Curva di durata e DMV

CURVA DI DURATA DELLE PORTATE

E DEFLUSSO MINIMO VITALE

Docenti: Studente:

Dott. Ing. Cristiana Bragalli Nome: Federico

Prof. Ing. Elena Toth Cognome: Camiletti

Matricola: 0000805015 1

INDICE

ESERCITAZIONE 2 3

• BANCA DATI E STAZIONE IDROMETRICA 5

• RACCOLTA E ANALISI DEI DATI 7

• CURVA DI DURATA DELLE PORTATE 23

1) PERIOD OF RECORD - POR 23

2) ANNUAL FLOW DURATION CURVE - MEDIANA 25

- CONFRONTO DEI RISULTATI 28

DEFLUSSO MINIMO VITALE 30

• 1) METODO BASATO SULLA CURVA DI DURATA DELLE PORTATE 30

2) METODO BASATO SUI VALORI DI FREQUENZA 31

- CONFRONTO DEI RISULTATI 34 2

ESERCITAZIONE 2

CURVA DI DURATA DELLE PORTATE

E DEFLUSSO MINIMO VITALE

Lo scopo dell’esercitazione è determinare la Curva di Durata delle Portate (CDP) e il

Deflusso Minimo Vitale (DMV) in una sezione scelta, utilizzati successivamente (ES4b).

Si utilizzeranno due diversi metodi in entrambi i casi, confrontando poi i risultati ottenuti.

Per l’elaborazione sono necessari almeno 10 anni, anche non consecutivi, completi di

tutti i valori di portata media giornaliera; relativi ad una sezione di un corso d’acqua con

sotteso un bacino di area inferiore a 200km .

2

La sezione scelta si trova in Toscana sul fiume Sieve, in località Barberino di Mugello in

provincia di Firenze, poco più a valle del diga di Bilancino, uno sbarramento realizzato in

terra zonata, che forma un grande invaso dai molteplici usi (ES1). 3

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• BANCA DATI E STAZIONE IDROMETRICA

I dati derivano dagli Annali Idrologici - Parte II del compartimento di Pisa - e sono

disponibili come scansioni all’interno del portale ISPRA - Progetto Annali .

(1)

Di seguito sono stati utilizzati solamente gli anni importati nella banca dati del Servizio

Idrologico Regionale (SIR) della Regione Toscana, inferiori ai totali presenti negli annali,

(2)

ma disponibili in formato digitale e comunque sufficienti ad ottenere dei risultati affidabili.

La stazione idrometrica consiste in uno strumento, frequentemente ad ultrasuoni, che

fornisce una misura di livello con la quale è possibile ottenere indirettamente il valore di

portata utilizzando la relazione fornita dalla scala delle portate; questa viene realizzata

tramite delle misure in sito e deve essere periodicamente verificata e aggiornata.

Si riportano le caratteristiche principali della stazione ed un’esempio della scala delle

portate del 1966, ricavata dalle indicazioni riportate sull’Annale nella pagina successiva.

STAZIONE: Sieve a Ponte del Bilancino (Cod. TOS01004611)

LOCALITA’: Barberino di Mugello (Firenze), Regione Toscana (3)

WGS84: Lat. 43.975 E - Lon. 11.290 N

BACINO: Arno - Superficie 150km 2

ZERO IDROMETRICO: 213,46 m s.l.m

(1) http://www.acq.isprambiente.it/annalipdf/

(2) http://www.sir.toscana.it/index.php?IDS=2&IDSS=6

(3) https://earth.app.goo.gl/zthZEt 5

6

• RACCOLTA E ANALISI DEI DATI

Per la stazione idrometrica sono presenti, nella banca dati del SIR, i valori di portata

media giornaliera per 13 anni non consecutivi, sufficienti ad ottenere la CDP e tutti

antecedenti alla realizzazione dell’invaso di Bilancino.

1965 | 1966 | 1967 | 1968 | 1969 | 1970 | 1971 | 1972 | 1973 | 1974

1975 | 1976 | 1977 | 1978 | 1979 | 1980 | 1981 | 1982 | 1983

Per le elaborazioni successive sono stati utilizzati tutti gli anni a disposizione ed è stato

rimosso il dato del 29 febbraio 1968, unico anno bisestile della serie.

Si riportano gli idrogrammi e le tabelle con i valori giornalieri di portata: 7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

Legenda:

? Dato incerto Sono evidenziati in grassetto ed in corsivo

[ ] Dato ricostruito rispettivamente i valori massimi e i valori

» Dato mancante minimi

med Media mensile

Elementi Caratteristici: portate annue massime, medie e minime.

Q ‘65 ‘66 ‘67 ‘68 ‘69 ‘70 ‘73 ‘74 ‘75 ‘79 ‘81 ‘82 ‘83

[m /s]

3

Max 231,00 40,00

74,10 43,10 90,10 54,70 69,50 62,70 107,00 83,00 51,00 65,10 92,90

Med 5,25 1,49

4,60 3,90 2,99 3,09 2,23 2,07 2,48 3,98 2,79 2,66 1,86

Min 0,10

0,01 0,01

0,20 0,03 0,02 0,06 0,03 0,02 0,05 0,05 0,03 0,02

21

Tutti gli anni sono completi dei valori di

portata media giornaliera, non sono

presenti dati incerti o mancanti, ma vi

sono alcuni dati ricostruiti.

Esistono diversi criteri , più o meno

(1)

complessi, per la ricostruzione e la

validazione dei dati; come il solo confronto

tra serie di pioggia e portata o l’utilizzo di

modelli di simulazione afflussi-deflussi.

Come esempio si riportano idrogramma e

pluviogramma a confronto, per il periodo

dal 20 ottobre al 10 novembre del 1966,

utilizzando i dati di pioggia giornaliera

della stazione pluviometrica ‘Le Croci di

Calenzano’, distante circa 6km dalla

stazione di Bilancino.

Tuttavia i dati utilizzati sono tutti etichettati come “Validati” dal SIR e non è stata quindi

necessaria nessuna operazione di ricostruzione.

(1) http://www.sir.toscana.it/criteri-validazione 22

• CURVA DI DURATA DELLE PORTATE

Si tratta di uno strumento molto importante con il quale, in riferimento ad una sezione di

un corso d’acqua superficiale, è possibile effettuare valutazioni sulla disponibilità della

risorsa idrica; ad esempio per un’utilizzo potabile o di produzione idroelettrica.

La curva si ottiene a partire dall’idrogramma, misurato o eventualmente simulato,

disponendo in ordine descrescente le portate; in questo modo si perde la consistenza

temporale ma è possibile individuare la durata di una portata, ovvero il periodo di tempo

in cui questa viene uguagliata o superata. A partire dai dati utilizzati si considerano le

portate medie giornaliere e le durante in giorni; il primo valore sarà quindi la portata

massima registrata nel periodo mentre l’ultimo la minima. Rapportando la durata al

periodo di osservazione è possibile confrontare curve con diversi periodi di riferimento;

inoltre è immediato interpretare le stesse come distribuzioni di probabilità cumulata.

Oltre alla durata spesso anche le portate vengono riferite al valore medio, ottenendo

quindi delle curve adimensionali che possono essere confrontate tra loro; in questo modo

è possibile valutare la risposta idrologica del bacino ed identificare corsi d’acqua con

caratteristiche simili, eventualmente per applicare dei metodi di regionalizzazione.

Si realizza la curva di durata delle portate per la sezione scelta utilizzando i due metodi:

1) PERIOD OF RECORD - POR

Con questo metodo la curva si ottiene aggregando i dati di tutti gli anni del periodo di

osservazione e disponendone i valori in ordine descescente. Dall’idrogramma totale, che

non riporta un’esatta successione temporale in quanto mancano degli anni intermedi, si

può notare la periodicità delle portate ed individuare chiaramente i 13 anni utilizzati.

Si riporta la curva indicando la durata in % rispetto il periodo totale e nel secondo grafico

una scala logaritimica per le portate in modo da visualizzare meglio i valori minimi. 23

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2) ANNUAL FLOW DURATION CURVE - MEDIANA

In questo caso si ricava separatamente per ogni anno del periodo di osservazione la

relativa curva di durata, sempre disponendo in ordine decrescente i valori di portata.

Dal confronto degli idrogrammi annuali si può verificare che tutti seguono la stessa

stagionalità, con magre in estate e portate elevate nel periodo invernale; andamento

tipico dei climi temperati e con precipitazione nevosa non rilevante.

Per questo motivo è possibile fare riferimento all’anno idrologico, 1 ottobre - 30

settembre, in modo da non interrompere il periodo nella stagione invernale di elevata

disponibilità idrica, tuttavia in seguito si farà sempre riferimento all’anno solare.

Determinate le curve di durata per tutti i 13 anni del periodo si ricava la curva relativa

all’anno ‘tipico’, calcolando per ogni durata la portata media o mediana. In questo caso si

sceglie di utilizzare la mediana che, a differenza della media, risente meno dei valori

estremi ed inoltre rappresenta la portata statisticamente superata un anno su due.

Infine per considerare la variabilità annuale si determina una fascia di confidenza

delimitata dalle curve percentili di probabilità 10% e 90%.

Si riportano le curve di durata annuali, la curva mediana e le curve percentili, indicando la

durata in giorni e le portate sia in scala naturale che in scala logaritmica. 25