Idrodinamica (a.a. 2011/2012)

1. Idrodinamica (a.a. 2011/2012) Moto uniforme negli alvei naturali Marco Toffolon con contributi da presentazioni di Guido Zolezzi Matilde Welber Gary Parker parte 2

2. Metodo di Engelund

3. dov’è il problema? qual è? a cosa è dovuto? come si può risolvere? Sezione composita b2 = 110 m if = 0.001 Ks = 30 m1/3 s-1 Y1 = 5 m b1 = 30 m CALCOLARE LA SCALA DI DEFLUSSO

4. Sezione composita

5. Interazione alveo inciso-golena in sezioni composite zona di mescolamento accelerazione rallentamento (Knight & Hamed, 1984)

6. Calcolo della portata totale in una sezione complessa: metodo delle suddivisioni, o «di Engelund» Engelund detto anche di Lotter (1933) o di Pavlovskii (1931) • ipotesi: • la pendenza motrice non varia trasversalmente • moto uniforme locale in ogni punto della sezione (profilo verticale) • raggio idraulico locale • nessuna tensione trasmessa tra colonne adiacenti

7. Metodo delle suddivisioni, o «di Engelund»: distribuzione velocità Engelund la portata totale è data dall’integrale della distribuzione di velocità sulla sezione

8. Metodo delle suddivisioni, o «di Engelund» Engelund la portata totale è la somma dei contributi formulazione adimensionale

9. Metodo delle suddivisioni, o «di Engelund»: discretizzazione Engelund discretizzazione «a blocchi» (esistono altre modalità di discretizzazione)

10. Metodo delle suddivisioni, o «di Engelund»: sezioni ideali Engelund rettangolare con grandezze globali: triangolare ? con grandezze globali:

11. Metodo delle suddivisioni, o «di Engelund»: resistenza totale Engelund (per ogni elemento) componente della forza peso resistenza equilibrio Resistenza totale Tensione media (come da stima globale)

12. Metodo delle suddivisioni, o «di Engelund»: coefficiente di resistenza Engelund (Chézy adimensionale) (Gauckler-Strickler) (formulazione in termini globali) (conduttanza media)

13. Metodo delle suddivisioni, o «di Engelund»: coefficienti di ragguaglio di Coriolis Engelund Quantità di moto Energia triangolare

14. Metodo di Horton-Einstein

15. Calcolo della portata totale in una sezione compatta: metodo di Horton–Einstein(1933, 1934) Horton-Einstein • ipotesi: • suddivisione in sub-aree con differente scabrezza • ogni suddivisione ha la stessa velocità della sezione complessiva e la stessa pendenza motrice • moto uniforme locale in ogni sub-area • raggio idraulico della sub-area

16. Metodo di Horton– Einstein Horton-Einstein (velocità costante) Area totale: a parità di contorno bagnato, sub-aree più scabre (ks minore) influenzano aree maggiori Scabrezza equivalente: da utilizzare nella relazione di moto uniforme

17. Misura della portata e scala di deflusso

18. Scala di deflusso m ≈ 5/2 Q = k ∙Ym

19. Esponente della scala di deflusso

20. Sezione rettangolare «larga» «stretta» Sezione triangolare

21. Metodi di misura della portata

22. Metodi di misura della portata misure • integrazione spaziale del campo di velocità (richiede la conoscenza della sezione) • misura del livello in sezioni di controllo(richiede condizioni geometriche particolari) • metodi globali («sale») Misura della velocità • misure puntuali o di un volume di controllo (mulinelli, elettromagnetici, ADV) • profilatori (ADCP)

23. Standard: con mulinelli Misure di portata Problema alle portate alte (e alte velocità) Si può misurare il livello della superficie libera con sonde di pressione

24. Geometria della sezione Stazione totale Granulometria: “gravelometro”

25. Mulinelli misure n: velocità di rotazione ad asse orizzontale

26. misure mulinello a coppe (di Price) ad asse ortogonale alla corrente

27. misure Misuratori elettromagnetici basati sulla legge di Faraday (induzione magnetica): un flusso elettricamente conduttivo posto in un campo magnetico induce una differenza di potenziale proporzionale alla velocità del fluido

28. misure Misure nei corsi d’acqua problemi pratici… Importante: la batimetria della sezione deve essere nota!

29. Misuratori ad ultrasuoni: ADCP (Acoustic Doppler Current Profiler) ADV (Acoustic Doppler Velocimeter) misure basati sull’effetto Doppler ADV (puntuale) ADCP (esteso)

30. ADCP (Acoustic Doppler Current Profiler): misura del campo di velocità (transetto) misure

31. ADCP mobile misure

32. Adige a Trento, ponte San Lorenzo

33. Adige a Bronzolo

34. misure Stime integrali

35. misure Profilo logaritmico (semplificazione!) velocità media sulla profondità coefficiente di Chézy velocità adimensionale velocità «0.4» (40% di Y dal fondo) velocità «0.2+0.8»

36. Use of Surface Velocity Radar (SVR) for discharge estimations Matilde Welber, Fabio Piazza, Martino Salvaro, Guido Zolezzi and many others...

37. Challenging field conditions How to safely obtain reliable discharge data for flood conditions? Tagliamento River, Italy Ouvèze River, Vaison-la-Romaine, South-East France - Flash-flood of September 22nd, 1992 Courtesy of Jérome Le Coz

38. Methods for discharge estimations 1) Rating curves: + safety - uncertainties 2) Direct velocity measurement: + reliability - safety 3) Non-contact techniques: + safety – cost .... but there are new devices

39. A new device Hand-held Radar-Doppler device for surface velocity measurements: 1) Remote sensing of surface velocity VSURF 2) Estimation of depth- averaged velocity VAVE 3) Computation of discharge Q

40. From surface velocity to discharge /1 • 1) Remote sensing of surface velocity: • - Radar wave retrodiffusion • by free-surface roughness • - Doppler-shift analysis • Velocity projection • VSURF = f (λ’– λ, φ) wave source

41. From surface velocity to discharge /2 • 2) Estimation of depth-averaged velocity: • VAVE V (0.4 Y) • =  VSURF Z VSURF Y VAVE To be determined; from literature  = 0.85 V

42. From surface velocity to discharge /3 3) Computation of discharge Q =Σi Ai VAVE,i

43. Tagliamento Adige Drava Arc-en-Maurienne Eshtemoa Field sites Width: 1 ÷ 80 m Discharge: 0.15 ÷ 700 m3/s Water depth: 0.3 ÷ 4.2 m Slope: 0.13 ÷ 2 %

44. Comparison of survey techniques for velocity: - good agreement between SVR data (surface) and mechanical current meter data (40% of depth)

45. Reliability of discharge data - good agreement between SVR data and rating curve - opportunity to calibrate the rating curve for high discharges Adige river at Ponte S. Lorenzo - Trento

46. Effect of averaging area - accurate discharge computation allowed by few velocity measures per cross-section

47. Sezioni di controllo

48. Sezioni artificiali di forma nota misure sezione di controllo:

49. Luci e stramazzi misure

50. Soglie di fondo con passaggio per la profondità critica misure