Flash floods are natural phenomena capable of causing significant physical as well as socio-economic damage to our society. Flash flood events in mountain environments are often related to the transport of considerable amounts of sediments from the steep slopes through the stream network. As a consequence, significant morphological changes may occur in rivers during a single, short-duration event, possibly increasing the flood risk. In recent years the study of the sediment transport phenomenon through mathematical and numerical models that implement the water-sediment coupling has become increasingly significant. However, the definition of these models requires several parameters that, especially in a complex environment as the mountain riverbeds, are often difficult to determine. In this respect, the present thesis work is focused on modelling an event-scale water and sediment transport process for the reference case study of the Fus stream basin in the Italian Alps. The main purpose is to produce a hydraulic model of the flash flood event occurred in the Fus Valley in June 2019 with severe impacts in the downstream urban area, to obtain appropriate modelling guidelines for similar cases. This work first gives an overview of the Fus stream basin context and analyses the collected data relative to the flood events that affected the watercourse in the past. Then the topographic reconstruction of the area of interest is presented through an aerial photogrammetric survey. A rainfall analysis of the 2019 event is performed starting from the available rain gauges data and the reference hydrographs for the case study are computed using a rainfall-runoff model. The sediment yield involved in the analysed event is estimated through semi-empirical methods, and the volume deposited over the studied channel reach is measured comparing the pre and the post event DEMs. The suitability of the Basement and the HEC-RAS numerical codes to model the morphological evolution of the riverbed is assessed for synthetic channels. Therefore, hydraulic analyses are set up and performed in the studied stretch, calibrating the main parameters of the model to the reference post-event riverbed elevation by comparing the outcomes in terms of sediment deposition profiles. In addition, an attempt of mud and debris flow two-dimensional model is presented to assess its efficiency in the estimation of the morphologic evolution for the studied event. The validity and the importance of the interpretation of the obtained results is finally discussed.
Le alluvioni sono fenomeni naturali in grado di causare significativi danni fisici e socioeconomici alla nostra società. Gli eventi alluvionali in ambienti montani sono spesso associati al trasporto, attraverso i corsi d'acqua, di notevoli quantità di sedimenti provenienti dai ripidi pendii delle valli. Conseguentemente, anche nella breve durata di un singolo evento si può verificare una significativa evoluzione morfologica negli alvei fluviali, aumentando verosimilmente il rischio di esondazione. Negli ultimi anni lo studio dei fenomeni di trasporto solido tramite modelli matematici e numerici che implementano l’accoppiamento acqua-sedimenti è diventato sempre più rilevante. Tuttavia, per definire questi modelli sono necessari diversi parametri che sono spesso difficili da definire, soprattutto in ambienti complessi quali gli alvei montani. A tal proposito, il presente lavoro di tesi è incentrato sulla modellazione a scala di evento di un processo di trasporto misto di acqua e sedimenti per il caso studio del bacino del torrente Fus nelle Alpi italiane. Lo scopo principale è la modellazione idraulica dell'evento alluvionale verificatosi nella Valle della Fus nel giugno 2019 con gravi danni nell'area urbana di valle. In primo luogo, il presente studio fornisce una panoramica del contesto del bacino del torrente Fus ed analizza i dati raccolti in relazione agli eventi alluvionali che hanno interessato il corso d’acqua in passato. In seguito, viene presentata la ricostruzione topografica dell'area di interesse attraverso un rilievo aerofotogrammetrico. Viene eseguita un'analisi delle precipitazioni relative all'evento del 2019 partendo dai dati pluviometrici disponibili e si utilizza un modello di deflusso delle precipitazioni per calcolare gli idrogrammi di riferimento per il caso studio. Il volume dei sedimenti coinvolto nell'evento analizzato è stimato attraverso metodi semi-empirici, mentre il volume depositato sul tratto di canale studiato è misurato confrontando i DEM pre e post evento. L'abilità dei codici numerici Basement e HEC-RAS nel modellare l'evoluzione morfologica dell'alveo è valutata nel caso di canali sintetici. Successivamente sono impostate ed eseguite le analisi idrauliche nel tratto oggetto di studio, calibrando i principali parametri del modello alla quota di riferimento dell'alveo post-evento, confrontando i risultati in termini di profili di deposizione dei sedimenti. Inoltre, viene presentato un tentativo di modello bidimensionale di flusso di fango e detriti per valutare la sua efficacia nella stima dell'evoluzione morfologica per l'evento analizzato. Infine, sono discusse la validità e l'importanza dell'interpretazione dei risultati ottenuti.
Flash floods with intense sediment transport in mountain areas : a model of the June 2019 event in the Fus valley
Pomoni, Federica
2020/2021
Abstract
Flash floods are natural phenomena capable of causing significant physical as well as socio-economic damage to our society. Flash flood events in mountain environments are often related to the transport of considerable amounts of sediments from the steep slopes through the stream network. As a consequence, significant morphological changes may occur in rivers during a single, short-duration event, possibly increasing the flood risk. In recent years the study of the sediment transport phenomenon through mathematical and numerical models that implement the water-sediment coupling has become increasingly significant. However, the definition of these models requires several parameters that, especially in a complex environment as the mountain riverbeds, are often difficult to determine. In this respect, the present thesis work is focused on modelling an event-scale water and sediment transport process for the reference case study of the Fus stream basin in the Italian Alps. The main purpose is to produce a hydraulic model of the flash flood event occurred in the Fus Valley in June 2019 with severe impacts in the downstream urban area, to obtain appropriate modelling guidelines for similar cases. This work first gives an overview of the Fus stream basin context and analyses the collected data relative to the flood events that affected the watercourse in the past. Then the topographic reconstruction of the area of interest is presented through an aerial photogrammetric survey. A rainfall analysis of the 2019 event is performed starting from the available rain gauges data and the reference hydrographs for the case study are computed using a rainfall-runoff model. The sediment yield involved in the analysed event is estimated through semi-empirical methods, and the volume deposited over the studied channel reach is measured comparing the pre and the post event DEMs. The suitability of the Basement and the HEC-RAS numerical codes to model the morphological evolution of the riverbed is assessed for synthetic channels. Therefore, hydraulic analyses are set up and performed in the studied stretch, calibrating the main parameters of the model to the reference post-event riverbed elevation by comparing the outcomes in terms of sediment deposition profiles. In addition, an attempt of mud and debris flow two-dimensional model is presented to assess its efficiency in the estimation of the morphologic evolution for the studied event. The validity and the importance of the interpretation of the obtained results is finally discussed.| File | Dimensione | Formato | |
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