Database Idrologico per Bacini Appenninici (DIBA) - Tommaso Moramarco Marco Borga Luca Brocca Silvia Barbetta Daniele Penna Lorenzo Marchi - NextData
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Database Idrologico per
Bacini Appenninici (DIBA)
Tommaso Moramarco Marco Borga
Luca Brocca Silvia Barbetta Daniele Penna Lorenzo Marchi
t.moramarco@irpi.cnr.it
Roma, 3 giugno 2013
Obiettivo Progetto
Sviluppo di un Database
Idrometeorologico per Bacini
Appenninici (DIBA)
WP1 Bacini Campione WP2
Acquisizione Alto Chiascio Campagne di
ed analisi serie Magra Monitoraggio
idrologiche (SM, Q)
Tematiche Indirizzo Progetto
Monitoraggio idro-meteorologico (al suolo e da satellite)
Processi idrologici
Eventi idrologici estremi
Scenari Climatici
Unità 1 - Istituto di ricerca per la protezione
idro-geologica (CNR-IRPI)
Responsabile: Dr. Tommaso Moramarco
Partecipanti: S. Barbetta, L. Brocca, L. Marchi, T. Moramarco,
assegnista di ricerca
Sede: Perugia, Padova
Competenze: monitoraggio idro-meteorologico, processi di base nella
formazione di onde di piena, sviluppo modellistica
idrologico-idraulica, previsione piene in tempo reale,
gestione delle risorse idriche, rischio siccità, cambiamenti
climatici, rilievi post-evento
Ruolo e Responsabilità: Coordinatore del progetto, attività di WP1 e WP2.
Unità 2 - Università di Padova, (UniPD)
Responsabile: Prof. Marco Borga
Partecipanti: M. Borga, D. Penna, Luisa Pianezzola (assegnista di ricerca)
Sede: Padova
Competenze: monitoraggio idro-meteorologico in aree montane,
telerilevamento di precipitazione mediante radar
meteorologico, rilievi post-evento, monitoraggio degli eventi
estremi
Ruolo e Responsabilità: attività di WP1 e WP2.
25
20 Precipitazione
15
10
5
0
2010 2020 2030 2040 2050 2060 2070
50 Anni
40
30
20
10
0
-10
-20
-30
-40
2010 2015 2020 2025
Temperatura
2030 2035 2040 2045 2050 2055 2060 2065 2070 Campagne Monitoraggio
Anni
Portata
DIBA
Rilievi Post-Flood
10 Novembre 2013
Precipitazione Radar
Umidità del Suolo
ASCAT MODIS WP1
Soil Moisture
WP2
Navigazione a pieno schermo
25
20 Precipitazione
15
10
5
0
2010 2020 2030 2040 2050 2060 2070
50 Anni
40
30
20
10
0
-10
-20
-30
-40
2010 2015 2020 2025
Temperatura
2030 2035 2040 2045 2050 2055 2060 2065 2070 Campagne Monitoraggio
Anni
Portata
DIBA
Rilievi Post-Flood
10 Novembre 2013
Precipitazione Radar
Umidità del Suolo
ASCAT MODIS WP1
Soil Moisture
WP2
Navigazione a pieno schermo
25
20 Precipitazione
15
10
5
0
2010 2020 2030 2040 2050 2060 2070
50 Anni
40
30
20
10
0
-10
-20
-30
-40
2010 2015 2020 2025
Temperatura
2030 2035 2040 2045 2050 2055 2060 2065 2070 Campagne Monitoraggio
Anni
Portata
DIBA
Rilievi Post-Flood
10 Novembre 2013
Precipitazione Radar
Umidità del Suolo
ASCAT MODIS WP1
Soil Moisture
WP2
Navigazione a pieno schermo
Strumenti Modellistici • Modello di generazione stocastica di precipitazione e temperatura • Modello stima precipitazione da radar • Modello Idrologico Semidistrbuito in continuo • Modello entropico di velocità • Modello idraulico
Area 410 km2
Bacino Alto Chiascio Quota
Pendenza media
320-1550 m slm
24%
Lunghezza asta principale 33 km
Precipitazione media annuale 1050 mm
Temperatura media annuale 13 °C
stazione Strumento periodo di
Dati semiorari funzionamento
Branca idrometro da Ottobre 2000
La Chiusa
idrometro da Dicembre 2000
(Col Palombo)
Monte Cucco meteo-pluviometro da Maggio 1996
Branca pluviometro da Ottobre 2000
Grello pluviometro dal 1980
Casa Castalda pluviometro dal 1992
Col Palombo pluviometro dal 1985
Carestello meteo-pluviometro dal 1997
Gubbio meteo-pluviometro dal 1989
Casanuova meteo-pluviometro dal 2010
Gualdo Tadino meteo-pluviometro dal 2004
Serie dati giornalieri Torre dell’Olmo umidità del suolo da Settembre 2009
(60-80 anni) Monte Cucco nivometro da Gennaio 2008Bacino del Magra
Magra Vara
basin basin
Area (km2) 970 605
Lunghezza(km) 62 58
Copertura Bosco(%) 76 93
Precipitazione 1707 1770
media annuale(mm)
Coeff Deflusso 0.84 0.56
Annuo
Portata media 40 16
annuale(m3/s)
Densa Rete idrometeorologica
Dati orari dal 2001
Dati giornalieri, in media, dal 1926Uso del suolo Alto Chiascio
Curve Number II
LitologiaBacino Fiume Magra
Curve Number IIMonitoraggio Precipitazioni WP1
Ground observations Precipitazione RadarMonitoraggio Precipitazioni WP1
Sistema di algoritmi per la stima di
precipitazione radar al suolo:
• Correzione per occlusione
orografica;
• Correzione per attenuazione;
• Correzione per profilo verticale
di riflettività;
• Combinazione ottimale radar –
pluviografi;
• Generazione di cumulate di
precipitazione a risoluzione
temporale e spaziale assegnata.
Mappa di precipitazione radar corretta
(antenna di Settepani: 01.06.2014,
04:00)Umidità del Suolo – Grado Saturazione Bacini
35 mm di pioggia 85 mm di pioggia
Le condizioni di
umidità del terreno
Qp = 670 m3/s
antecedenti un
evento meteorico
rivestono un ruolo
fondamentale nel
determinare l'entità
della piena Qp = 870 m3/s
WP1 Stima del contenuto d'acqua da sensori satellitari
Contenuto d’acqua: monitoraggio al suoloProdotti di contenuto d'acqua WP1
• scatterometer (active microwave) H08, H16
• C-band (5.7 GHz) ASCAT
• VV polarization
• resolution 50/25 km (H08 1 km)
• daily coverage
• 2007 - ongoing
H14
ECMWF
SM-ASS-1 has been produced continuously by
assimilation of ASCAT soil moisture in the IFS and is
available for 01 July 2008 to 30 September 2010
(http://hsaf.meteoam.it/description-sm-ass-1.php).
Hydrology - Satellite Application Facility
H-SAF project (EUMETSAT)
Albergel et al., 2010 (HESS)
de Rosnay et al., 2011 (ECMWF news)Validazione in situ WP1
Profondità 5 cm
ASCAT AMSRE-PRI
AMSRE-NASA AMSRE-LPRMStima della pioggia attraverso prodotti satellitari di umidità
del suolo a livello globale (ASCAT) - Approccio Bottom-Up
IRPI – ISAC –TU WienStima della pioggia attraverso prodotti satellitari di umidità
del suolo a livello globale (ASCAT) - Approccio Bottom-Up
IRPI – ISAC –TU Wien
Magra Alto ChiascioStima della pioggia attraverso prodotti satellitari di umidità
del suolo a livello globale (ASCAT) - Approccio Bottom-Up
IRPI – ISAC –TU Wien
Magra Alto ChiascioSOIL MOISTURE SPATIAL VARIABILITY WP2
SOIL MOISTURE SPATIAL VARIABILITY WP2
SOIL MOISTURE SPATIAL VARIABILITY WP2
45
40
35
Contenuto d'acqua (Vol/Vol)
30 26/03/2014
14/04/2014
08/05/2014
25
20
15
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
Siti di misuraSOIL MOISTURE SPATIAL VARIABILITY WP2
45
40
35
Contenuto d'acqua (Vol/Vol)
30 26/03/2014
14/04/2014
08/05/2014
25
20
15
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
Siti di misuraMonitoraggio Portata – Acquisizione Serie Idrometriche WP1
Ultrasonic flow meter
sensors operating in
continuousMonitoraggio Portata – Acquisizione Serie Idrometriche WP1
450
modello idraulico
400 metodo alpha
metodo alpha escludendo
350 le ultime due misure
modello idraulico escludendo
300 le ultime due misure
osservato
portata (m /s)
250
3
200
150
100
50
0
0 1 2 3 4
h (m)
Ultrasonic flow meter
sensors operating in
continuousWP2 Modellistica integrata per la stima
della velocità superficiale e della
Monitoraggio portata eventi estremi portata
In condizioni di
piena, il
monitoraggio
della portata
fluviale è molto
difficoltoso, se
non impossibileMonitoraggio Velocità Superficiale WP2
Monitoring of
surface velocity
Estimation of umax :
umaxv
umax =
1 D D
M
(
ln 1 + eM − 1 )
D−h
exp 1 −
D − h
Velocity distribution: Distribution of umax :
umaxv D−y D − y x
2
u=
M
(
ln 1 + eM − 1 )
D−h
exp 1 −
D − h
umaxv ( x ) = umax 1 −
xbank
Monitoraggio Velocità Superficiale WP2
Monitoring of
surface velocity
Estimation of umax :
umaxv
umax =
1 D D
M
(
ln 1 + eM − 1 )
D−h
exp 1 −
D − h
Velocity distribution: Distribution of umax :
umaxv D−y D − y x
2
u=
M
(
ln 1 + eM − 1 )
D−h
exp 1 −
D − h
umaxv ( x ) = umax 1 −
xbank
Monitoraggio Velocità Superficiale WP2
2
26-mar-14
Velocità superficiale (m/s)
1.8
14-apr-14 Monitoring of
1.6
08-mag-14 surface velocity
1.4
1.2
Estimation of umax :
1 umaxv
umax =
1 D D
0.8 (
ln 1 + eM − 1
M
)
D−h
exp 1 −
D − h
0.6
Velocity distribution: Distribution of umax :
0.4
umaxv D−y D − y x
2
u=
M
ln 0.2
1 + e M
− 1 exp
D − Cerasa
h
1 − ( )
h Croce
D −Santa
umax ( x ) = u
Brancamax
1 − Ponte D'Assi
xbank
v
0
0 1
Cerasa Santa2Croce 3
Branca Ponte 4D'AssiMonitoraggio Velocità Superficiale WP2
2
26-mar-14
Velocità superficiale (m/s)
1.8
14-apr-14 Monitoring of
1.6
08-mag-14 surface velocity
1.4
1.2
Estimation of umax :
1 umaxv
umax =
1 D D
0.8 (
ln 1 + eM − 1
M
)
D−h
exp 1 −
D − h
0.6
Velocity distribution: Distribution of umax :
0.4
umaxv D−y D − y x
2
u=
M
ln 0.2
1 + e M
− 1 exp
D − Cerasa
h
1 − ( )
h Croce
D −Santa
umax ( x ) = u
Brancamax
1 − Ponte D'Assi
xbank
v
0
0 1
Cerasa Santa2Croce 3
Branca Ponte 4D'AssiRilievi Post-Floods WP2
Evento 25 Ottobre. 2011
Bacino Magra
Max cumulative rainfall:
500 mm in 7 hrs
Max unit peak discharge:
~20 m3s-1km-2 ~A=30 km2
Casualties:
9 people
Post-flood survey date:
mid-Feb to mid-March 2012
Data processing
NextData ProjectBacino Magra WP2 Stima Portata picco unitaria Confronto Portata di picco unitaria Magra Relazione Portata picco unitaria – con differenti contesti geografici. Piogggia Cumulata. Valori più bassi sono ascrivibili a eventi pluviometrici di limitata intensità
Rilievi Post-Floods WP2 Evento 11-12 novembre 2013 Rilievi Post Evento: Bacino Chiascio Marzo 2014 - Maggio 2014
Rilievi Post-Floods WP2
Evento 11-12 novembre 2013 Rilievi Post Evento:
Bacino Chiascio Marzo 2014 - Maggio 2014
No. Stream Cross-section Geogr. Channel Qmin (m3/s) Q (m3/s) – Qmax (m3/s) Froude Flow velocity at
Coordimates slope (m/m) most probable number peak (m/s)
(WGS84) Strickler's K Strickler's K
Strickler's K
1 Fossa Secca Road to Monte 43.227o N 0.02 1.2 1.6 2.0 0.73 1.3
Cucco 12.727o E
15 20 25
2 Rasina Resort Terre del 43.227o N 0.01 44 60 74 0.65 2.70
Verde 12.727o E
15 20 25
3 Saonda Ponte D'Assi 43.335o N 0.01 31 41 51 0.63 2.5
12.569o E
15 20 25
4 Chiaschio Branca, 60 m 43.273o N 0.01 295 350 390 0.66 3.6
upstream of the 12.707o E
masonry bridge 15 18 20
(National Road
219)Rilievi Post-Floods WP2
Evento 11-12 novembre 2013 Rilievi Post Evento:
Bacino Chiascio Marzo 2014 - Maggio 2014
No. Stream Cross-section Geogr. Channel Qmin (m3/s) Q (m3/s) – Qmax (m3/s) Froude Flow velocity at
Coordimates slope (m/m) most probable number peak (m/s)
(WGS84) Strickler's K Strickler's K
Strickler's K
1 Fossa Secca Road to Monte 43.227o N 0.02 1.2 1.6 2.0 0.73 1.3
Cucco 12.727o E
15 20 25
2 Rasina Resort Terre del 43.227o N 0.01 44 60 74 0.65 2.70
Verde 12.727o E
15 20 25
3 Saonda Ponte D'Assi 43.335o N 0.01 31 41 51 0.63 2.5
12.569o E
15 20 25
4 Chiaschio Branca, 60 m 43.273o N 0.01 295 350 390 0.66 3.6
upstream of the 12.707o E
masonry bridge 15 18 20
(National Road
219)ANALISI CLIMATICA
Acquisizione Serie
Acquisizione Serie climatiche GCM:
Storica Idrologica Echam5, PCM, CCSM3,..
Precipitazione e (Baseline – Futuro)
Temperature
(>30 anni - giornalieri)
Downscaling
(statistico, stocastico,
dinamico)
1) Analisi TREND
2) Individuazione
SCENARI
CLIMATICI con Individuazione
Trend imposto SCENARI CLIMATICIANALISI CLIMATICA
Acquisizione Serie
Acquisizione Serie climatiche GCM:
Storica Idrologica Echam5, PCM, CCSM3,..
Precipitazione e (Baseline – Futuro)
Temperature
(>30 anni - giornalieri)
Downscaling
(statistico, stocastico,
dinamico)
1) Analisi TREND
2) Individuazione
SCENARI
CLIMATICI con Individuazione
Trend imposto SCENARI CLIMATICIANALISI CLIMATICA
Selezione GCMs da IPCC database (2007)
……………………
PCM ……………………
CCSM3 ECHAM5
model model model
Model Research Centre Nation Grid size Grid size
Max Planck Institute for
ECHAM5 D 1.875°
1.875 x 1.875°
1.875 ~ 200 x 200 km
Meteorology
National Centre
CCSM3 USA 1.4°
1.4 x 1.4°
1.4 ~ 151 x 155 km
Atmospheric Research
National Centre
PCM USA 2.8°
2.8 x 2.8°
2.8 ~ 302 x 311 km
Atmospheric ResearchANALISI SCENARI
Trend imposto
Precipitazioni
ECHAM5
Analisi dell'impatto
Scenari mediante
accoppiamento
Modelli Stocastici e
Idrologici 100 serie da 60 anni
mean(Tmin) - serie completa
Temperature
2.5
2
Indice standardizzato di temperatura [-]
1.5
1
0.5
0
-0.5
-1
-1.5
-2
1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010
Afflussi Invaso di CasanuovaANALISI SCENARI
Trend imposto
Precipitazioni
ECHAM5
Analisi dell'impatto
Scenari mediante
accoppiamento
Modelli Stocastici e
Idrologici 100 serie da 60 anni
mean(Tmin) - serie completa
Temperature
2.5
2
Indice standardizzato di temperatura [-]
1.5
1
0.5
0
-0.5
-1
-1.5
-2
1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010
Variabilità Curve di Frequenza Portate
2000
1800
1600
1400
Discharge (m /s)
3
1200
1000
800
600
400
200
0 1 2 3
10 10 10
Return Period (years)ANALISI SCENARI
Trend imposto
Precipitazioni
ECHAM5
Analisi dell'impatto
Scenari mediante
accoppiamento
Modelli Stocastici e
Idrologici 100 serie da 60 anni
mean(Tmin) - serie completa
Temperature
2.5
Temperatura Anomalia
2
Indice standardizzato di temperatura [-]
1.5
1
0.5
0
-0.5
-1
-1.5
-2
1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010
Afflussi Invaso di Casanuova
2000
1800
1600
1400
Discharge (m /s)
3
1200
1000
800
600
400
200
0 1 2 3
10 10 10
Return Period (years)ANALISI CLIMATICA
Large scale analysis
Local scale analysis
+
Bias correction
methods
Precipitation elasticity of streamflow
Marroggia
GennaCONCLUSIONI • La piattaforma DIBA è finalizzata alla più ampia partecipazione e condivisone del dato mediante WEB, e ad una migliore utilizzazione del dato stesso mediante GIS consentendo di fatto l’identificazione dei pattern spazio-temporali di variabili idrologiche. Ottimizzazione collegamento Portale NextData. • DIBA tiene conto ovviamente dei database esistenti fornendo, tuttavia, una struttura più flessibile verso scopi scientifici e più completa in termini di variabili idrologiche • L’analisi climatica basata su dati idrologici al suolo e su dati GCM consentirà di fornire informazioni idrologiche utili ad identificare scenari climatici e loro effetti sul ciclo idrologico e quindi sulla governance della risorsa idrica in un contesto di cambiamenti climatici
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