the increment of the sensitivity to roughness parameterisa-tion in 1D and 2D schemes with detailed topographic sources and finer mesh resolutions; and (iv) the topographic content and microtopography impact throughout the vertical profile of computed 3D velocity in a depth-dependent way, whereas 2D results are not affected by topographic content variations. Finally, the spatial analysis shows that the mesh resolution controls high resolution model scale results, roughness parameterisation control 2D simulation results for a constant mesh resolution; and topographic content and micro-topography variations impacts upon the organisation of flow results depth-dependently in a 3D scheme. Resumen La topografía juega un papel fundamental en la distribución del agua y la energía en los paisajes naturales (Beven and Kirkby 1979; Wood et al. 1997). La simulación hidráulica combinada con métodos de medición del terreno por teledetección constituyen una poderosa herramienta de investigación en la comprensión del comportamiento de los flujos de agua debido a la variabilidad de la superficie sobre la que fluye. La representación e incorporación de la topografía en el esquema hidráulico tiene una importancia crucial en los resultados y determinan el desarrollo de sus aplicaciones al campo medioambiental. Cualquier simulación es una simplificación de un proceso del mundo real, y por tanto el grado de simplificación determinará el significado de los resultados simulados. Este razonamiento es particularmente difícil de trasladar a la simulación hidráulica donde aspectos de la escala tan diferentes como la escala de los procesos de flujo y de representación del contorno son considerados conjuntamente incluso en fases de parametrización (e.g. parametrización de la rugosidad). Por una parte, esto es debido a que las decisiones de escala vienen condicionadas entre ellas (e.g. la dimensionalidad del modelo condiciona la escala de representación del contorno) y por tanto interaccionan en sus resultados estrechamente. Y por otra parte, debido a los altos requerimientos numéricos y computacionales de una representación explícita de alta resolución de los procesos de flujo y discretización de la malla. Además, previo a la modelización hidráulica, la superficie del terreno sobre la que el agua fluye debe ser modelizada y por tanto presenta su propia escala de representación, que a su vez dependerá de la escala de los datos topográficos medidos con que se elabora el modelo. En última instancia, esta topografía es la que determina el comportamiento espacial del flujo. Por tanto, la escala de la topografía en sus fases de medición y modelización (resolución de los datos y representación topográfica) previas a su incorporación en el modelo hidráulico producirá a su vez un impacto que se acumulará al impacto global resultante debido a la escala computacional del modelo hidráulico y su dimensión. La comprensión de las interacciones entre las complejas geometrías del contorno y la estructura del flujo utilizando la modelización hidráulica depende de las escalas consideradas en la simplificación de los procesos hidráulicos y del terreno (dimensión del modelo, tamaño de escala computacional y escala de los datos topográficos). La naturaleza de la aplicación del modelo hidráulico (e.g. habitat físico, análisis de riesgo de inundaciones, transporte de sedimentos) determina en primer lugar la escala del estudio y por tanto el detalle de los procesos a simular en el modelo (i.e. la dimensionalidad) y, en consecuencia, la escala computacional a la que se realizarán los cálculos (i.e. resolución computacional). Esta última a su vez determina, el detalle geográfico con que deberá representarse el contorno acorde con la resolución de la malla computacional. La parametrización persigue incorporar en el modelo hidráulico la cuantificación de los procesos y condiciones físicas del sistema natural y por tanto debe incluir no solo aquellos procesos que tienen lugar a la escala de modelización, sino también aquellos que tienen lugar a un nivel subescalar y que deben ser definidos mediante relaciones de escalado con las variables modeladas explícitamente. Dicha parametrización se implementa en la práctica mediante la provisión de datos al modelo, por tanto la escala de los datos geográficos utilizados para parametrizar el modelo no sólo influirá en los resultados, sino también determinará la importancia del comportamiento subescalar del modelo y el modo en que estos procesos deban ser parametrizados (e.g. la variabilidad natural del terreno dentro de la celda de discretización o el flujo en las direcciones laterales y verticales en un modelo unidimensional). En esta tesis, se han utilizado el modelo unidimensional HEC-RAS, (HEC 1998b), un modelo ráster bidimensional de propagación de onda, (Yu 2005) y un esquema tridimensional de volúmenes finitos con un algoritmo de porosidad para incorporar la topografía, (Lane et al. 2004; Hardy et al. 2005). La geometría del contorno viene definida por la escala de representación topográfica (resolución de malla y contenido topográfico), la cual a su vez depende de la escala de la fuente cartográfica. Todos estos factores de escala interaccionan en la respuesta del modelo hidráulico a la topografía. En los últimos años, métodos como el análisis fractal y las técnicas geoestadísticas utilizadas para representar y analizar elementos geográficos (e.g. en la caracterización de superficies (Herzfeld and Overbeck 1999; Butler et al. 2001)), están promoviendo nuevos enfoques en la cuantificación de los efectos de escala (Lam et al. 2004; Atkinson and Tate 2000; Lam et al. 2006) por medio del análisis de la estructura espacial de la variable (e.g. Bishop et al. 2006; Ju et al. 2005; Myint et al. 2004; Weng 2002; Bian and Xie 2004; Southworth et al. 2006; Pozd-nyakova et al. 2005; Kyriakidis and Goodchild 2006). Estos métodos cuantifican tanto el rango de valores de la variable presentes a diferentes escalas como la homogeneidad o heterogeneidad de la variable espacialmente distribuida (Lam et al. 2004). En esta tesis, estas técnicas se han utilizado para analizar el impacto de la topografía sobre la estructura de los resultados hidráulicos simulados. Los datos de teledetección de alta resolución y técnicas GIS también están siendo utilizados para la mejor compresión de los efectos de escala en modelos medioambientales (Marceau 1999; Skidmore 2002; Goodchild 2003) y se utilizan en esta tesis. Esta tesis como corpus de investigación aborda las interacciones de esas escalas en la modelización hidráulica desde un punto de vista global e interrelacionado. Sin embargo, la estructura y el foco principal de los experimentos están relacionados con las nociones espaciales de la escala de representación en relación con una visión global de las interacciones entre escalas. En teoría, la representación topográfica debe caracterizar la superficie sobre la que corre el agua a una adecuada (conforme a la finalidad y dimensión del modelo) escala de discretización, de modo que refleje los procesos de interés. La parametrización de la rugosidad debe de reflejar los efectos de la variabilidad de la superficie a escalas de más detalle que aquellas representadas explícitamente en la malla topográfica (i.e. escala de discretización). Claramente, ambos conceptos están físicamente relacionados por un

Restauración del tramo canalizado del Arroyo de las Canteras Castro del Río (Córdoba).

La finalidad de este proyecto es el estudio de la recuperación del último tramo del arroyo de las Canteras a su paso por Castro del Río, eliminando el canal existente para dotar al arroyo de cierta naturalidad y proponiendo distintas alternativas que solucionen los problemas de erosión y los recurrentes problemas de inundaciones en la localidad. Para la realización del proyecto, se han analizado tanto las condiciones del tramo fluvial como las correspondientes a la cuenca vertiente mediante una caracterización completa. Por otro lado, se ha realizado un estudio hidrológico para calcular distintos caudales generados en la cuenca asociados a distintos periodos de retorno; varios estudios hidráulicos, fundamentalmente modelizaciones del comportamiento del canal con el software HEC-RAS; y un estudio de erosión hídrica utilizando el método MUSLE con el caudal asociado a un periodo de retorno de 500 años. Con los resultados obtenidos se ha establecido un diagnóstico de la problemática existente y se han planteado y modelizado distintas alternativas. Como medidas estructurales dentro del tramo destacan: el redimensionamiento del cauce eliminando el hormigón, la variación de la curva del canal y la disminución de la pendiente mediante la creación de una serie de saltos. Como soluciones estructurales fuera del tramo de estudio cabe señalar la creación de diques de laminación y una llanura de inundación artificial para disminuir el caudal. Finalmente como medida no estructural, se realizará un cambio de usos y prácticas de conservación del olivar a nivel de cuenca. En conclusión, con la restauración, aparte de la mejora ambiental que se pretende conseguir, se realizará una mejora social. Dicha mejora social se obtendrá evitando las frecuentes inundaciones y eliminando el impacto visual que produce el canal gracias a la mejora de la calidad del entorno. Además, se concienciará a los habitantes de la zona para que entiendan que la solución al mal estado y comportamiento de un curso de agua no proviene únicamente de una gran obra en la zona problemática, sino de la aportación individual para reducir e incluso eliminar la fuente del problema.

Wolf Run, Bluffs, Illinois : strategic planning study : Scott County, Illinois.

"IDNR/OWR/SPS/07-001"

Numerical modelling of unsteady mixed flows

This thesis concerns mixed flows (which are characterized by the simultaneous occurrence of free-surface and pressurized flow in sewers, tunnels, culverts or under bridges), and contributes to the improvement of the existing numerical tools for modelling these phenomena. The classic Preissmann slot approach is selected due to its simplicity and capability of predicting results comparable to those of a more recent and complex two-equation model, as shown here with reference to a laboratory test case. In order to enhance the computational efficiency, a local time stepping strategy is implemented in a shock-capturing Godunov-type finite volume numerical scheme for the integration of the de Saint-Venant equations. The results of different numerical tests show that local time stepping reduces run time significantly (between −29% and −85% CPU time for the test cases considered) compared to the conventional global time stepping, especially when only a small region of the flow field is surcharged, while solution accuracy and mass conservation are not impaired. The second part of this thesis is devoted to the modelling of the hydraulic effects of potentially pressurized structures, such as bridges and culverts, inserted in open channel domains. To this aim, a two-dimensional mixed flow model is developed first. The classic conservative formulation of the 2D shallow water equations for free-surface flow is adapted by assuming that two fictitious vertical slots, normally intersecting, are added on the ceiling of each integration element. Numerical results show that this schematization is suitable for the prediction of 2D flooding phenomena in which the pressurization of crossing structures can be expected. Given that the Preissmann model does not allow for the possibility of bridge overtopping, a one-dimensional model is also presented in this thesis to handle this particular condition. The flows below and above the deck are considered as parallel, and linked to the upstream and downstream reaches of the channel by introducing suitable internal boundary conditions. The comparison with experimental data and with the results of HEC-RAS simulations shows that the proposed model can be a useful and effective tool for predicting overtopping and backwater effects induced by the presence of bridges and culverts.

Analisi di profili di moto permanente lungo l'asta del Fiume Secchia (località Veggia)

Il presente lavoro di tesi analizza un tratto del fiume Secchia, prossimo alla località di Veggia (Sassuolo), al fine di determinare la variazione del livello idrometrico in funzione di diverse portate associate a tempi di ritorno a breve e lungo termine. Vengono dapprima introdotti il concetto di rischio idraulico ed i relativi riferimenti normativi che lo disciplinano, unitamente ai piani di gestione e ai possibili interventi di protezione fluviale. Si introduce successivamente il codice di calcolo HEC-RAS, che viene impiegato nel presente studio per simulare l’andamento dei profili di moto permanente, nel caso in cui il fiume sia o meno interessato dalla presenza di un ponte. In entrambi i casi vengono poi discusse le variazioni dei livelli idrometrici per portate con tempi di ritorno di 20, 100 e 200 anni: si osserva che l’asta fluviale è a rischio nella zona a valle dello studio, mentre nella zona dove è ubicato il ponte l’aumentare dei livelli idrometrici non mette in crisi la struttura. A seguire vengono presentate le opere di mitigazione, destinate alla protezione dell’alveo e dell’ambiente circostante. Poi, si mostrano le opere di mitigazione, essi funzionano di diminuire i rischi dalla diversa classificazione di opere.

Análisis hidrológico de la cuenca del río Sensunapán, como alternativa para el fortalecimiento de la gestión de riesgos y reducción de la vulnerabilidad, en el departamento de Sonsonate, El Salvador

El estudio se desarrolló en marzo de 2014 a febrero de 2016, tuvo objetivo analizar el comportamiento hidrológico de la cuenca del río Sensunapán, en el departamento de Sonsonate, utilizando herramientas del Sistema de Información Geográfica. El proceso metodológico inició con la delimitación de la cuenca y microcuencas hidrográficas pertenecientes al río Sensunapán, a partir de mapas a una escala 1:25,000 del Centro Nacional de Registros (CNR), que permitió determinar los límites de la cuenca con mayor precisión. Determinándose además las características morfométricas correspondientes. Para el cálculo de caudales máximos de la cuenca, se estableció la intensidad de lluvia media de la cuenca a través del registro histórico de las estaciones hidrométricas de Chalchuapa, Juayua, Apaneca, Izalco y Acajutla; las cuales poseen datos de Intensidad, Duración y Frecuencia (I – D – F); tomándose como referencia un periodo de retorno de 02, 05, 10, 15 y 25 años, y una duración de 360 minutos para toda la cuenca y de 150 minutos para la parte alta de la Cuenca del Río Sensunapán. Las condiciones para la estimación del coeficiente de escorrentía (suelo, vegetación y condición hidrológica) de las microcuencas se determinaron a partir de muestreos y recorridos in-situ. La escorrentía superficial se estimó a través del método del Número de Curva (CN); para lo que fue necesario establecer la Condición Hidrológica y Grupo Hidrológico de suelos de toda el área de la cuenca. Con los datos de intensidad y el coeficiente de escorrentía, se calculó el caudal máximo para los diferentes periodos de retorno antes mencionados. La modelación hidráulica se realizó con el software HEC – RAS 4.1.0, permitió calcular para las diferentes configuraciones de caudales en cada una de las secciones transversales a lo largo de los dos tramos ubicados en las comunidades Vega del Río y El Palmar, estudiados del cauce del río Sensunapán; valores simulados de los niveles de agua, las profundidades de flujo y las velocidades, entre otras variables. La simulación se realizó considerando el “tramoalto” desde la comunidad El Palmar (Cód.: 1269.804), hasta el “tramobajo” ubicada en la comunidad Vega del Río (Cód.: 10.30199). A medida que los caudales máximos aumentan de acuerdo a cada uno de sus periodos de retorno, indica al mismo tiempo una proporción creciente en los mapas o zonas de inundación, desbordamientos y manchas de agua, como consecuencia del aumento progresivo de los caudales en la comunidad El Palmar (situada aguas arriba) y Vega del Río (aguas abajo), del río Sensunapán.El régimen del flujo en la sección transversal de la comunidad El Palmar, es de carácter sub crítico, con una tendencia creciente del número de Froude con valores de 0.32, 0.43, 0.48, 0.51 y 0.55, para periodos de retorno de 2, 5, 10, 15 y 25 años (respectivamente); estableciendo que las velocidades del flujo son menores, pero su tirante es mayor; es decir, que el flujo viaja en el cauce por su propio peso. Ante esta situación, se determina que la capacidad de erosión por parte del flujo en los diferentes periodos de retorno, es moderada.El régimen del flujo en la sección transversal correspondiente a la comunidad Vega del Río, es de carácter crítico, con un número de Froude de 1.13, el cual es constante para todos los periodos de retorno considerados; determinando de esta manera, que se está ante una situación en donde se generan las condiciones para que se produzca la turbulencia del flujo y con ello, un aumento de la velocidad del caudal provocando mayor erosión del cauce y socavación de las zonas habitadas.

Modeling Flood Stage-Duration-Frequency: A Risk Assessment of Critical Infrastructure in the Tidal Potomac

The service of a critical infrastructure, such as a municipal wastewater treatment plant (MWWTP), is taken for granted until a flood or another low frequency, high consequence crisis brings its fragility to attention. The unique aspects of the MWWTP call for a method to quantify the flood stage-duration-frequency relationship. By developing a bivariate joint distribution model of flood stage and duration, this study adds a second dimension, time, into flood risk studies. A new parameter, inter-event time, is developed to further illustrate the effect of event separation on the frequency assessment. The method is tested on riverine, estuary and tidal sites in the Mid-Atlantic region. Equipment damage functions are characterized by linear and step damage models. The Expected Annual Damage (EAD) of the underground equipment is further estimated by the parametric joint distribution model, which is a function of both flood stage and duration, demonstrating the application of the bivariate model in risk assessment. Flood likelihood may alter due to climate change. A sensitivity analysis method is developed to assess future flood risk by estimating flood frequency under conditions of higher sea level and stream flow response to increased precipitation intensity. Scenarios based on steady and unsteady flow analysis are generated for current climate, future climate within this century, and future climate beyond this century, consistent with the WWTP planning horizons. The spatial extent of flood risk is visualized by inundation mapping and GIS-Assisted Risk Register (GARR). This research will help the stakeholders of the critical infrastructure be aware of the flood risk, vulnerability, and the inherent uncertainty.

Regras de operação do reservatório de Magos para controlo de cheias

Face à Directiva 2007/60/CE relativa à avaliação e gestão do risco de inundações, ao Decreto-Lei nº 344/2007 que aprova o Regulamento de Segurança de Barragens, ao aumento de áreas urbanizadas e às projecções dos modelos de clima para o fim do século, que apontam para o aumento da frequência e da intensidade da ocorrência de inundações causadas por eventos de precipitação intensa de curta duração, é crucial a definição de regras de operação nos reservatórios com controlo de cheias. O Reservatório de Magos pertence à bacia hidrográfica do rio Tejo, está situado no Concelho de Salvaterra de Magos e tem como usos principais a rega e o controlo de cheias. Este trabalho tem como objecto de estudo a definição das regras de operação (restrição no caudal descarregado) do Reservatório de Magos para controlo de cheias no troço a jusante. São aplicados o modelo hidrológico HEC-HMS 3.1.0, o modelo hidráulico HEC-RAS 3.1.3 e o modelo de simulação de reservatórios HEC-ResSim 3.O para o cálculo do hidrograma de cheia, da zona inundável e para simulação do balanço de água no reservatório, respectivamente. Como resultado são apresentadas as regras de operação (caudal máximo e mínimo a descarregar) do Reservatório de Magos para controlo da zona inundável a jusante, no caso de um evento de cheia. /ABSTRACT: Based on the Directive 2007/60/CE related to the Assessment and Management of Flood Risks, on the Decree-Law n. o 344/2007 which approves the Regulation for Dam Safety, the increased urban areas and to the projections of climate models by the end of the century which is pointing to an increased frequency and intensity of occurrence of floods caused by intense rainfall events of short duration, establishing rules of operation for flood control in reservoirs becomes crucial. The Magos Reservoir belongs to the river Tagus basin, located in the county of Salvaterra de Magos and has as its main uses the irrigation and flood control. This study aims to establish the rules of operation (flow discharged restriction) of the Reservoir of Magos for flood control in the downstream reach. The methodology used in the present work includes the application of the Hydrological model HEC-HMS 3.1.0, the Hydraulic model HEC-RAS 3.1.3 and a reservoir simulation model HEC-ResSim 3.0 to calculate the hydrograph of peak discharge, floodplain zone and simulate reservoir operations, respectively. As a result, the rules of operation (maximum flow and minimum discharge) of Magos Reservoir for flood control in a downstream reach in case of flood event are presented.