In this thesis, the aim is to simulate the hydrological response of the Mallero basin in order to see how it changes if the precipitation is solid or liquid, taking into account topography and morphology, through an agent-based model software, Netlogo. The basin’s response will be defined for a synthetic rainfall event, since the simulation of a real precipitation event would require a computational cost too expensive for the software. To define the movement of the drop towards the closing section, the model requires as input a spatially distributed flow velocity map. Furthermore, a different speed is taken into account in case of a slope or channel cell. The final goal is the calculation of the time taken by the drop to reach the closing section, so at each time it is necessary to calculate the effective displacement of the drop. Later on, it was decided to insert the temperature, as a fundamental driver both for the solid and the liquid partition of the precipitation, and for the snow melt. This requires the use of ground data for the calibration of the temperature lapse rate, and of snow data paired with temperature data for the estimation of the degree hours factor. The dynamics of the snow mantle inside the model is simplified, because it neglects the phenomena of compaction and metamorphism of the snow. To define the movement of a particle falling as snow it was decided to use a "top-down" approach: a snowy particle is trapped in the same mantle until the whole snowpack above has melted. The correct definition of the outflow formation in a snow dominated basin has therefore allowed to define the response functions not only to a precipitation-only event but also to mixed or totally solid events. Therefore, the fundamental element is the temperature, since it establishes the solid liquid partition of precipitation and governs the fusion process. With this model, in fact, it is also possible to evaluate how the response function can be modified in climate change scenarios.

Lo scopo del presente lavoro di tesi è quello di simulare la risposta del bacino idrologico del torrente Mallero e di vedere come questa cambia in funzione della partizione solido liquida della precipitazione, tenendo conto della topografia e della morfologia, tramite un software di modellazione ad agente, Netlogo. La risposta del bacino sarà definita in funzione di un evento di sollecitazione sintetico unitario, poiché la simulazione di un evento di precipitazione reale richiederebbe un costo computazionale troppo oneroso per il software. Per definire il movimento della goccia verso la sezione di chiusura il modello richiede in input una mappa di velocità di flusso spazialmente distribuita, che deve essere definita a priori. Inoltre, si tiene conto della differente velocità di scorrimento nel caso di cella di versante o di canale. L’obiettivo finale è quello del calcolo del tempo impiegato dalla goccia a giungere alla sezione di chiusura, quindi ad ogni istante temporale è necessario calcolare l’effettivo spostamento della goccia. In un secondo tempo, si è deciso di inserire anche la temperatura, come driver fondamentale sia per la partizione solido liquida della precipitazione, sia per la fusione nivale. Questo richiede l’utilizzo di dati a terra per la calibrazione del temperature lapse rate, e di dati nivometrici accoppiati a quelli di temperatura per la stima del degree hours factor. La dinamica del manto nivale inserita all’interno del modello è semplificata, perché trascura i fenomeni di compattazione e metamorfismo della neve. Per definire il movimento di una particella caduta come neve si è deciso di utilizzare un approccio di “fusione dall’alto”, nel senso che una particella nevosa resta intrappolata nel manto stesso fintantoché non si è fuso tutto lo snowpack al di sopra di essa. La corretta definizione della formazione del deflusso in un bacino snow dominated ha quindi permesso di definire le funzioni di risposta non solo ad un evento di sola precipitazione ma anche ad eventi misti o totalmente solidi. Pertanto, l’elemento fondamentale è la temperatura, poiché essa stabilisce la partizione solido liquida della precipitazione e governa il processo di fusione. Con questo modello, infatti è possibile valutare anche come possa cambiare la funzione di riposta in scenari di cambiamento climatico.

Un modello agent-based per lo studio della risposta idrologica di un bacino snow-dominated

VITTURA, VALENTINA
2017/2018

Abstract

In this thesis, the aim is to simulate the hydrological response of the Mallero basin in order to see how it changes if the precipitation is solid or liquid, taking into account topography and morphology, through an agent-based model software, Netlogo. The basin’s response will be defined for a synthetic rainfall event, since the simulation of a real precipitation event would require a computational cost too expensive for the software. To define the movement of the drop towards the closing section, the model requires as input a spatially distributed flow velocity map. Furthermore, a different speed is taken into account in case of a slope or channel cell. The final goal is the calculation of the time taken by the drop to reach the closing section, so at each time it is necessary to calculate the effective displacement of the drop. Later on, it was decided to insert the temperature, as a fundamental driver both for the solid and the liquid partition of the precipitation, and for the snow melt. This requires the use of ground data for the calibration of the temperature lapse rate, and of snow data paired with temperature data for the estimation of the degree hours factor. The dynamics of the snow mantle inside the model is simplified, because it neglects the phenomena of compaction and metamorphism of the snow. To define the movement of a particle falling as snow it was decided to use a "top-down" approach: a snowy particle is trapped in the same mantle until the whole snowpack above has melted. The correct definition of the outflow formation in a snow dominated basin has therefore allowed to define the response functions not only to a precipitation-only event but also to mixed or totally solid events. Therefore, the fundamental element is the temperature, since it establishes the solid liquid partition of precipitation and governs the fusion process. With this model, in fact, it is also possible to evaluate how the response function can be modified in climate change scenarios.
ACCATINO, FRANCESCO
BONGIO, MARCO
ING I - Scuola di Ingegneria Civile, Ambientale e Territoriale
16-apr-2019
2017/2018
Lo scopo del presente lavoro di tesi è quello di simulare la risposta del bacino idrologico del torrente Mallero e di vedere come questa cambia in funzione della partizione solido liquida della precipitazione, tenendo conto della topografia e della morfologia, tramite un software di modellazione ad agente, Netlogo. La risposta del bacino sarà definita in funzione di un evento di sollecitazione sintetico unitario, poiché la simulazione di un evento di precipitazione reale richiederebbe un costo computazionale troppo oneroso per il software. Per definire il movimento della goccia verso la sezione di chiusura il modello richiede in input una mappa di velocità di flusso spazialmente distribuita, che deve essere definita a priori. Inoltre, si tiene conto della differente velocità di scorrimento nel caso di cella di versante o di canale. L’obiettivo finale è quello del calcolo del tempo impiegato dalla goccia a giungere alla sezione di chiusura, quindi ad ogni istante temporale è necessario calcolare l’effettivo spostamento della goccia. In un secondo tempo, si è deciso di inserire anche la temperatura, come driver fondamentale sia per la partizione solido liquida della precipitazione, sia per la fusione nivale. Questo richiede l’utilizzo di dati a terra per la calibrazione del temperature lapse rate, e di dati nivometrici accoppiati a quelli di temperatura per la stima del degree hours factor. La dinamica del manto nivale inserita all’interno del modello è semplificata, perché trascura i fenomeni di compattazione e metamorfismo della neve. Per definire il movimento di una particella caduta come neve si è deciso di utilizzare un approccio di “fusione dall’alto”, nel senso che una particella nevosa resta intrappolata nel manto stesso fintantoché non si è fuso tutto lo snowpack al di sopra di essa. La corretta definizione della formazione del deflusso in un bacino snow dominated ha quindi permesso di definire le funzioni di risposta non solo ad un evento di sola precipitazione ma anche ad eventi misti o totalmente solidi. Pertanto, l’elemento fondamentale è la temperatura, poiché essa stabilisce la partizione solido liquida della precipitazione e governa il processo di fusione. Con questo modello, infatti è possibile valutare anche come possa cambiare la funzione di riposta in scenari di cambiamento climatico.
Tesi di laurea Magistrale
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Utilizza questo identificativo per citare o creare un link a questo documento: https://hdl.handle.net/10589/146540