Corso HEC HMS Base Esempio 1-Copy

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CORSO HEC-HMS Base – DISPENSE – Catanzaro Gennaio !"#

Allegato 1 – Esercizio 1: Modellazione di base di un bacino idrografico costituito da un unico sottobacino Il progetto, costituito costituito da un modello di bacino e due condizioni meteo (ietogramma e CPP), mostra mostra la differen differenza za nella nella rispost risposta a del bacino al ariare ariare della distribu distribuzione zione temporale temporale delle piogge!

'IE'IME*+ C Progetto -EC&-M.: -EC&-M.: corso#$%&#$(#)ase#esempio#1

CONTENUTO ESEMPIO

Di seguito si riporta una tabella riassuntiva relativa alle simulazioni condotte all'interno dei questo primo esempio applicativo. In particolare per ogni simulazione è riportato il relativo file del modello di bacino, del modello meteorologico e delle condizioni di controllo.

ESEMPIO 1: MODELLAZIONE DI UN BACINO IDROGRAFICO COSTITUITO DA UN UNICO SOTTOBACINO

N.

SIMULATION

BASIN MODEL

METEOROLOGIC MODEL

CONTROL SPECIFICATION

1

(imulaz ione#*1

)ac ino#*1

'eteo#*1

&ontrollo#*1

+

s imulaz ione#*+#&PP

)ac ino#*1

meteo#*+#&PP

&ontrollo#*1

DATI

Per il bacino riportato in fig. A1.1, determinare la portata uscente Q u. ce si registra registra a seguito seguito di un evento evento di pioggia pioggia di durata durata pari ad un!ora un!ora e di altezza altezza totale totale pari a "# mm, mm, con intensit" costante durante l'evento.

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HHB_dispense_2013a_CZ.odt

RUW sr! info$ru%a!it & %%%!ru%a!it

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"ig. 1.1

Il bacino idrografico è caratterizzato caratterizzato da un uso agricolo del suolo senza la presenza di centri abitati. a superficie complessiva del bacino idrografico è pari a . / 1# 0m  , Per quanto quanto riguard riguarda a le condizi condizioni oni pluviome pluviometric trice e da utilizza utilizzare re nella nella modella modellazion zione e idrologi idrologica, ca, si consideri una pioggia costante nell!ora di altezza totale pari a "# mm e mm e intervallo temporale pari a 12 min. min.

SVOLGIMENTO ESERCIZIO Per eseguire l'esercizio l'esercizio si consiglia di seguire la seguente seguente procedura, gi" riportata e descritta al par. +.- al quale si rimanda per ulteriori dettagli

M+E33A4I+E 1.

Definizione degli attributi del progetto

/ Par! 5!2 0

P2&%D3A

+.1 Inserimento dati di serie temporali

/Par! 6! 0

&%A4I25%6

+.+ Inserimento dati accoppiati

/Par! 6!50 6!50

7%(8I25 7%(8I25% %

+.- Inserime Inserimento nto dati mappali mappali

/ Par! 6!60 6!60

53292

-

&reazione delle condizioni di controllo

/ Cap! 2 0

P27 P27%8 %882 82

:.

&re &reazio azione ne67 67es esti tion one e di un nuov nuovo o mod modello ello di baci bacino no

/ Cap! " 0

;.

&reazio &reazione67 ne67estio estione ne di un nuovo nuovo modello modello meteorol meteorologi ogico co

/ Cap! 7 0

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(I3A4I25%

<.

Definizione opzioni simulazione

/Par! 8!10 8!10

%9%582

=.

Avvio simulazione

/Par! 8! 0

DI

>.

Interpretazione risultati

/Par! 8!50 8!50

PI%5A

?.

2ttimizzazione parametri

/Par! 8!60 8!60

1 & EII4I+E E93I A**'I;*I E3 P'+9E**+

Attraverso il comando *ools *ools @ Pro
"ig. 1.2

 & I.E'IME*+ A*I C+I=I.I

'IE'IME*+ C ati condiisi (.@ared ata) : Pluviometro#*1

&onsideriamo &onsideriamo ce il metodo da utilizzare, invece, per rappresentare rappresentare lo ietogramma ietogramma di pioggia per il bacino idrografico sia quello dello ietogramma definito dall>utente /;ser /;ser -?etograp@0B -?etograp@ 0B

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I

A*I

a scematiz scematizzazi zazione one del modello modello di bacino bacino riciede riciede l!utilizzo l!utilizzo di dati di serie temporali /*ime& .eries ata Manager 0 per la definizione dei dati di input necessari per simulare i fenomeni ce avve avveng ngon ono o all! all!in inte tern rno o del del baci bacino no.. In part partic icol olar are, e, è ric ricie iest sto o l!in l!inse seri rime ment nto o di un pluiometro pluiometro /Precipitation gage0 gage 0 per il quale si a un passo temporale temporale di di 1; minuti, una durata delleento pari ad un!ora ed una pioggia costante nell!ora di altezza totale pari a "# mm. mm.

&on il comando comando Components /B *ime .eries ata Manager , Manager , si attiva la finestra riportata in fig. A1.- dove, dopo aver selezionato selezionato Precipitation 9age come 9age come ata *?pe, *?pe, occorre premere il tasto 5eC per ciedere di inserire un nuovo pluviometro di nome Pluviometro#*1.

"ig. 1.3

Apparir" Apparir" quindi nella "inestra 9age nelle "inestra de!!e Co$ponenti Co$ponenti il Pluiometro#1 , tra le Precipitation 9age *ime .eries ata, ata , come riportato nella fig. A1.:, con una serie temporale / *ime .eries0 .eries0 di default ce è quella tra 1 e + gennaio +***.

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"ig. 1.%

(elezion (elezionand ando o la serie serie temporal temporale e nella nella finestra finestra delle delle caratter caratteristic istice e apparira appariranno nno le principa principalili propriet" della stessa serie ce vanno opportunamente settate come mostrato in fig. A1.;

"ig. 1.& 122 / 207



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(elezion (elezionand ando o quindi quindi *ime Dindo% Dindo% è possibile possibile modifica modificare re l'interv l'intervallo allo temporal temporale, e, selezion selezionando ando *able si *able si accede invece alla tabella per l'inserimento l'inserimento dei dati della serie temporale come evidenziato in fig. A1.<. %' poi possibile visualizzare il grafico relativo ai dati immessi premendo il tasto 9rap@, 9rap@, come riportato in fig. A1.=.

"ig. 1.'

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"ig. 1.7

C'EA4I+E C+I4I+I I C+*'+33+

'IE'IME*+ C Condizioni di Controllo (Control .pecification) : &ontrollo#*1

A questo punto è necessario creare le condizio condizioni ni di controllo controllo /Control .pecification .pecification00 ce definiscono l!intervallo temporale della durata ed il passo temporale da utilizzare per la modellazione idrologica ed inserire le serie di dati eventualmente eventualmente necessari per la definizione delle caratteristice del $ode!!o (isico de! )acino e del $ode!!o $eteoro!ogico. +*'+3 . PECIICA*I+ PECIICA*I+ 3E C+I4I+I I C+*'+33+ (C (C +*'+3 )

Dapprima occorre creare una nuova condizione di controllo nella finestra ce appare dopo aver dato il comando Component Component /B Control .pecification .pecification Manager , Manager , come evidenziato in fig. A1.>, nella

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quale quale occorre occorre premere premere il tasto e% !!! !!! e specifica specificare re quindi quindi il nome Controllo#1 Controllo#1 nella successiva finestra ce appare. 5ella 5ella scelta scelta della della durat durata a della della model modellaz lazion ione e occor occorre re consid considera erare re ce ce essa essa deve deve esser essere e sufficientemente pi lunga rispetto alla durata dell!evento, in modo da comprendere, al suo interno, tutta l!onda di piena, dalla formazione fino all!esaurimento della fase discendente dell!idrogramma. Per quanto riguarda il passo temporale, esso verr" scelto in funzione del grado di dettaglio del risultato ce si intende ottenere, ottenere, tenuto conto perE ce un passo temporale troppo corto appesantisce l!esecuzione della simulazione. 5el 5el caso caso in esam esame, e, è stat stato o scel scelto to un passo temporale di 1; min minuti uti ed una una durata durata della della modellazione pari modellazione pari ad un giorno /dalle **** dell!1 gennaio +*** alle **** del + gennaio +***0, come evidenziato nella figura A1.?.

"ig. 1.8

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"ig. 1.#

C'EA4I+E M+E33+ I ACI+

'IE'IME*+ C Modello di acino : )acino#*1 : )acino#*1

All!interno del bacino bacino idrografico idrografico avviene l!intero l!intero processo processo di trasformazione trasformazione afflussiFdeflussi, afflussiFdeflussi, ce viene scematizzato nelle seguenti fasi

− separazione piogge − formazione idrogramma di piena − propagazione dell!idrogramma di piena − deflusso di base

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e quattro fasi suddette si esplicano nei seguenti elementi idrologici

bacino

− separa*ione de!!e piogge − (or$a*ione de!!+onda di piena − de(!usso di )ase tronco

− propaga*ione de!!+onda di piena %! necessario definire, quindi, per ognuno degli elementi idrologici fondamentali ce costituiscono lo scema, il metodo da utilizzare per simulare i fenomeni ce avvengono all!interno dello stesso, e quindi i valori dei parametri previsti dallo stesso metodo. a prima scelta va fatta in funzione della disponibilit" di dati, studi e pubblicazioni presenti nella zona di nostro interesse. 2ccorre dapprima creare un nuovo modello di bacino nella finestra ce appare dopo aver dato il comando Component Component /B asin Model Manager , come evidenziato in fig. A1.1*, nella quale occorre premere il tasto e% !!! e !!! e specificare quindi il nome acino#1 nella acino#1 nella successiva finestra ce appare.

"ig. 1.10

5el caso in esame interessa conoscere la portata uscente dal bacino idrograficoB è sufficiente inserire, di conseguenza, l!elemento idrologico .ottobacino / .ottobacino /.ubbasin .ubbasin00

per simulare il comportamento del bacino idrografico e delle fasi della trasformazione afflussi6deflussi ce in esso avvengono e l'elemento idrologico 9iunzione / 9iunzione /unction unction00 127 / 207



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per simulare l!output del bacino idrografico.

a finestra delle componenti apparir" quindi come riportato in fig. A1.11.

"ig. 1.11

Definito lo scema del modello di bacino idrografico, bisogna implementare nel softCare il modello stesso. Per la scematizzazione della trasformazione afflussi6deflussi, in funzione dei dati disponibili nella zona di nostro interesse, consideriamo opportuno utilizzare i seguenti metodi

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Elemento idolo!i"o

F#$e

Metodo di "#l"olo

(ottobacino

(eparazione delle piogge

Perdita iniziale G costante

Hormaz mazione ione della lla pie piena

Idr Idrogr ogramma mma unit unita ario di &lar &lar 

Deflusso di base

(enza deflusso di base

Metodo di calcolo della pioggia netta (3oss 'ate) I metodi per il calcolo della pioggia netta o efficace simulano il fenomeno ce a luogo durante un evento di pioggia per cui avvengono una serie di perdite /evaporazione, captazione da parte della vegetazione vegetazione e del suolo, infiltrazione, infiltrazione, ecc.0 a seguito delle quali solo una parte della pioggia partecipa effettivamente al deflusso delle acque /runoff0. 5el caso in esame si utilizzi il metodo perdita metodo perdita iniziale F costante costante ce rappresenta l'intercettazione l'intercettazione della della pioggia pioggia da parte parte del suolo, dovuto alla copertur copertura a vegetale vegetale e allo stoccaggio stoccaggio nelle piccole piccole depressioni superficiali, tramite una perdita iniziale. 8utte le altre perdite sono rappresentate da un fattor fattore e costan costante. te. Per la valuta valutazio zione ne dei dei para paramet metri ri I# e % è possibile possibile reperire reperire diversi diversi metodi metodi in letteratura. a determinazione di Bi& invece, viene fatta direttamente attraverso una valutazione della superficie impermeabile del bacino, rappresentato dai centri abitati, rispetto alla superficie totale. &onsideriamo ce, in funzione delle caratteristice del bacino oggetto di studio, si ottengano i seguenti valori dei parametri

−

Perdita iniziale /Initial / Initial 3oss 3oss00 @ Ia @ Ia @ 1* mmB

−

Perdita costante /Constant /Constant 'ate0 'ate0 @ 0 @ @ +* mmB

−

Percentuale di bacino impermeabile / Imperiousness0 Imperiousness 0 @ i @ @ * J.

2ccorrer" quindi inserire tali valori nella finestra riportata in fig. A1.1+

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"ig. 1.12

Metodo per la formazione della piena (*ransform) 8ra i metodi implementati nel softCare per la modellazione del processo di formazione dell!onda di piena in un bacino idrografico, si utilizzi il metodo dell! idrogramma unitario di Clar0 ce riciede la definizione de parametri tempo di concentrazione concentrazione *c e coefficiente di immagazzinamento .c . .c . Per la stima iniziale del parametro T" e S" è possibile trovare diverse formulazioni in letteratura in funzione delle caratteristice del bacino idrografico. &onsideriamo ce, in funzione delle caratteristice del bacino oggetto di studio, si ottengano i seguenti valori dei parametri

−

8empo di concentrazione /*ime / *ime of Concentration0 Concentration 0 @ *c ' 1 ora

−

&oefficiente di immagazzinamento /.torage / .torage Coefficient 0 @ .c ' + ore

2ccorrer" quindi inserire tali valori nella finestra riportata in fig. A1.1-

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"ig. 1.13

Metodo per la simulazione del deflusso di base (aseflo%) Il metodo per la simulazione del deflusso di base va scelto in funzione dei dati disponibili riguardanti il deflusso del bacino idrografico oggetto di studio. Per l!utilizzo corrente del softCare, quando si va ad analizzare il singolo evento di piena in bacini di piccole o medie dimensioni, le cui scematizzazioni non siano particolarmente particolarmente complesse, in genere la componente componente del deflusso di base non è rilevante si sceglier" l!opzione o aseflo% . Per il caso in esame la scematizzazione senza deflusso di base /o aseflo% 0 è adeguata a simulare il comportamento del bacino idrografico e bisogner" inserirla nella simulazione come gi" indicato in fig. A1.11.

C'EA4I+E M+E33+ ME*E+'+3+9IC+

'IE'IME*+ C Modello Meteorologico (Meteorologic Model): eteo#*1

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CORSO HEC-HMS Base – DISPENSE – Catanzaro Gennaio !"# E*E+'+3+9IC M +E3 ) 3 A M+E33A4I+E ME*E+'+3+9ICA (M E*E+'+3+9IC M +E3

A questo punto, bisogna definire, sia in termini spaziali ce temporali, le caratteristice caratteristice dell'evento pluviometrico pluviometrico da utilizzare per sollecitare il bacino idrografico e quindi per valutarne la sua risposta. 9a definito, quindi, il modello meteorologico / meteorologico /Meteorologic Meteorologic Model 0 all!interno del quale va precisato per ogni sottobacino quale metodo di calcolo dello ietogramma di pioggia il programma dovr" utilizzare nella simulazione. simulazione. Il metodo da utilizzare va scelto tra una serie di metodi implementati implementati nel programma in funzione dei dati a disposizione e delle proprie specifice esigenze. 2ccorre dapprima creare un nuovo modello meteorologico nella finestra ce appare dopo aver dato il comando Component /B Meteorologic Model Manager , Manager , come evidenziato in fig. A1.1:, nella quale occorre premere premere il tasto e% !!! e !!! e specificare quindi il nome Meteo#1 nella Meteo#1 nella successiva f inestra ce appare.

"ig. 1.1%

Metodo per la rappresentazione dello ietogramma di pioggia Al fine di procedere alla modellazione idrologica di un bacino idrografico è necessario disporre dei risultati dell'elaborazione statistica delle serie di dati pluviometrici. In genere queste elaborazioni sono state state gi" gi" esegu eseguite ite all'in all'inter terno no del del proge progetto tto 9aluta 9alutazi zione one Piene Piene /9aPi /9aPi00 del del 7.5.D. 7.5.D.&.I &.I.. oppu oppure re dai competenti competenti uffici idrografici. idrografici. 5el caso in esame si utilizza lo Ietogramma definito dall>utente /;ser /;ser -?etograp@0 -?etograp@ 0 da specificare come illustrato in fig. A1.1;. Questo metodo è adatto alle situazioni in cui le condizioni pluviometrice siano siano definibi definibilili per ogni sottoba sottobacino cino attraverso attraverso i dati inseriti inseriti in un'unica un'unica stazione stazione pluviome pluviometrica trica.. In

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questo questo caso, caso, occorre occorre aver prelimin preliminarme armente nte inserito inserito un pluviome pluviometro tro nel modulo *ime&.eries ata Manager .

"ig. 1.1&

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"ig. 1.1'

2ccorre poi specificare su quale modello di bacino è definito il modello meteorologico meteorologico selezionato e questo si fa dalla finestra riportata in fig. A1.1<. Infine bisogna selezionare il pluviometro da utilizzare nella simulazione come mostrato in fig. A1.1=.

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"ig. 1.17

P'EI.P+.I4I+E E A==I+ E33A .IM;3A4I+E

'IE'IME*+ C .imulazione (Compute) : (imulazione#*1 : (imulazione#*1

Dopo aver implementato il modello nelle componenti componenti scematizzazione fisica del bacino, condizioni meteorologice e condizione temporali di controllo, è possibile eseguire la simulazione dell!evento prescelto. %! da sottolineare ce, potendo per uno stesso bacino, predisporre diverse scematizzazioni tanto del modello di bacino bacino quanto quanto di quello quello meteorol meteorologi ogico, co, noncK noncK delle delle condizi condizioni oni di control controllo, lo, una simulazione simulazione è data dalla composizione dei tre moduli suddetti. %! necessario, di conseguenza, definire preliminarmente per ogni simulazione ce si intende avviare la terna

− odello di )acino i − odello eteorologico , 13& / 207



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− &ondizione di controllo - cosiccK una simulazione risulter" in generale costituita da

modello fisico F modello meteorologico F condizioni di controllo

e nel caso in esame da

bacino#1 F meteo#1 F controllo#1

Per far ciE si da il comando comando Compute /B Create .imulation 'un e nei quattro step successivi occorre specificare rispettivamente 1 L nome simulazione .imulazione#1 + F modello fisico acino#1 - F modello meteorologico Meteo#1 : F condizioni di controllo Controllo#1

Predisposta ed avviata, quindi, la simulazione e riscontrato ce non ci sono stati problemi particolari, particolari, non resta ce analizzare i risultati ottenuti.

I*E'P'E*A4I+E I*E'P'E*A4I+E 'I.;3*A*I .IM;3A4I+E

'IE'IME*+ C 'isultati ('esults) : (imulazione#*1 : (imulazione#*1

5ella figura A1.1>, è riportato il grafico dell'idrogramma di piena uscenteB al quale si accede o dal modello di bacino, selezionando la voce 9rap@ ce 9rap@ ce appare dopo aver cliccato con il tasto destro del mouse mouse in corrispo corrisponde ndenza nza del bacino bacino e aver seleziona selezionato to =ie% 'esults G.imulazione#1H G.imulazione#1H , come come indic indicato ato in fig. fig. A1.1? A1.1?,, oppu oppure re selez selezion ionan ando do le caratt caratter erist istic ice e idrau idraulic lice e volut volute e e rela relativ tive e al sottobacino#1 dalla finestra dei isultati come evidenziato in figura A1.+*.

5ella 5ella stessa stessa figur figura, a, nella nella parte parte alta alta della della finest finestra ra è ripor riportat tato o lo ietog ietogram ramma ma di piogg pioggia ia con con evidenziata la pioggia ce non da luogo al deflusso in funzione del metodo di calcolo prescelto per la pioggia netta. 13' / 207



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"ig. 1.18

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"ig. 1.1#

"ig. 1.20

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