Curve di Probabilità Pluviometrica e di Durata

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Facoltà di ingegneria

Corso di Laurea in Ingegneria per l’Ambiente e il Territorio

Scheda didattica N°5

Curve di probabilità pluviometrica

A.A. 2004-05

Scheda didattica N°5 – Curve di probabilità pluviometrica Manoscritto soggetto a revisione

Curve di probabilità pluviometrica

Le curve di probabilità pluviometrica esprimono la relazione fra le altezze di precipitazione h e la loro durata t, per un assegnato valore del periodo di ritorno T. Tale relazione viene spesso indicata anche come curva di possibilità climatica o, ancora, linea segnalatrice di probabilità pluviometrica (LSPP).

In pratica non ci si limita mai ad una curva sola, ma si considera un fascio di curve, ciascuna delle quali corrisponde ad un valore diverso del periodo di ritorno. L’altezza di precipitazione h presa in considerazione è quella massima annuale relativa alla durata in esame.

Diverse formule sono utilizzate per descrivere questa relazione. In Italia viene generalmente utilizzata una legge di potenza monomia del tipo:

nh = a t (1)
t,T

dove h = altezza di precipitazione; t = durata della precipitazione; a ed n sono coefficienti che dipendono dal periodo di ritorno.

Per la determinazione delle suddette curve ci si basa sull’analisi delle curve di frequenza (CDF), costruite per le serie storiche dei massimi annuali delle piogge di durata 1, 3, 6, 12, 24 ore, adattando a ciascuna di esse, attraverso la stima dei parametri, un predefinito modello probabilistico (TCEV, Gumbel, etc.).

Dalle curve di frequenza, fissato il periodo di ritorno T (tipicamente 10, 20, 50, 100, 200, 1000 anni) e per ogni durata è possibile, quindi, ricavare il valore h. I valori così determinati vengono riportati su un diagramma (h, t) ed interpolati mediante delle curve caratterizzate dall’espressione (1).

t,T.

La legge di potenza considerata si adotta anche per l’interpolazione dei valori medi dei massimi annuali di precipitazione di diversa durata.

Per la stima dei parametri a ed n di ciascuna curva conviene considerare la trasformata logaritmica dei valori delle precipitazioni e delle durate ed applicare il metodo dei minimi quadrati.

Passando ai logaritmi, infatti, la (1) diventa un’espressione lineare:

log h = log a + n log t (2)
10 10 10

Ponendo Lh = log h ; A = log a ed Lt = log t
10 10 10

si ha:

Lh = A + n Lt (3)

che indica è l’equazione di una retta di intercetta A e coefficiente angolare n.

Scheda didattica N°5 – Curve di probabilità pluviometrica Manoscritto soggetto a revisione

Note M coppie di valori (h,t) riferite ad uno stesso periodo di ritorno, i coefficienti A ed n possono essere determinati approssimando la retta dell’equazione (3) con la retta di interpolazione dei minimi quadrati.

Tale retta di interpolazione è quella che minimizza la somma dei quadrati delle distanze tra la retta stessa ed i punti individuati dalle M coppie di valori noti.

I parametri, date le M (in genere 5) coppie di valori noti (log h, log t), possono essere stimati attraverso le equazioni normali:

10 10

∑ ∑ ∑−M ( Lt )( Lh ) Lt Lhn = (4)
∑ ∑−2 2M Lt ( Lt )

∑ ∑ ∑ ∑−2Lh Lt Lt ( Lt )( Lh)A = (5)
∑ ∑−2 2M Lt ( Lt )

Una volta stimati i parametri è possibile entrare nella curva di probabilità pluviometrica caratterizzata da un certo tempo di ritorno e ricavare l’altezza di pioggia corrispondente a durate differenti da quelle considerate dal servizio idrografico.

Per durate inferiori all’ora, in genere, si effettua una estrapolazione della curva ottenuta con la procedura appena descritta; oppure, effettuando elaborazioni analoghe a quelle descritte utilizzando anche i dati relativi a durate inferiori ad un’ora è comunque opportuno utilizzare due leggi monomie caratterizzate da diversi parametri.

Scheda didattica N°5 – Curve di probabilità pluviometrica Manoscritto soggetto a revisione

Per durate superiore alle 24 ore, invece, si preferisce effettuare delle elaborazioni analoghe a quelle illustrate sulla base di dati di precipitazione giornaliera (massimi annuali per 1, 2, 3, .. giorni consecutivi).

Esempio di calcolo delle curve di probabilità pluviometrica

Utilizzando le serie storiche dei massimi annuali delle altezze di precipitazione di durata 1, 3, 6, 12, 24 ore registrate nella stazione di Riace, si vogliono costruire le curve di probabilità pluviometrica per i periodi di ritorno 50, 100, 500 anni, considerando il modello probabilistico di Gumbel.

I dati di partenza, riportati nella tabella 1, sono le serie storiche dei massimi annuali delle altezze di precipitazione di durata 1, 3, 6, 12, 24 ore registrate nel pluviografo di Riace ricavati dalla Tabella III – “Precipitazioni di massima intensità registrate ai pluviografi”, nella Parte Prima degli annali idrologici, sezione Pluviometria.