Appunti di Idrologia

IDROLOGIA 2020 – INDICE

1. INTRODUZIONE
2. STATISTICA IDROLOGICA
   • CURVE DI FREQUENZA E PROBABILITÀ DI NON SUPERAMENTO
   • INFERENZA STATISTICA
     1. Elaborazioni preliminari
     2. Scelta del modello probabilistico: distribuzioni Esponenziale, Gumbell
     3. Verifica preliminare del modello con carte probabilistiche
     4. Sistemi di parametri della distribuzione: Metodo di massima verosimiglianza, Metodo dei momenti, Metodo degli L-momenti, distribuzione Normale, distribuzione Log-Normale, distribuzione GEV
     5. Tempo di ritorno
3. DETERMINAZIONE DELLA PORTATA DI PROGETTO
   • METODI DI REGIONALIZZAZIONE (CENNI)
   • TEORIA DELLA REGRESSIONE LINEARE
   • MODELLI DI TRASFORMAZIONE AFFLUSSI – DEFLUSSI
     • Determinazione pioggia di progetto (ietogramma di progetto)
     • Determinazione intensità di precipitazione di progetto: 3 casi
     • Fattore di riduzione areale
   • METODI DI INTERPOLAZIONE SPAZIALE DELLE PRECIPITAZIONI
     • Metodo dei topoieti (nearest neighbour)
     • Metodo delle isoisiete
     • Metodo delle distanze inverse
   • ANDAMENTO DELLE PRECIPITAZIONE CON LA QUOTA
4. FORMAZIONE DELLE PRECIPITAZIONI
   • PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA E LEGGE IDROSTATICA
     • Lapse Rate “Dry adiabatic” e “Wet”
     • Umidità relativa dell'aria
   • MODIFICHE NELL'IMBASAMENTO DI MASSE D'ARIA
   • INTENSITÀ DI PRECIPITAZIONE
     • ietogramma misurato
     • ietogramma di progetto
5. TRASFORMAZIONE AFFLUSSI – DEFLUSSI, BILANCIO IDROLOGICO
   • PIOGGIA NETTA
   • SUOLO E INFILTRAZIONE
     • Porosità, contenuto idrico, conducibilità idraulica insatura, potenziale idrico
     • Curve di ritenzione idrica: equazione di Darcy generalizzata
   • RAPPRESENTAZIONE DEL FLUSSO DI INFILTRAZIONE
     • Profili di bagnatura e asciugatura del suolo
   • METODI PRATICI PER LA DETERMINAZIONE DELLA PIOGGIA NETTA
     • Metodo percentuale
     • Metodo di soglia
     • Metodo del Curve Number (CN)
     • Metodo di Horton
   • TRASFORMAZIONE DA PIOGGIA NETTA A PORTATA
     • Metodo della conv.razione
     • Determinazione della funzione di risposta del bacino (curva A – t): 3 casi
     • Determinazione della portata razionale e metodo della conv.razione
   • BILANCIO DI MASSA ED ENERGIA DEL SUOLO PER L'EVAPO-TRASPIRAZIONE
     • Bilancio idrico, calore latente, calore sensibile, soggettiva net radiation, evapo-traspirazione effettiva (FAO)
   • BILANCIO IDROLOGICO ALLA SCALA DI BACINO
6. GESTIONE DELLE RISORSE IDRICHE
   • DIMENSIONAMENTO IMPIANTO A SERBATOIO
   • DIMENSIONAMENTO IMPIANTO AD ACQUA FLUENTE
     • Deflusso minimo vitale, massima portata derivabile
     • Massimo prelevato durante alto flusso ambientale: analisi costi e benefici

Cosa è l'idrologia operativa?

Disciplina che studia e quantifica la dinamica del ciclo dell’acqua (compresi gli eventi estremi) e la distribuzione/disponibilità delle risorse idriche nello spazio e nel tempo.

L'acqua quindi si configura come:

• Risorsa
• Fonte di rischio

In entrambi i casi, l’obiettivo è la quantificazione della quantità d’acqua.

Compiti tipici dell’idrologia operativa sono:

1. Determinazione portata di progetto per dimensionamento di opere idrauliche.
2. Determinazione fasce di rischio alluvionali e aree a rischio di fondazione dove, ad esempio, vietare/limitare gli insediamenti.
3. Determinazione dell’acqua derivabile per uso idroelettrico.
4. Determinazione volume di invaso e della regola operativa di un serbatoio multifunzionale.
5. Determinazione degli effetti di interventi sul territorio e sul corso d’acqua sul deflusso a valle.

Bacino idrografico

Luogo dei punti sulla superficie terrestre all’interno del quale una "goccia" d’acqua, caduta durante un evento meteoric, scorre fino a raggiungere la sezione di chiusura s.

Bilancio idrologico a scala locale

Flussi in entrata e in uscita da un dato volume di controllo (insaturo)

• P = precipitazione
• DSup = deflusso superficiale
• F = infiltrazione
• θ = contenuto idrico nel terreno
• Dlat = deflusso laterale
• Dprof = deflusso profondo
• ET = Evapo-Traspirazione

a) Step Changes

Possono verificarsi step changes anche su altri parametri statistici— varianza su tutti i valori di _Q(max di t).

• Quali possono essere le cause?
• Costruzione di un invaso a monte: l'invaso determina la laminazione delle piene (quindi l'attenuazione dei picchi); i flussi meno veloci ad es. in modo più dilazionato nel tempo. Tutti gli invasi hanno un volume riservato alla laminazione delle piene: questa funzione è anche assolta dalle casse di espansione (in pianura).
• Messa in opera di arginature a monte: l'effetto è opposto al precedente. L'effetto di laminazione "spontanea" dellepiene è dato dall'inondazione del corso d'acqua, è aumentato dagli argini, aumentando i picchi portata.
• Il rischio di step-change in questo caso (se regimato) è quello di sottodimensionamento a rischio per la sicurezza.Queste opere vanno valutate anche a scala del intero bacino (principio di solidarietà).
• Variazione dell'alveo: influisce sull'andamento della scala di deflusso (e.g. modificando la morfologia). Utilizzando la stessa scala di deflusso dopo la modifica dell'alveo, si ottengono inevitabilmente valori di portatadistorti rispetto alla realtà. Accade per
• Cambi di strumentazione o spostamento della sezione di misurazione.
• Variazione di portata per eventi estremi.

b) Trend

Il valore oscilla attorno ad un valore medio crescente (retta). In un caso lineare, ad esempio:

Q_max = a₁ + a₂ t + ξ

• Quali possono essere le cause?
• Cambiamento dell'uso del suolo a monte; ad esempio: progressiva deforestazione, afforestazione, urbanizzazione.
• Cambiamento climatico: incremento delle precipitazioni, innalzamento dello 0 termico (= meno accumuli nevosi,maggiore deflusso superficiale).

c) Outliers

Valore fuori dalla fascia determinata dagli altri valori. Può realmente appartenere alla popolazione o meno. Bisognadefinire se è un dato da tenere o escludere e quindi valutare la natura di tale valore.