MISURE DI PORTATA AL COLMO MEDIANTE ANALISI DEL PROCESSO DI MOTO VARIO

Il programma dell'unità di ricerca è composto da due parti: 1) lo sviluppo degli algoritmi e del software necessari al calcolo della portata di piena in base a misure idrometriche di moto vario, e 2) la validazione della procedura attraverso misure di pieno campo effettuate in due sezioni del fiume Oreto. La seconda parte del programma sarà svolta con la supervisione dell'unità operativa di Bologna, che possiede una consolidata esperienza nel settore delle misure fluviali. La prima parte del programma si basa sul calcolo simultaneo della scabrezza media n e della portata massima qmax dell'onda di piena, basato principalmente sulla misura dei tiranti massimi e della celerità dell'onda di piena. E’ facile infatti verificare, con riferimento al caso estremamente semplificato di onda cinematica, che la misura di 1) l'altezza hmax dell'onda e 2) la celerità cmax con cui si propaga nell'alveo il tirante hmax, consenta la stima non solo della portata massima qmax, ma anche del coefficiente di scabrezza n. Dalla legge di resistenza di Manning e dall’espressione della celerità cinematica dell'onda (Henderson, 1966) otteniamo infatti un sistema non lineare di due equazioni nelle due incognite n e qmax, dove compaiono come parametri di ingresso anche la forma della sezione e la pendenza dell'alveo. L’analisi di sensitività del modello costituito dalle equazioni suddette dimostra inoltre che l’errore commesso nella stima di n e qmax è minore, in termini percentuali, dell’errore commesso nella misura di hmax e cmax. La modellazione numerica delle equazioni complete del De Saint-Venant, in forma mono e bidimensionale, consente ovviamente di estendere la metodologia suddetta ai casi reali di morfologie complesse, tenendo conto di tutte le forze presenti nell’equazione del bilancio dinamico, e trasformando la ricerca delle radici del sistema di equazioni nella ricerca del minimo di un funzionale. Poiché in tale funzionale compaiono i risultati della simulazione numerica, è necessaria una preliminare parametrizzazione dell’idrogramma di piena entrante nella sezione di monte del dominio di calcolo considerato, rappresentato in un opportuno intervallo di tempo comprensivo dell’istante di piena. In particolare, il numero dei parametri scelti dovrà rendere possibile una accurata ricostruzione dell’idrogramma, mantenendo però contenuta l’incertezza associata agli inevitabili errori di misura e di modello (Kendal e Stuart, 1979; Beven, 2005). Nel caso di corrente lenta verranno assegnati come condizione al contorno di valle i tiranti registrati nella sezione di valle, nel caso di corrente veloce verranno assegnati come condizione al contorno di monte i tiranti registrati nella sezione di monte. Il funzionale sarà costituito, nel caso di corrente lenta, dallo scarto quadratico fra i valori registrati a monte e quelli calcolati da un modello numerico mono o bidimensionale in base alle condizioni al contorno precedentemente descritte. Nel caso di corrente veloce il funzionale sarà costituito invece dallo scarto quadratico fra i tiranti registrati e calcolati nella sezione di valle. La misura della portata massima e della scabrezza verrà quindi effettuata come stima dei parametri di un modello di simulazione; nello sviluppo del programma l'unità operativa si avvarrà anche degli strumenti di calcolo precedentemente sviluppati sia nel campo della calibrazione di modelli non lineari che in quello della simulazione di processi idrodinamici di acque basse, come i codici numerici DORA1D, DORA2D e MAST2D.