Simulazione della scabrezza della vegetazione arborea con un modello monodimensionale applicato al fiume Piave

The presence of vegetation in a fluvial context is very relevant, concerning flow resistance. Thus, floodplain vegetation roughness estimation is vital for the correct forecasting of flood levels and the consequent activities of river management, especially those aimed at flood risk mitigation. For this purpose, this thesis shows an update of a 1D model called “Riverflow”: this software, developed in 2011 in Di Stefano’s master thesis in Politecnico di Milano, allows to perform 1D steady flow and unsteady flow simulations, based on Todini and Bossi’s Parabolic and Backwater method (PAB). Riverflow is able to lead to time-wise estimates of water levels, without excessively degrading the reliability of the results with respect to models which solve the De Saint-Venant system of equations. Firstly, the current-version Riverflow reliability is assessed, by comparing the software’s estimates to those obtained with the well-known software HEC-RAS using data of the Piave River, located in the Veneto region in Italy. This assessment is performed both for steady flow and unsteady flow conditions. Moreover, a focus on the influence on water levels of bridges across the river is presented, along with a brief comparison of two different computation approaches to this problem in HEC-RAS. Secondly, the reliability of estimated water surface profiles and hydraulic levels vs-time in the fluvial transversal sections is assessed by multiple HEC-RAS simulations and by comparing its estimates with measured levels on the Piave River. Then, manual and automatic calibration procedures for floodplain hydraulic roughness are performed trying to adapt the estimates to the measures. Then, the implementation in Riverflow of the literature models of Lindner (1982), Huthoff et al. (2007) and Baptist et al. (2007) for vegetation roughness estimation is presented. The results are shown both for steady and unsteady flow computations. Concerning steady flow, a simple sensitivity analysis is performed, while for unsteady flow simulations a comparison of the obtained diagrams with the previously manual and automatic calibration results is conducted.

La presenza di vegetazione in ambito fluviale è molto rilevante per quanto riguarda la resistenza al flusso della corrente: la stima della scabrezza dovuta alla vegetazione golenale risulta perciò fondamentale per la corretta previsione dei livelli di piena e per le conseguenti attività di gestione del fiume, specialmente quelle volte alla mitigazione del rischio alluvionale. A tal proposito, questa tesi mostra l’aggiornamento di un precedentemente sviluppato modello monodimensionale, denominato “Riverflow”: questo software, sviluppato nel 2011 nella tesi di laurea magistrale di Di Stefano presso il Politecnico di Milano, permette la simulazione monodimensionale di moto permanente e di moto vario, basata sul metodo Parabolic and Backwater (PAB) di Todini e Bossi (1986). Riverflow è in grado di offrire una buona rapidità di calcolo dei livelli idrometrici, senza penalizzare eccessivamente l’affidabilità dei risultati, se paragonati a quelli di modelli che risolvono il sistema di equazioni di De Saint-Venant. In primo luogo, viene verificata l’affidabilità dell’attuale versione di Riverflow, tramite il confronto delle stime del software con quelle del noto e diffuso HEC-RAS, utilizzando dati relativi al fiume Piave, situato nella regione Veneto in Italia. Tale analisi è effettuata sia per condizioni di moto permanente che di moto vario. Inoltre, segue un breve approfondimento riguardo all’influenza sui livelli idrometrici dei ponti con pile in alveo e un confronto tra due diversi approcci di calcolo per tale problema utilizzabili in HEC-RAS. In secondo luogo, viene analizzata l’affidabilità di stima dei profili di moto e dei livelli raggiunti nel tempo nelle sezioni fluviali, attraverso simulazioni di HEC-RAS e tramite il confronto con misure di livello da stazioni idrometriche sul Piave. In seguito, si cerca l’adattamento tra le stime e le misure attraverso procedure di calibrazione manuale e automatica della scabrezza idraulica. Infine, si mostra l’implementazione in Riverflow dei modelli di letteratura di Lindner (1982), Huthoff et al. (2007) e Baptist et al. (2007) per la stima della scabrezza della vegetazione. I risultati sono ottenuti sia per il moto permanente sia per il moto vario. Per quanto riguarda il moto permanente, è stata eseguita una semplice analisi di sensitività, mentre per il moto vario viene mostrato un confronto tra le stime ottenute e i precedenti risultati delle calibrazioni manuale e automatica.