La stima della portata fluviale è fondamentale per la mitigazione del rischio idraulico e la gestione della risorsa idrica disponibile. In sezioni strumentate per il monitoraggio in continuo del livello idrico la portata è quantificata con la scala di deflusso, che necessita di misure di velocità, geometria della sezione e aggiornamenti periodici. Inoltre, le stazioni idrometriche non coprono in modo omogeneo il territorio a livello globale e sono spesso insufficienti o assenti nei paesi in via di sviluppo. Viste le limitazioni per il monitoraggio della portata al suolo, negli ultimi anni sono state proposte nuove tecnologie basate sui dati satellitari. Per lo studio dei corpi idrici continentali, è stata progettata la missione satellitare ‘Surface Water and Ocean Topography’ (SWOT) che sarà operativa dal 2021 e fornirà misure di larghezza, L, quota idrica superficiale, h, e pendenza, S0, per fiumi con larghezza maggiore di 100 m. In tale contesto, viene proposta una metodologia per la stima della portata basata sull’equazione di continuità applicata al tratto fluviale, a partire dai valori di h, L e S0 che saranno forniti dalla missione SWOT. La metodologia ingloba due parametri: la quota del fondo alveo nel sito di valle, z0, e il parametro di scabrezza. Assumendo quest’ultimo noto, z0 è determinato per calibrazione considerando l’equivalenza dei membri dell’equazione di continuità. L’applicabilità della metodologia viene investigata con casi di studio sintetici: i risultati indicano che per S0=0.001 o inferiore il metodo è applicabile per tratti di lunghezza non superiore a 70 km. Quindi, il metodo è applicato ad un tratto del Fiume Po, delimitato a monte dalla stazione di Borgoforte e a valle da quella di Sermide: il dato da SWOT viene ‘simulato’ assumendolo uguale al dato al suolo ma selezionato sulla base del periodo di rivisitazione previsto dalla missione (9/12 giorni). I risultati mostrano che la procedura di calibrazione è capace di fornire una stima accurata di z0, con un valore di 3.6 m slm molto simile al valore reale di 3.51 m slm. La stima della portata nelle due sezioni è sufficientemente accurata, con un errore assoluto percentuale pari a 11.98% e 12.3%, un errore quadratico medio di 199 m3/s e 190 m3/s e un coefficiente di determinazione pari a 0.981 e 0.991, rispettivamente per le sezioni di Borgoforte e di Sermide. La metodologia proposta può essere un utile strumento ma deve essere ulteriormente analizzata e validata.

STIMA DELLA PORTATA FLUVIALE MEDIANTE MISURE DA SATELLITE: UN APPROCCIO BASATO SUL BILANCIO DI MASSA

Angelica Tarpanelli;Renato Morbidelli
2019

Abstract

La stima della portata fluviale è fondamentale per la mitigazione del rischio idraulico e la gestione della risorsa idrica disponibile. In sezioni strumentate per il monitoraggio in continuo del livello idrico la portata è quantificata con la scala di deflusso, che necessita di misure di velocità, geometria della sezione e aggiornamenti periodici. Inoltre, le stazioni idrometriche non coprono in modo omogeneo il territorio a livello globale e sono spesso insufficienti o assenti nei paesi in via di sviluppo. Viste le limitazioni per il monitoraggio della portata al suolo, negli ultimi anni sono state proposte nuove tecnologie basate sui dati satellitari. Per lo studio dei corpi idrici continentali, è stata progettata la missione satellitare ‘Surface Water and Ocean Topography’ (SWOT) che sarà operativa dal 2021 e fornirà misure di larghezza, L, quota idrica superficiale, h, e pendenza, S0, per fiumi con larghezza maggiore di 100 m. In tale contesto, viene proposta una metodologia per la stima della portata basata sull’equazione di continuità applicata al tratto fluviale, a partire dai valori di h, L e S0 che saranno forniti dalla missione SWOT. La metodologia ingloba due parametri: la quota del fondo alveo nel sito di valle, z0, e il parametro di scabrezza. Assumendo quest’ultimo noto, z0 è determinato per calibrazione considerando l’equivalenza dei membri dell’equazione di continuità. L’applicabilità della metodologia viene investigata con casi di studio sintetici: i risultati indicano che per S0=0.001 o inferiore il metodo è applicabile per tratti di lunghezza non superiore a 70 km. Quindi, il metodo è applicato ad un tratto del Fiume Po, delimitato a monte dalla stazione di Borgoforte e a valle da quella di Sermide: il dato da SWOT viene ‘simulato’ assumendolo uguale al dato al suolo ma selezionato sulla base del periodo di rivisitazione previsto dalla missione (9/12 giorni). I risultati mostrano che la procedura di calibrazione è capace di fornire una stima accurata di z0, con un valore di 3.6 m slm molto simile al valore reale di 3.51 m slm. La stima della portata nelle due sezioni è sufficientemente accurata, con un errore assoluto percentuale pari a 11.98% e 12.3%, un errore quadratico medio di 199 m3/s e 190 m3/s e un coefficiente di determinazione pari a 0.981 e 0.991, rispettivamente per le sezioni di Borgoforte e di Sermide. La metodologia proposta può essere un utile strumento ma deve essere ulteriormente analizzata e validata.
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