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Armando Brath

Professore ordinario

Dipartimento di Ingegneria Civile, Chimica, Ambientale e dei Materiali

Settore scientifico disciplinare: ICAR/02 COSTRUZIONI IDRAULICHE E MARITTIME E IDROLOGIA

Temi di ricerca

Parole chiave: DIFESA DAL RISCHIO IDRAULICO CURVE DI DURATA DELLE PORTATE BACINI NON STRUMENTATI MODELLISTICA AFFLUSSI-DEFLUSSI MODELLISTICA DI ALLAGAMENTO

Le linee di ricerca attive abbracciano un'ampia rosa di tematiche idrologiche e idrauliche: 1) analisi dei processi idrologici dominanti nella formazione dei deflussi fluviali finalizzate alla classificazione dei bacini idrografici; 2) tecniche statistiche di stima di valori di portata, o di altezze di pioggia di durata assegnata associati ad una prefissata frequenza probabile; 3) modelli afflussi-deflussi per il preannuncio idrologico: affidabilità di modellistica concettuale e black-box al variare dell'anticipo temporale di previsione; 4) analisi numerico-sperimentali che affrontano problematiche ricorrenti della modellistica idraulica monodimensionale (1D), quasi-bidimensionale (quasi-2D) e bidimensionale (2D) di moto vario per correnti a pelo libero; 5) messa a punto di modelli numerici di allagamento attraverso l'impiego combinato di rilievi laser-scanning e mappatura delle aree inondate.
Linea 1): le indagini in corso si propongono di pervenire ad una miglior comprensione dei processi che dominano la formazione dei deflussi superficiali attraverso la simulazione idrologica o l'impiego di tecniche di analisi multiregressiva. Il fine è quello di porre le basi per lo sviluppo di metodi di stima affidabili e statisticamente robusti da utilizzare per la valutazione indiretta dei deflussi di magra e di piena con assegnata frequenza probabile in corrispondenza di sezioni fluviali non strumentate, o dotate di serie storiche di lunghezza assai limitata. Le attività di ricerca descritte sono condotte con riferimento ad un insieme di bacini idrografici localizzati all'interno di una vasta area geografica ricadente nelle regioni Emilia-Romagna, Marche e Abruzzo. Linea 2): La presente linea di ricerca si concentra sul perfezionamento delle procedure di stima di uso consolidato e sulla messa a punto e sulla verifica di tecniche innovative, che siano impiegabili in siti caratterizzati dalla limitatezza (assenza) di osservazioni dirette della grandezza idrologica di interesse. Con riferimento alla valutazione della portata di progetto in sezioni non strumentate, le attività in corso sono rivolte all'analisi delle reali possibilità di impiego pratico di stimatori grafici quali le curve inviluppo probabilistiche delle portate al colmo di piena, recentemente proposte in letteratura dai componenti del gruppo di ricerca. Linea 3): Nel contesto del preannuncio idrologico basato su modelli afflussi-deflussi, assume cruciale importanza la capacità del modello di mantenere una ragionevole affidabilità delle previsioni all'allungarsi dell'orizzonte temporale di riferimento. Infatti, la messa in opera di efficaci misure di mitigazione del rischio richiede la disponibilità di anticipi temporali delle previsioni sufficientemente ampi. Un secondo fondamentale aspetto riguarda la valutazione dei requisiti minimi di disponibilità di dati idrometeorologici storici necessari per la parametrizzazione del modello: il problema è particolarmente importante per i modelli “a scatola chiusa” che non tentano una riproduzione dei processi idrologici ma si basano esclusivamente sulle informazioni ritraibili dai dati di calibrazione. In tale ottica, l'attività di ricerca analizza le capacità predittive di modelli black-box basati su reti neurali e di modelli di tipo concettuale, confrontandone le prestazioni all'allungarsi dell'orizzonte temporale del preannuncio ed esaminando l'influenza del periodo utilizzato nella procedura di calibrazione. Linea 4): Le moderne tecniche di rilievo topografico di tipo laser-scanning (LiDAR) consentono di pervenire ad una precisa definizione della topografia del corso d'acqua naturale e permettono di affrontare diverse problematiche connesse alla modellistica numerica 1D e quasi-2D. In particolare, le attività di indagine in corso in questo ambito impiegano modelli digitali delle quote del terreno ad elevata risoluzione ricavati per complessi sistemi fluvio-golenali, a partire dai quali vengono implementati modelli 1D o quasi-2D basati su diverse discretizzazioni della geometria dell'alveo. Il fine è quello di ottenere, attraverso simulazione numerica, utili indicazioni riguardo a due questioni frequentemente dibattute in ambito scientifico. La prima è relativa al problema del miglioramento dell'efficacia nella laminazione dei deflussi di piena attraverso diverse strategie di gestione delle aree golenali (c.d. scelta fra golene aperte, golene chiuse e golene a riempimento programmato). Il secondo è invece relativo all'identificazione di linee guida da utilizzare nella definizione del rilievo topografico ottimale per l'implementazione e l'utilizzo di modelli idraulici 1D e quasi-2D (c.d. distanza minima tra le sezioni trasversali e loro giacitura ottimale in pianta). Le analisi mirano ad integrare le indicazioni presenti in letteratura relativamente ai problemi specificati, che ad oggi appaiono lacunose e talvolta contraddittorie. Con riferimento alla modellazione 2D dei fenomeni di allagamento, nell'ambito del "Progetto strategico per il miglioramento delle condizioni di sicurezza idraulica dei territori di pianura lungo l'asta principale del fiume Po" - Autorità di Bacino Fiume Po- sono allo studio indagini rivolte a identificare: (1) valutazione dell'intensità idraulica connessa a scenari di rottura arginale per la valutazione e gestione del rischio residuale in fascia C; (2) indagine sugli effetti della laminazione controllata delle piene al limite di prevedibilità all'esterno delle arginature maestre. Linea 5): La possibilità di implementare un'affidabile modellistica di allagamento è condizionata dalla possibilità di disporre di idonee informazioni idrologiche e da quella di rappresentare adeguatamente il dominio spaziale in cui evolve il fenomeno. Un notevole impulso in tal senso è stato dato recentemente dalle moderne tecniche di rilievo topografico precedentemente descritte (v. Linea 4) e dalle mappature delle aree inondate realizzate attraverso algoritmi di elaborazione delle immagini ASAR (Airborne Synthetic Aperture Radar). Le attività di ricerca in corso sono tese a valutare la capacità di riproduzione delle aree inondate durante eventi alluvionali realmente osservati di differenti codici di calcolo bidimensionali che utilizzano schematizzazioni agli elementi finiti o ai volumi finiti, implementati sulla scorta di una topografia LiDAR e calibrati utilizzando le sole informazioni desumibili da mappature ASAR delle aree inondate di elevata risoluzione.