Comparitive evaluation of hydrodynamic modelling approaches for flood risk evaluation

Flood hazard modeling plays a crucial role in assessing flood risks and informing mitigation strategies, particularly in regions vulnerable to extreme hydrological events. The hydraulic hazard is evaluated using a preferred computational tool, this thesis has been instead aimed at comparing the results one obtains from different tools. Three different modeling tools were used: iRIC-Nays2DFlood, iRIC-Mflow, and LISFLOOD-FP. For LISFLOOD-FP, various configurations were applied, including LISFLOOD-ACC-40, LISFLOOD-ACC-5, LISFLOOD-SUB, and LISFLOOD-SUPER. To support analysis, a reach of the Adda River in northern Italy was used. Analyzing model performance in predicting flood depth, flood extension, and velocity and comparing results were the main goals of this study. The models were assessed by comparing their predicted flood depths with previous simulations from River2D and their simulated flood extents with flood scenario maps from the Po River Basin Authority for Flood Risk Management. Furthermore, bed elevation, water surface elevation and velocity evaluations in cross section studies were compared to investigate differences between the models in more detail. Fully 2D models, such as iRIC-Nays2DFlood and Mflow, provided the most detailed hydrodynamic results, particularly in velocity representation. On the other hand, LISFLOOD-FP models showed effective computational performance, especially LISFLOOD-SUPER, which captured important flood characteristics with a significantly shorter computation time than fully 2D solvers. The study highlights the importance of carefully selecting a model, as the significant variations in results across different models reveal the high level of uncertainty embedded in using various solvers.

La modellazione del rischio di alluvione svolge un ruolo cruciale nella valutazione dei rischi alluvionali e nella definizione di strategie di mitigazione, soprattutto nelle regioni vulnerabili a eventi idrologici estremi. L'hazard idraulico viene solitamente valutato utilizzando uno strumento computazionale preferito, mentre questa tesi ha invece mirato a confrontare i risultati ottenuti da diversi strumenti. Sono stati utilizzati tre diversi strumenti di modellazione: iRIC-Nays2DFlood, iRIC-Mflow e LISFLOOD-FP. Per LISFLOOD-FP sono state applicate diverse configurazioni, tra cui LISFLOOD-ACC-40, LISFLOOD-ACC-5, LISFLOOD-SUB e LISFLOOD-SUPER. Per supportare l'analisi, è stato utilizzato un tratto del fiume Adda, nel nord Italia. Gli obiettivi principali di questo studio sono stati analizzare le prestazioni dei modelli nella previsione della profondità dell'alluvione, dell'estensione dell'inondazione e della velocità, nonché confrontare i risultati. I modelli sono stati valutati confrontando le profondità d’acqua previste con le simulazioni precedenti di River2D e le loro estensioni di inondazione con le mappe degli scenari di alluvione fornite dall’Autorità di Bacino del Fiume Po per la Gestione del Rischio Alluvionale. Inoltre, sono state eseguite analisi delle sezioni trasversali per confrontare l’elevazione del letto, l’elevazione della superficie dell’acqua e le valutazioni della velocità, al fine di esaminare più in dettaglio le differenze tra i modelli. I modelli completamente 2D, come iRIC-Nays2DFlood e Mflow, hanno fornito i risultati idrodinamici più dettagliati, in particolare per quanto riguarda la rappresentazione della velocità. D'altra parte, i modelli LISFLOOD-FP hanno mostrato un'elevata efficienza computazionale, soprattutto LISFLOOD-SUPER, che è stato in grado di catturare importanti caratteristiche delle alluvioni con un tempo di calcolo significativamente inferiore rispetto ai solutori completamente 2D. Lo studio evidenzia l'importanza di selezionare attentamente un modello, poiché le variazioni significative nei risultati tra i diversi modelli rivelano l'alto livello di incertezza introdotto dall'uso di diversi solutori.