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Modellazione fluidodinamica SPH per la propagazione di inondazioni in presenza di opere di protezione

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Modellazione fluidodinamica SPH per la propagazione di inondazioni in presenza di opere di protezione

Si presenta una nuova catena modellistica per inondazioni e frane su topografia complessa caratterizzata dal codice SPH SPHERA v.8.0 (RSE SpA) e basata su strumenti Open-Source, Open-Data e freeware. Questa catena simula tre scenari di dam break per la diga italiana pi alta tra quelle in esercizio, considerando anche unopera di protezione. Un nuovo modello numerico di miscela formulato, sviluppato (in SPHERA), validato sulla tracimazione di argine in terra e applicato a dam break erosivo su topografia complessa. SPHERA validato su uno sfioratore laterale in corrente lenta.

Le inondazioni possono interessare infrastrutture del sistema elettrico quali gli impianti di generazione e stoccaggio di energia, le stazioni e sottostazioni elettriche, le linee di trasmissione e distribuzione, con danni diretti e indiretti (e.g., “blackout”, “brownout”, danni alle strutture e ai tralicci, danni funzionali e alterazione del grado di protezione di componenti/macchine/apparecchi elettrici, corto circuiti).

Un ruolo particolare è rivestito dagli impianti idroelettrici, che possono essere bersagli di inondazioni naturali (incidenti NaTech: “Technological accidents triggered by Natural disasters”), regolare le piene dei corsi d’acqua oppure innescare inondazioni causate da incidenti (dam break).

È prevista dalla normativa italiana (“Norme tecniche per la progettazione e la costruzione degli sbarramenti di ritenuta -dighe e traverse-“, Decreto del 26 giugno 2014) l’analisi dei principali fenomeni di rottura di dighe e traverse. Al fine di ridurre il rischio da inondazioni, sono messi in opera interventi di protezione strutturali (dighe per la laminazione delle piene, canali scolmatori, casse d’espansione, argini) e non strutturali, anche in aree urbane (Direttiva 2007/60/CE sulla valutazione e gestione dei rischi da alluvioni).

Tra gli strumenti a disposizione per implementare gli interventi di protezione da inondazioni, la modellazione numerica SPH (“Smoothed Particle Hydrodynamics”) è un metodo di fluidodinamica computazionale lagrangiano particolarmente adatto alla simulazione di inondazioni 3D in regime non stazionario, opere idrauliche di impianti idroelettrici, frane rapide, moto ondoso, rimozione di sedimenti da bacini idrici.

È stata completata la prima versione di una catena modellistica per simulare inondazioni e frane su topografia complessa caratterizzata dal modello SPH SPHERA v.8.0 (RSE SpA) e basata su strumenti numerici Open-Source, Open-Data o freeware. Gli strumenti software della catena modellistica gestiti da RSE SpA (i.e. SPHERA, DEM2xyz, ply2SPHERA_perimeter, Grid Interpolator) sono sviluppati come FOSS (Free/Libre & Open-Source Software) e distribuiti sulla piattaforma web GitHub.

Questa soluzione numerica è stata utilizzata per simulare tre scenari di dam break per la diga italiana più alta tra quelle in esercizio (Alpe Gera). Il primo scenario considera un dam break istantaneo. Il secondo scenario introduce una diga per la laminazione delle piene (di seguito indicata per brevità “diga di piena”) come opera di protezione da inondazioni ottenuta tramite l’innalzamento della quota di coronamento della diga inferiore di Campo Moro. Il terzo scenario considera un doppio dam break simultaneo delle dighe di Alpe Gera e di Campo Moro. Si analizzano i campi fluidodinamici 3D in regime non stazionario, da cui sono estratti anche i campi 2D sintetici del battente idrico massimo e della portata specifica massima, utili alle analisi di rischio da inondazioni.

Un nuovo modello numerico di miscela (coerente con la teorica cinetica del flusso granulare) è stato formulato, sviluppato, integrato in SPHERA, validato su un argine in terra soggetto a tracimazione e applicato ad un dam break erosivo su topografia complessa.

SPHERA è infine stato validato su una corrente lenta intercettata da uno sfioratore laterale, una componente idraulica comune a diverse opere di protezione da inondazioni.

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