Fluidodinamica ambientale, relazione

(LOB) (ROB)

EL08 2.b.3 (0.04) 1.c (0.04) 2.c.1 (0.05)

EL07 2.d.1 (0.04) 1.b (0.035) 2.d.1 (0.04)

EL06 2.d.1 (0.04) 1.d (0.045) 2.b.1 (0.04)

EL05 2.d.1 (0.04) 1.b (0.035) 2.d.1 (0.04)

EL04 2.d.1 (0.04) 1.b (0.035) 2.b.3 (0.04)

EL03 2.d.1 (0.04) 1.b (0.035) 2.d.1 (0.04)

EL02 2.d.1 (0.04) 1.b (0.035) 2.d.1 (0.04)

EL01 2.d.1 (0.04) 1.b (0.035) 2.d.1 (0.04)

Tabella 1. 9: Valori del coefficiente di Manning scelti per le varie sezioni.

I valori scelti sono giustificati dalle seguenti immagini (Figura 1. 10, Figura 1. 11, Figura 1.

12, Figura 1. 13 e Figura 1. 14).

Figura 1. 10: Tratto sezione EL08 (foto da monte verso valle). 13

Capitolo 1

Figura 1. 11: Tratto sezioni EL07-EL06 (foto da monte verso valle).

Figura 1. 12: Tratto sezioni EL06-EL05 (foto da valle verso monte). 14

Capitolo 1

Figura 1. 13: Tratto sezioni EL05-EL04 (sguardo da monte verso valle).

Figura 1. 14: Tratto sezione EL03 (sguardo da valle verso monte). 15

Capitolo 1

Le simulazioni sono state effettuate imponendo come condizione al contorno di monte gli

idrogrammi di piena con tempi di ritorno pari a 2, 5 e 10 anni.

La simulazione con tempo di ritorno pari a 20 anni non è state eseguita poiché l’obiettivo

dell’elaborato è quello di analizzare gli effetti prodotti dalla presenza della vegetazione sul

campo di moto in assenza di tracimazioni laterali che invece si sarebbero verificate in tal

caso.

Per quanto riguarda la sezione di valle è stata utilizzata come condizione al contorno la

pendenza del fondo posta pari al 0.002 essendo il segmento fluviale in esame

sufficientemente lontano da possibile cause perturbatrici e dunque è stata considerata la

condizione di moto uniforme. 3

Come condizione iniziale è stato considerato un deflusso iniziale pari a 10 .

In tal modo sono state determinate le altezze di moto e le quote del pelo libero sul livello

medio del mare.

Per completezza si riportano alcune immagini da HEC-RAS (Figura 1. 15, Figura 1. 16 e

Figura 1. 17).

Figura 1. 15: Sezione EL03 ottenuta da ArcGIS. 16

Capitolo 1

Figura 1. 16: Profilo longitudinale del tratto.

Figura 1. 17: Profilo 3D del tratto. 17

Capitolo 2

Capitolo 2: Modellazione idraulica bidimensionale

2.1 Introduzione sul software

Il software iRIC (Internation River Interface Cooperative) fornisce un ambiente per la

simulazione integrata di un corso d’acqua naturale.

L’interfaccia altamente flessibile del software consente di importare vari risolutori oppure è

possibile utilizzare uno dei modelli già presenti al suo interno.

Dopo aver selezionato il risolutore desiderato, iRIC stesso seleziona le funzioni adatte per

il risolutore scelto e prepara l’ambiente di simulazione ottimale al suo funzionamento.

In questa relazione, come già accennato, è stato scelto il modello Nays2DH.

Nays2DH è un modello computazione per simulare un flusso orizzontale bidimensionale

(2D), il trasporto solido ed i cambiamenti morfologici del fondo e delle sponde del corso

d’acqua e nasce come unione dei risolutori Nays2D e Morpho2D in modo tale da fornire

agli utenti uno strumento più potente e completo.

Nays2D, sviluppato dal Dr. Yasuyuki Shimizu dell’università di Hokkaido in Giappone, era

un risolutore che permetteva la modellazione del flusso 2D, il calcolo del trasporto solido e

l’erosione spondale; Morpho2D, sviluppato dal Dr. Hiroshi Takebayashi, era un modello

per la simulazione morfodinamica bidimensionale dei fiumi e l’analisi dell’evoluzione del

letto fluviale come conseguenza degli effetti della vegetazione.

Questo risolutore combina le funzioni dei

modelli sopracitati.

I vari step che saranno descritti in seguito e

che sono stati seguiti per implementare il

software al fine di valutare gli effetti prodotti sul

moto dalla presenza della vegetazione sono

riassunti in Figura 2. 1 ricavata dall’User’s

Manual del software Iric.

Nel presente capitolo saranno sviluppate le fasi

di pre-processamento e di avvio del risolutore;

la fase di post-processamento sarà invece

riportata all’interno del capitolo successivo. Figura 2. 1: Step di implementazione del software.

18

Capitolo 2

2.2 Importazione dei dati geometrici

Come primo passo è stato dunque necessario importare il DTM acquisito in precedenza.

Lo strato informativo scaricato dal sito web della regione Toscana era in formato .asc

mentre il formato richiesto dal software era del tipo .tpo.

Per eseguire tale conversione è stato utilizzato il programma Grid Convert che ha

permesso di trasformare il DTM in un file in formato .dat che successivamente è stato

Elsa.tpo

rinominato come richiesto.

Tale file era strutturato in tre colonne contenenti le coordinate X-Y-Z precedute dal numero

di righe contenute nel file.

Import Geographic Data Elevation

Utilizzando il comando il file suddetto è stato





dunque caricato all’interno del software ottenendo il risultato mostrato in Figura 2. 2.

Figura 2. 2: Elevation model.

Per poter avere un raffronto visivo sulla tipologia di vegetazione presente nella zona è

Import

stato deciso di inserire un’ortofoto di riferimento attraverso la funzione 

Background Image del software (Figura 2. 3).

L’ortofoto ed il DTM caricati sono georeferenziati nello stesso sistema di riferimento in

modo tale da risultare sovrapposti.

La sovrapposizione è utile al fine di individuare, come detto, la vegetazione presente

nell’area in esame per le successive elaborazioni. 19

Capitolo 2

Figura 2. 3: Ortofoto.

Successivamente il DTM è stato ritagliato in modo da alleggerire il file ricavando l’esito

mostrato in Figura 2. 4.

Figura 2. 4: DTM tagliato.

Per eseguire questa operazione si è selezionata l’area da tagliare attraverso il comando

Select Points With Polygon e sono dunque stati eliminati i punti così selezionati. 20

Capitolo 2

2.3 Costruzione della griglia

Una volta importati i dati altimetrici tramite il DTM è stato necessario costruire la griglia

fondamentale per le successive simulazioni.

Select Algorithm to Create Grid Grid

La funzione presente nella sezione della toolbar del

software fornisce la possibilità di scegliere tra otto tipologie di algoritmi per la creazione

della griglia:

1. Grid from polygonal line and width: consente di creare una griglia tracciando una

linea poligonale, utilizzata come linea centrale, e definendo poi la larghezza ed il

numero di divisioni della griglia nelle direzioni I e J;

2. Grid from river survey data: crea automaticamente una griglia la cui forma è definita

utilizzando i dati del rilevamento del corso d’acqua. È inoltre possibile specificare il

numero di divisioni della griglia, il centro del fiume e le rive destra e sinistra;

3. Grid by dividing rectangular region: crea una griglia all’interno di una regione

rettangolare definita dall’utente che deve inoltre specificare la larghezza delle celle,

utilizzata sia in direzione X che Y;

4. Grid by dividing rectangular region (Longitude-Latitude): come il precedente ma

utilizza un sistema di coordinate latitudinale e longitudinali;

5. Compound grid channel: consente di creare una griglia attraverso la definizione di

un primo poligono, delimitante la regione di costruzione della griglia stessa, un

secondo poligono, per individuare il canale, e una linea poligonale denotante il

centro del fiume;

6. Grid for NaysEddy x86: consente di creare una griglia cartesiana per il risolutore

NaysEddy;

7. Multifunction grid generator;

8. Simple grid generator;

Nel presente elaborato si è scelto di adoperare il primo (Create grid from polygonal line

and width) ed il quinto (Create compound channel grid) algoritmo.

Per il primo algoritmo si è dunque semplicemente tracciata una polilinea, considerata dal

software come centro della griglia stessa, ed a partire da essa si sono definite le misure di

larghezza della griglia , ed il numero di divisioni longitudinali e

W = 20 m n = 118

i

trasversali n = 4.

j

I parametri d e d visibili in Figura 2. 5 rappresentano le dimensioni delle celle lungo le due

i j

direzioni. 21

Capitolo 2

Figura 2. 5: Schermata per la definizione dei parametri caratteristici relativi alla prima griglia selezionata.

La griglia ottenuta è dunque mostrata in Figura 2. 6.

Figura 2. 6: Grid from polygonal line and width. 22

Capitolo 2

Per il secondo algoritmo è invece stato necessario definire due regioni attraverso

altrettanti poligoni: la prima necessaria per definire i contorni della griglia stessa e la

seconda per delimitare l’alveo del corso d’acqua.

Oltre al tracciamento dei poligoni si è poi disegnata anche una linea corrispondente

all’asse del fiume.

Successivamente sono state indicate il numero di celle longitudinali , il numero di

n = 130

i

celle interne all’alveo , e il numero di celle della golena destra e sinistra

n = 4 n = 4 n = 4

C R L

(Figura 2. 7).

Schermata per la definizione dei parametri caratteristici relativi alla seconda griglia selezionata.

Figura 2. 7:

La griglia ottenuta è dunque mostrata in Figura 2. 8 . 23

Capitolo 2

Figura 2. 8: Compound grid channel.

2.4 Inserimento del coefficiente di Manning

Dopo aver creato la griglia, è stato inserito il coefficiente di Manning tracciando un

poligono contenente la zona di studio (Figura 2. 9).

Figura 2. 9: Poligono di riferimento per l’attribuzione del coefficiente di Manning. 24

Capitolo 2

Nel poligono è stato inserito un valore del coefficiente di Manning pari a 0.04 attraverso la

seguente interfaccia (Figura 2. 10).

Figura 2. 10: Inserimento del valore del coefficiente di Manning.

La scelta di tale valore rappresenta una media della resistenza al moto dell’area in esame,

in accordo con quanto precedentemente inserito in HEC-RAS.

2.5 Vegetazione

Gli effetti della vegetazione sul moto vengono tenuti in considerazione dal software tramite

l’inserimento di due parametri: densità ed altezza della vegetazione.

Tali parametri sono stati determinati attraverso la consultazione della tabella di Baptist

(Tabella 2. 1) che riporta, in relazione alla tipologia di vegetazione presente, l’altezza, il

diametro medio dei fusti, la densità ed coefficiente di resistenza.

Tabella 2. 1: Tabella di Baptist dei parametri relativi alla vegetazione (fonte Van Velzen et al., 2003). 25

Capitolo 2

grid from

I valori relativi sia alla densità che all’altezza della vegetazione, nel caso della

polygonal line and width sono stati introdotti mediante la creazione di più poligoni

comprendenti tutta l’area di interesse ad eccezione dell’alveo inciso; invece nel caso della

compound grid chann