La verifica idraulica di un corso d'acqua è un'operazione resa complessa dalle tante variabili ambientali in gioco. Inizia con la definizione delle portate di piena, relative ai rispettivi tempi di ritorno, prevedibili in base al regime pluviometrico locale ed alle caratteristiche del bacino.

Per portata, è noto, si intende il volume di fluido che nell'unità di tempo passa attraverso una certa sezione. La portata di massima piena, che è quella che riveste un notevole interesse ai fini della previsione degli eventi calamitosi, è quella che si verifica in coincidenza della pioggia critica, la precipitazione cioè che ha durata pari al tempo di corrivazione del bacino. Inoltre il tempo di ritorno della pioggia critica deve essere uguale al tempo di ritorno della portata di massima piena.

Diverse metodologie vengono utilizzate per calcolare il tempo di corrivazione. Per tale motivo le portate "accettabili" verranno calcolate in base ai dati morfometrici rilevati (pendenza, geometria delle sezioni, scabrezza, ecc.).

Tipi di Moto nei Corsi d'Acqua

Esistono diversi tipi di moto che possono essere simulati nei software idraulici:

  1. Moto Uniforme: Se si ipotizza un flusso con velocità, densità e pressione costanti in tutti i punti della sezione e per tutto l'intervallo di tempo considerato. E' una condizione prettamente teorica alla quale tuttavia si approssimano certi canali artificiali o certe condotte idrauliche.
  2. Moto Permanente: Le caratteristiche del flusso sono variabili nei diversi punti della sezione ma costanti nel tempo.
  3. Moto Vario: In questo caso le caratteristiche del flusso sono variabili sia nel tempo che nello spazio. Tale tipo di flusso, che si verifica tipicamente in condizioni di apertura e chiusura di opere di captazione e/o regolazione ovvero, ad esempio, in condizioni di brusca ostruzione del flusso, è descritto tramite le equazioni differenziali di Saint Venant.

Il calcolo è evidentemente piuttosto complesso a causa delle numerose variabili in gioco.

Software di Simulazione Idraulica a Confronto

HEC-RAS

HEC-RAS (River Analysis System) è un software per lo studio idraulico dei sistemi fluviali. HEC-RAS è un software di pubblico dominio, sviluppato tra il 1995 ed il 2016. È progettato per simulare il moto dell'acqua in corsi d’acqua naturali o canali artificiali e fornisce un insieme completo di strumenti per l'analisi e la previsione del moto delle correnti a pelo libero. Consente inoltre di modellare fenomeni idraulici complessi, come la propagazione delle piene, il trasporto solido, e i fenomeni di inondazione. In HEC-RAS è possibile effettuare simulazioni in diversi regimi di moto, tra cui il moto uniforme, moto permanente e moto vario. Il programma consente il calcolo sia monodimensionale che bidimensionale (funzione presente per la prima volta in Hec-Ras a partire dalla versione 5.0) del profilo idraulico, sia per corsi d'acqua naturali che artificiali, e per qualsiasi tipo di flusso.

La modellazione del moto, nelle versioni di HEC-RAS attuali (6.x) può essere realizzata con una schematizzazione sia monodimensionale (1D) sia bidimensionale (2D).

DELFT-FLOWFM

In una porzione del dominio che va da Champagne a Champdepraz,è stato costruito un modello di confronto su DELFT-FLOWFM. Per la costruzione di questo modello, sono stati traslati gli idrogrammi sulla sezione di monte e cambiate le condizioni di valle. I valori di scabrezza usati nell’ambito di questa modellazione sono quelli ottenuti dal secondo tentativo di calibrazione. Su DELFT3D sono stati introdotti nel modello gli stessi elementi del modello elaborato su GEOHECRAS, ma con modalità diverse,a seconda dei limiti o dei vantaggi offerti dai due software.

Questi ultimi risolvono le equazioni della diffusione, calcolando il livello idrico ai centri delle celle di calcolo e le velocità alle facce. Sebbene GEOHECRAS generi la mesh da sé,processando una griglia computazionale più fitta ed in grado di rilevare i dettagli della batimetria,esso interpreta il processo di invaso della singola cella in modo semplificato,escludendo le connessioni o barriere fisiche presenti all’interno della cella,nella distribuzione del flusso. Su DELFT, invece, la costruzione e il grado di dettaglio della griglia di calcolo è a discrezione dell’utente,ma il calcolo del livello idrico associato alla cella assume una quota del terreno costante,minore tra quelle dei nodi.

SWMM (Storm Water Management Model)

Storm Water Management Model (SWMM) è uno dei software più utilizzati per la modellazione del deflusso delle acque meteoriche in reti di canali e condotte in ambito urbano. Grazie ai toolbox MatSWMM e pySWMM siamo in grado di integrare il motore di simulazione di SWMM in altri software o applicazioni personalizzate o precedentemente sviluppate.

EPANET

EPANET è un software sviluppato dall'Environmental Protection Agency (EPA) che consente il dimensionamento e la verifica delle reti di condotte in pressione. In EPANET le reti, che possono anche avere una topologia complessa, vengono rappresentate come un insieme di tratti e di nodi. Il software simula sia il moto idraulico che la qualità delle acque all’interno delle condotte, calcolando le grandezze caratteristiche in ogni singolo tratto e nodo. E' utile per la progettazione e dimensionamento di nuove reti di distribuzione idrica (ad es., rete potabile).

Altri Software Menzionati

  • Hydraulic Blockset di Simulink: Un prodotto consigliato per studenti, utile per simulazioni idrauliche.
  • Automation Studio e Amesim: Software confrontati in una tesi di dottorato per simulazioni di automazione.
  • PipeFlow Expert: Uno shareware economico per calcolare i singoli rami di un sistema idraulico.
  • Impiantus-IDRAULICO: Un software con CAD ad oggetti per la progettazione di impianti idrico-sanitari e di scarico delle acque reflue.

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