Estrazione bidimensionale dei reticoli idrografici da modelli digitali del terreno ad alta risoluzione. - Development of Hydrodynamic Models for integrated river basin mAnagement

L’attività di ricerca è finalizzata a superare l’approccio tradizionalmente seguito nell’estrazione dei reticoli idrografici da modelli digitali del terreno. In particolare, considerata l’espansione longitudinale e laterale dei reticoli dovute alle fluttuazioni stagionali delle portate, l’assunzione classica che schematizza le reti fluviali come uno scheletro costituito da linee prive di larghezza, fisse nel tempo, può risultare limitante. L’innovazione introdotta dai prodotti scientifici di questa linea di ricerca è rappresentata dal concetto di reticolo idrografico bidimensionale, la cui evoluzione nel tempo è determinata da eventi meteorici di riferimento.

Tradizionale reticolo idrografico caratterizzato da uno scheletro di linee senza spessore (a) e concezione delle reti fluviali bidimensionali come serie di punti (net-points) che descrivono nel loro insieme anche la larghezza dei corsi d’acqua.
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Le tecniche di generazione delle reti bidimensionali, e più generale il nuovo approccio dell’analisi del paesaggio fluviale, consentono di individuare differenti caratteristiche geomorfologiche e idrografiche all’interno del bacino, aprendo nuove prospettive per le analisi eco-idrologiche e idrauliche.

Leggi di scala che caratterizzano la struttura bidimensionale dei reticoli idrografici da un punto di vista idraulico. E’ possibile identificare un valore soglia sulle altezze di ruscellamento superficiale per distinguere le reti di canali (channel network – CN) dalle aree del bacino in cui si somma anche lo scorrimento di versante (hillslope plus channel network, HCN).
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La solidità fisica dell’interpretazione bidimensionale dei reticoli è fornita dagli spettri multifrattali che descrivono le proprietà geometriche delle reti fluviali così generate.

Spettri multifrattali dei net-points generati dall’approccio idrodinamico.
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L’approccio presentato è stato in grado di fornire con grande accuratezza la localizzazione delle teste di canale osservate.

Net−points simulati dall’approccio proposto e confronto con le teste di canale rilevate da osservazioni di campo (cerchi arancioni) e con il reticolo estratto da un metodo avanzato di estrazione dei reticoli idrografici da DEM (linee verdi).
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Le leggi di scala precedentemente dedotte con riferimento a valori soglia sulle altezze di scorrimento superficiale possono essere più efficacemente da omologhe riferite alle portate unitarie che defluiscono nel reticolo per un assegnato evento meteorico.

Leggi di scala che caratterizzano la struttura bidimensionale dei reticoli idrografici da un punto di vista idrodinamico E’ possibile identificare un valore soglia sulle portate unitarie per distinguere le reti di canali (channel network – CN) dalle aree del bacino in cui si somma anche lo scorrimento di versante (hillslope plus channel network, HCN). Per saperne di più. — Leggi di scala che caratterizzano la struttura bidimensionale dei reticoli idrografici da un punto di vista idrodinamico E’ possibile identificare un valore soglia sulle portate unitarie per distinguere le reti di canali (channel network – CN) dalle aree del bacino in cui si somma anche lo scorrimento di versante (hillslope plus channel network, HCN).
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Ciò consente di fornire ulteriori interpretazioni fisiche alle leggi scala idrodinamiche, in termini di capacità di espansione del reticolo in funzione della variabilità idrodinamica all’interno del reticolo stesso.

*Interpretazione fisica della capacità di espansione del reticolo idrografico in funzione della variabilità idrodinamica.*
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Le leggi di scala bimodali precedentemente introdotte possono essere generalizzate e interpretate secondo un quadro di gerarchizzazione idrodinamica.

Il dominio che caratterizza l’area di interesse del reticolo idrografico, variabile nel tempo in base al regime delle portate, non solo può essere scomposto da quello di versante ma ulteriormente suddiviso in sotto domini, ognuno dei quali associati a specifiche caratteristiche geomorfologiche, identificati dai cosiddetti IPD (inundation pattern domains). La composizione progressiva di IPDs fornisce l’intera struttura dei percorsi di corrente in alveo (channel flow), nelle aree golenali e sui versanti.

Differenza tra approccio bimodale e multimodale per l’analisi della struttura bidimensionale dei reticoli idrografici. Sulla base delle leggi di scala idrodinamiche, è possibile identificare progressivamente domini differenti (IPDs), la cui composizione genera l’intero reticolo.
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Quadro di gerarchizzazione idrodinamico per l’individuazione di IPD, la cui aggregazione genera le celle idrodinamicamente attive (HAC) che identificano la struttura bidimensionale del reticolo ad un determinato livello gerarchico — Quadro di gerarchizzazione idrodinamico per l’individuazione di IPD, la cui aggregazione genera le celle idrodinamicamente attive (HAC) che identificano la struttura bidimensionale del reticolo ad un determinato livello gerarchic.
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*Esempio di applicazione della metodologia per l’analisi della struttura bidimensionale dei reticoli idrografici, suddividendo per via idrodinamica i vari elementi presenti nella rete di drenaggio.*
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L’eterogeneità degli IPD può essere anche utilizzata per introdurre un indice sintetico rappresentativo della suscettibilità di una rete di canali ad espandersi o contrarsi in funzione del regime delle portate. Tale indice, ottenuto come media pesata di indici definiti a scala di tratto, in cui si stima la variabilità degli IPD, si è rivelato essere fortemente correlato all’esponente beta della legge di potenza tra area del reticolo idrografico e runoff alla sezione di chiusura.

*Ruolo del coefficiente β come descrittore specifico di ogni bacino rappresentativo della capacità di espansione/contrazione di un reticolo idrografico in funzione del regime delle portate.*
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Variabilità degli IPDs a scala di tratto (Hj) come misura sintetica della suscettibilità di una rete idrografico di espandersi/contrarsi in funzione del regime delle portate (Hj->0, tratti soggetti a espansione limitata, Hj->1, tratti soggetti a forse espansione.
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Altri istituti coinvolti nella ricerca:

U.S. Geological Survey, Center of Excellence for Geospatial Information Science, Rolla, MO, United States