SMART-SED: SUSTAINABLE MANAGEMENT OF SEDIMENT TRANSPORT IN RESPONSE TO CLIMATE CHANGE CONDITIONS - SPEAKER: ING. DAVIDE BRAMBILLA ...
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SMART-SED: Sustainable MAnagement of sediment transpoRT in
responSE to climate change conDitions.
Speaker: Ing. Davide Brambilla, davide.brambilla@polimi.it
PI: Prof. Laura Longoni, laura.longoni@polimi.it
Milano, 22 Maggio 2019
Il progetto SMART-SED
Ø Idea nata da collaborazione Politecnico di Milano e Comune di Lecco nel 2016
Focus sul torrente Caldone
Obbiettivi:
• Descrivere e modellare il trasporto solido
• determinare il rischio per la città
di Lecco
Ø Progetto finanziato da Fondazione Cariplo nel 2017
Durata 1 Giugno 2018 -> 1 Giugno 2020
Obbiettivi chiave:
SMART SED Model: Database del trasporto solido
A freeware data-wise efficient model Tre anni di dati, 40 eventi misurati
Modello matematico Database in aggiornamento
Test e validazione continuo
Ing. Davide Brambilla.
SMART SED: la squadra
Un progetto complesso richiede un approccio multidisciplinare
GEOLOGIA APPLICATA TOPOGRAFIA GEOFISICA
Laura Longoni Luigi Barazzetti Luigi Zanzi
Monica Papini Fabio Roncoroni Marco Taruselli
Davide Brambilla Riccardo Valente Diego Arosio
Vladislav Ivanov
IDRAULICA MATEMATICA IDROLOGIA
Alessio Radice Alessandra Menafoglio Cristina Rulli
Barbara Zanchi Luca Bonaventura
Ing. Davide Brambilla.
Il modello SMART-SED
(Sustainable MAnagement of sediment transpoRT
in responSE to climate change conditions)
Prestazioni richieste:
- Capacità di simulare il movimento di sedimenti e acqua nei bacini montani
- Utilizzo di DB open e limitata richiesta di dati misurati
- Economicità d’uso
- Freeware
Punti Critici e Strategie Proposte
• Economicità d’uso • Capacità di lavorare con dati esistenti
• Approvvigionamento dei dati • Broker GIS
• Determinazione della qualità dei risultati • Analisi dell’incertezza
• Validazione del modello • L’esperienza del Fiume Caldone (LC)
SMART-SED: Freeware di simulazione di erosione e trasporto del sedimento
Ing. Davide Brambilla.
Schema concettuale
SMART-SED
Symbols:
A: Atmosphere
C: Capillary soil
G: Gravitational soil
P: Deep Soil
S: Soil Surface
Ing. Davide Brambilla.
Il modello SMART SED
Dominio spaziale discretizzato in voxels:
• Flussi orizzontali tra i voxels
• Flussi verticali interni al singolo voxel
• Schema di soluzione semi implicito per migliorare le
prestazioni
• Risoluzione variabile
Processi simulati e modelli scelti:
1. Accumulo e scioglimento neve: Deegre-day approach (Pennati
et al.)
2. Infiltrazione: SCS-CN, Swartzendruber (Constant Flux Green-
Ampt), Philip model.
3. Flussi superficiali: De Saint Venant 2D
4. Evapotraspirazione: 3 modelli, in definizione
5. Circolazione sotterranea: Darcy
6. Circolazione sotterranea profonda: Semplificata in serbatoi
lineari
7. Erosione dei versanti: Gavrilovic EPM
8. Trasporto sedimenti: Grass, Meyer-Peter-Muller,?
Ing. Davide Brambilla.
Il modello SMART-SED Valutazione Incertezza -> Determinare la qualità del risultato -> Migliorare la consapevolezza Input incerti: - Spessore copertura detritica - Granulometria copertura - Permeabilità - Copertura vegetale Ing. Davide Brambilla.
Database di Validazione
Il Torrente Caldone LC
• Descrizione accurata del fenomeno
• Misure puntuali e globali
• Alta frequenza di misura su estensioni limitate
Approccio
Euleriano
Approccio
Lagrangiano
Ing. Davide Brambilla.
Database di Validazione
Monitoraggio Portate
Monitoraggio delle portate.
Utilizzo di una tecnica video detta Large Scale Particle Image Velocimetry (LSPIV)
• No contatto con il fiume
• Utilizzabile anche in caso di piena e detriti in acqua
• Necessita di operatori sul campo
à SMART-LV: idrometro sonar low-cost autocostruito basato su Arduino
329
elevation (m a.s.l.)
328
Ing. Davide Brambilla. 327
2 3 4 5 6 7 8 9 10
station (m)
Database di Validazione
Il Torrente Caldone LC
Monitoraggio del trasporto solido dal 2016 ad ogni evento significativo (40 Eventi)
Approccio Lagrangiano: Approccio Euleriano:
• Tracciatori RFID • Misuratori di Erosione e Batimetrie Vasche
Misura dello spostamento dei clasti Determinazione Diametro Critico e volume
Ing. Davide Brambilla.Database di Validazione
Approccio Lagrangiano
840 Tracciatori RFID Database Spostamenti
Ing. Davide Brambilla.Database di Validazione
Approccio Euleriano
Approccio Semi-Euleriano:
Confronto dei diametri dei sedimenti verniciati pre e post evento.
Dc
Pre-evento Post-evento
Pre-evento elaborato Post-evento elaborato
Ing. Davide Brambilla.Database di Validazione
Approccio Euleriano
Approccio Euleriano:
Misure batimetriche sonar nelle vasche di sedimentazione (Ottobre 2016-Ottobre 2017)
Accumulo misurato: 1175 ± 35 m3
Ing. Davide Brambilla.Prossimi Passi
Il progetto è a metà!
Sviluppo del modello Database del trasporto solido
• Validazione di base • Aggiornamento del DB continuo
• Test su eventi di crescente complessità • Monitoraggio meteo e idrometrico
• Test su periodi più lunghi indipendente
• Validazione finale • Integrazione di rilievi 3D aerei
Validazione del modello
• Applicazione di test sul Comune di Lecco
Distribuzione del modello
• Software freeware
• Giornate di formazione con gli enti locali/professionisti
Ing. Davide Brambilla.Grazie per l’attenzione Ing. Davide Brambilla.
Criticità e Strategie
Criticità Strategia
Ottimizzazione del modello in base
Economicità d’uso: ai risultati desiderati:
• Utilizzo di banche date governative o
- No estensive campagne di misura
accademiche
- No reti di strumenti ad hoc
• Scelta di modelli idrologici\idraulici
+ Utilizzo più ampio
di moderata complessità
+ Maggiore impatto sulla gestione del
• Licenza Open Source
problema
• Interfaccia GUI per inserimento
guidato
Approvvigionamento dati: Broker GIS:
- Evitare il moltiplicarsi delle versioni • Automatizzare la raccolta dei dati
- Evitare obsolescenza dati • Evita la creazioni di copie non
+ Rendere accessibile anche a i non aggiornate
geo-informatici • Semplicità d’uso
+ Ottimizzare le operazioni di pre- • Crea un archivio virtuale online
processamento
Ing. Davide Brambilla.Criticità e Strategie
Criticità Strategia
Qualità dei risultati: Analisi dell’incertezza:
- Ampia incertezza dei dati in Strumenti matematici avanzati
ingresso • Meta Modellazione
- Risultati dipendono dai dati in • Polynomial Chaos Expansion
modo complesso • Kriging multi fidelity modelling
+ Consapevolezza Analisi della variabilità del
+ Affidabilità problema e individuazione dati
critici da consolidare
Calibrazione e validazione: Fiume Caldone (Lecco):
- Individuare possibili bug e punti • Collaborazione Comune –
critici Politecnico
+ Validare l’approccio e i metodi • Monitoraggio dal 2016
+ Testare il modello • Multi approccio e test di nuovi
+ Aumentare la conoscenza di metodi
specifici processi
Ing. Davide Brambilla.
6° Convegno nazionale AIGA 27-29 Giugno 2018, Courmayeur 5/141 How can SMART-SED model
improve hydrogeological risk
knowledge in mountain areas?
WE PROPOSED a Coupled Hydro-Sediment Conceptual Model,
named SMART-SED, THAT FOCUSES ON THE ROLE OF
SEDIMENT IN BASIN MANAGEMENT.
Sediment has a KEY ROLE in flood risk in mountain basins.
Different processes are simulated:
1. Sediment production (erosion)
2. Sediment transport in streams
3. Sediment deposition
4. Hydraulic modeling
Models are usually decoupled.
We tried to overcome this limitation proposing
SMART-SED model with COUPLED approach
Ing. Davide Brambilla.Just yesterday…
Caldone
flooded Lecco
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