Moderne tecniche per una misura speditiva della portata in corsi d'acqua naturali

La presente tesi di dottorato illustra due metodi di stima della portata nei corsi d'acqua naturali, basati su un numero ridotto di misure di velocità, allo scopo di limitare il più possibile la fase preliminare di campionamento di velocità. Innanzitutto, viene illustrato lo sviluppo teorico e l’applicazione pratica di tre nuovi metodi per stimare il parametro entropico M utilizzato nell'ambito del metodo entropico proposto da Chiu nel 1980 come valida alternativa alla tecnica velocità-area per misurare la portata in un canale. Il primo metodo è basato sulla riproduzione della funzione di distribuzione di probabilità cumulata della velocità associata ad un evento di piena e richiede misurazioni estese all'intera sezione fluviale, mentre, nel secondo e terzo metodo, la stima di M si basa sul calcolo della velocità media di sezione U trasversale seguendo due diverse procedure. Entrambe si basano esclusivamente sul parametro entropico M e determinano in particolare quel valore di M che rende due differenti stime di U , ottenute utilizzando due differenti approcci M-dipendenti, il più vicino possibile. Dal punto di vista operativo, l'acquisizione dei dati di velocità diventa sempre più semplificata dal primo al terzo approccio, che utilizza la sola misura di velocità superficiale. Le procedure proposte vengono applicate al caso studio della stazione idrometrica Ponte Nuovo sul fiume Tevere nel centro Italia. Successivamente, si presenta una procedura per la stima della portata in una sezione di un corso d’acqua basata sull’utilizzo combinato di isotachie adimensionali e di una o più misure puntuali di velocità. In particolare, partendo, al pari di Maghrebi (2003, 2006), dalla legge di Biot Savart sul magnetismo indotto da una corrente elettrica in un filo conduttore, si propone una diversa formulazione della relazione che caratterizza l’”effetto” del perimetro bagnato sul campo di velocità interno alla sezione, capace di tenere esplicitamente conto della scabrezza, espressa mediante il coefficiente di Manning. Le curve di “ugual effetto” opportunamente adimensionalizzate possono essere quindi lette come isotachie adimensionali. A questo punto, dopo aver ricostruito il pattern delle isotachie adimensionali, nel caso in cui si disponga di più misure di velocità, è possibile stimare la portata, operazione per la quale si propongono due diverse metodologie. La procedura proposta è stata applicata a sette casi studio caratterizzati da dimensioni delle sezioni idrauliche molto diverse tra loro. I risultati hanno evidenziato che le due metodologie proposte per la stima della portata portano a risultati equivalenti tra loro e che in tutti i casi studio la procedura nel suo complesso consente una stima della portata molto accurata, anche quando ci si appoggia a un ridotto numero di misure di velocità o addirittura alla sola misura di massima velocità superficiale. Infine, questa tesi presenta un nuovo metodo per la ricostruzione del profilo batimetrico di una sezione trasversale basato sull'applicazione del principio di massima entropia e propone un procedimento per la sua parametrizzazione. Il metodo può essere utilizzato per caratterizzare la batimetria di una sezione trasversale sulla base di una quantità ridotta di dati esclusivamente di tipo geometrico, cioè, la quota del punto più basso della sezione trasversale del canale, le larghezze bagnate georeferenziate osservate e i corrispondenti livelli d'acqua misurati durante gli eventi. La procedura è parametrizzata ed è applicata su due sezioni fluviali caratterizzate da forma e dimensioni diverse. In entrambi i casi il procedimento permette di descrivere la vera batimetria delle sezioni trasversali con ragionevole precisione e ottenere una stima accurata dell’area bagnata. Con riferimento agli stessi due casi, si mostra infine come l’accoppiamento del metodo di ricostruzione batimetria qui proposto e l'approccio entropico di stima della velocità media di sezione precedentemente descritto consenta una buona stima della portata.