Un sistema informativo territoriale per la simulazione di una rete di drenaggio urbano con Flow1D

Abstract

Si propone un modello di simulazione monodimensionale delle reti di drenaggio urbano che operi all’interno di un software GIS e che consenta la realizzazione amichevole di un sistema informativo territoriale (SIT) della rete di drenaggio. Il modello, fisicamente basato, simula la formazione e la propagazione idraulica dei deflussi che si realizzano in ogni sottobacino, nonché la propagazione idraulica all’interno della sottostante rete fognaria. La connessione fra le due reti viene ricostruita attraverso il calcolo dei flussi verticali che si realizzano in corrispondenza dei pozzetti. Il modello è di tipo duale, in quanto rispetta l’interazione idrodinamica fra i deflussi nella rete stradale e quelli della sottostante rete fognaria. Nell’articolo si presenta il caso applicativo alla città di Trapani, nella cui storia vi sono stati vari episodi di allagamenti urbani. Le diverse informazioni cartografiche e topografiche della zona urbana possono essere visualizzate e utilizzate per fornire le informazioni geometriche (coordinate, quote topografiche, larghezze stradali, tracciamento dei sottobacini idrografici) necessarie a definire la rete di drenaggio stradale e quella sottostante fognaria. Un’interfaccia grafica agevola sia l’inserimento dei diversi parametri idraulici (piogge, sezioni, scabrezze) che costituiscono l’input del modello di simulazione, sia il posizionamento delle caditoie. L’algoritmo di simulazione schematizza ogni canale della rete di drenaggio in uno o più tratti a sezione costante, detti lati. I lati collegano i nodi e ad ogni nodo corrisponde una cella di calcolo, costituita dalla somma delle metà di ogni lato confluente al nodo. In ogni istante per ogni cella di calcolo vi è una portata entrante ed una portata uscente. La portata entrante è data dalla somma dei flussi provenienti dalle celle a questa adiacenti e con livello idrico maggiore, nonché dalla pioggia netta caduta nel bacino afferente la cella in esame. La portata uscente è diretta verso le celle adiacenti con livello idrico inferiore e viene fra queste opportunamente ripartita. Fra le celle adiacenti è compresa l’eventuale cella sottostante (della rete fognaria) o sovrastante (della rete stradale), qualora le due celle siano collegate verticalmente attraverso un pozzetto con caditoia.I flussi in ogni lato vengono calcolati in funzione delle quote piezometriche nei due nodi del lato, grazie all’ipotesi diffusiva, e per ogni cella si scrive l’equazione di continuità in funzione della quota piezometrica della cella e di quelle adiacenti. Il calcolo della soluzione numerica avviene applicando la tecnica del doppio ordine di approssimazione. Tale tecnica utilizza il metodo del passo frazionato per scomporre il sistema originario, discretizzato nel tempo, in due sistemi, detti di predizione e di correzione. Le portate trasferite dalla strada in fognatura mediante le caditoie, o viceversa, presuppongono un funzionamento delle stesse come stramazzo a larga soglia o luce a battente.Le piogge possono immettersi, con la nota formula razionale, direttamente in alcuni nodi o può simularsi lo scorrimento superficiale sulla falda piana tramite le equazioni di De Saint Venant nella forma monodimensionale cinematica. Se si esclude la presenza di una rete fognaria, l’algoritmo consente di simulare il moto vario in canali artificiali o naturali, inserendo le sezioni trasversali rilevate in alveo. Effettuate le simulazioni nello stesso GIS si visualizzeranno i tiranti idrici nei vari canali, o il grado di riempimento in fognatura. L’applicazione alla città di Trapani riguarda un’area urbana ed extraurbana di 9 km2. La simulazione idraulica consente di individuare come, per eventi meteorici intensi, alcuni deflussi delle aree extraurbane, non sempre adeguatamente allontanati, confluiscono nelle aree urbane comportando significativi allagamenti superficiali.