Applicazione software di calcolo idrologico e idraulico: JGrass e cenni di EBA4SUB e FLO2D

Esempio di applicazione dei software di calcolo idrologico ed idraulico

JGrass, EBA4SUB e FLO2D

Presentazione di Sara Zago A.A. 2017/2018

Docente: Andrea Petroselli

Indice

• JGRASS
  • Introduzione
  • Operazioni preliminari
  • Terrain analysis
    • Pendenza
    • Direzioni di deflusso
    • Flow Accumulation (FA) o Total Contributing Area (TCA)
  • Analisi idrologica
    • Indice topografico
      • Aree sature ed aree insature
      • Reticolo idrografico e D2O (Distance To Outlet)
      • Distanze riscalate e funzioni d'ampiezza
      • Idrogramma di piena (IUH)
      • Focus: h.flowdirection VS h.draindir
• EBA4SUB
  • Introduzione
  • Svolgimento
  • Analisi di sensitività
• FLO2D
  • Introduzione
  • Svolgimento

JGRASS

Introduzione

Lo scopo della seguente analisi è quello di arrivare a definire l’idrogramma di piena e, conseguentemente, la portata di picco (spesso chiamata anche “portata di progetto”) di un bacino idrografico. Nel caso specifico di questa presentazione il bacino idrografico scelto è quello di “Provvidenza”, scelto fra i file messi a disposizione. Il software utilizzato, JGrass, è un GIS freeware che nasce dall'unione del noto GIS “GRASS” con un'interfaccia a finestre di tipo JAVA, da cui il nome JGRASS (JAVA-GRASS)

Si possono distinguere due fasi sequenziali di lavoro: la prima è una fase di analisi geomorfologica (Terrain Analysis) mentre la seconda fase tratta l'analisi idrologica. La fase di analisi geomorfologica inizia con l'importazione di un modello di elevazione digitale del terreno, noto anche come DEM (Digital Elevation Model), il quale costituisce una rappresentazione della distribuzione delle quote. Il DEM è un file di tipo raster e associa a ciascun pixel il relativo attributo “quota”.

Una volta terminata a fase di analisi geomorfologica si eseguono diverse applicazioni idrologiche sequenziali che terminano con l'ottenimento dell'idrogramma di piena e della relativa portata di picco.

Operazioni preliminari

JGrass per poter funzionare necessita che i propri dati siano organizzati secondo una logica precisa che prevede il raggruppamento degli stessi in:

• DATABASE: una cartella di lavoro sul proprio hard disk in cui saranno contenuti tutti i dati trattati con JGrass per i diversi Progetti
• LOCATION: fisicamente una cartella su cui sono contenute le informazioni relative al sistema di coordinate ed alla proiezione dei dati contenuti
• MAPSET: fisicamente anch'esso una cartella all'interno della Location e rappresenta l'ambiente di lavoro principale di JGrass in cui sono contenuti i dati veri e propri

Prima di poter importare il DEM è stato necessario quindi definire la cartella che rappresenta il DATABASE ed il nome della LOCATION creata (Location1). La struttura dei dati di JGrass viene poi completamente gestita dal programma. Il sistema di riferimento impostato è il WGS84/UTM33N. Nel caso specifico di questa analisi non è stato necessario in quanto il file fornito era già stato ottimizzato per tale utilizzo, ma normalmente occorre procedere ad un pre-processamento del DEM, ovvero in una serie di operazioni svolte in sequenza che hanno lo scopo di determinare il bacino idrografico di interesse “ritagliandolo” da un file molto più grande (e quindi pesante da sottoporre al programma).

Terrain analysis

Dopo aver svolto le operazioni preliminari si può procedere con l'importazione del DEM del bacino scelto, in questo caso quello di Provvidenza (dem_p_provvidenza.asc). Viene quindi definita la regione attiva, all’interno della quale il software eseguirà tutti i calcoli ed inserite la scala di riferimento e la “Legenda raster JGrass” attraverso la quale è possibile visualizzare la legenda di ogni strato informativo, associandolo di volta in volta tramite l'opzione “modifica dello stile”.

Figura 1: dem_p_provvidenza.asc con scala e legenda

NB: In questo caso il DEM utilizzato era già stato “depittato” in precedenza, per cui non è stato necessario eseguire questa operazione. Il pit non è altro che una cella che si trova a quota inferiore rispetto a tutte le altre celle circostanti senza trovarsi la sezione di chiusura del bacino; ciò determina che venga letto come un punto di ristagno idrico e rappresenta un problema per il software ai fini dei calcoli delle direzioni di deflusso e di tutto quello che ne deriva a partire da esse. I pit vengono rimossi con un comando specifico (h.pitfiller), il quale “riempie” il pit assegnandogli una quota pari a quella più bassa tra le 8 celle attorno ad essa: in questo modo si viene tuttavia a creare un’area pianeggiante, che in natura non è mai presente, creando altri problemi di analisi. Si utilizzano quindi in genere metodi di pitfilling più evoluti che offrono risultati più realistici, ad esempio PEM4PIT.

Pendenza

Figura 2: mappa delle pendenze espresse in radianti