MOBIDIC SISTEMA MODELLISTICO DISTRIBUITO PER I BILANCI IDRICI, IL MONITORAGGIO DEL SUOLO E LE PREVISIONI DI PIENA

MOBIDIC  è un sistema modellistico sperimentale per il calcolo dei bilanci idrici superficiali e sotterranei e le previsioni di piena. Coniuga lo stato dell’arte della modellazione idrologica, meteorologica e idrogeologica con i più moderni strumenti di telerilevamento e di analisi geografica, e avanza dalla ormai consolidata classe dei modelli idrologici a parametri distribuiti verso un più innovativo approccio a parametri e risultati distribuiti. La sua base fisica consente di calibrarne i parametri su diverse tipologie di dati, dalle immagini satellitari alle più tradizionali misure di portata. Tenendo conto anche degli effetti antropici, quali prelievi e rilasci da fiumi e laghi, consente quindi di simulare diversi scenari di gestione della risorsa e assetto territoriale. Utilizzando le previsioni meteorologiche fornite dai più avanzati modelli numerici dell’atmosfera, consente di estendere ulteriormente nel tempo le previsioni di piena anche per i torrenti minori.
I moduli di calcolo di MOBIDIC forniscono la stima delle componenti idrologiche nel sistema suolo-vegetazione, nel sottosuolo e nei corpi idrici superficiali.
La rappresentazione del dominio spaziale si basa su una discretizzazione orizzontale del bacino in forma di griglia a maglia quadrata e su una discretizzazione verticale in 5 strati: vegetazione, invaso superficiale, porzione di suolo a prevalentecomportamento gravitazionale, porzione di suolo a prevalente comportamento capillare, acquiferi (artesiani e freatici). Il bilancio idrico è accoppiato, tramite l’evapotraspirazione,al bilancio energetico degli strati di vegetazione e suolo. Il reticolo idrografico è rappresentato come una rete di canali cilindrici, mentre ai grandi invasi, laghi artificiali e naturali, sono assegnate specifiche leggi di regolazione con connessioni alla rete idrografica. Le condizioni di umidità della superficie sono espresse in termini di contenuto d’acqua nel suolo, suddivisa in parte disponibile alla vegetazione e parte che filtra verso i corpi idrici superficiali e sotterranei. Le falde acquifere sono discretizzate su una propria griglia di calcolo, anch’essa a maglia quadrata ma di estensione indipendente da quella del bacino imbrifero superficiale. La dinamica di ciascun acquifero è descritta secondo lo schema di Darcy, con diversi algoritmi in funzione delle condizioni di confinamento superiore. Il reticolo e le falde interagiscono con scambi di portata in entrambe le direzioni in funzione dei rispettivi livelli.
MOBIDIC è attualmente applicato alla previsione di piena ed il monitoraggio dell’umidità del suolo sui principali bacini idrografici della Regione Toscana. Per il bacino dell’Arno, ad esempio, il sistema fornisce in tempo reale le stime di umidità, temperatura del terreno e evaporazione su circa 36,000 celle di calcolo e le previsioni di portata e livello, fino a 48 ore, su circa 1,200 sezioni fluviali. Utilizza in ingresso i dati idrometeorologici (pioggia, vento, temperatura e umidità dell’aria, radiazioni solari, livelli idrometrici) provenienti dai circa 900 sensori della rete di monitoraggio regionale, e le previsioni quantitative di precipitazione da 4 diversi modelli numerici dell’atmosfera.
 

DESCRIZIONE FUNZIONALITÀ INTERFACCIA DI NAVIGAZIONE

MOBIDIC è un modello idrologico a parametri distribuiti per le previsioni delle piene nei corsi d'acqua superficiali.

La sua base fisica consente di calibrarne i parametri su diverse tipologie di dati, dalle immagini satellitari alle più tradizionali misure di portata. Tiene in considerazione anche degli effetti antropici, quali prelievi e rilasci da fiumi e laghi, consente quindi di simulare diversi scenari di gestione della risorsa e assetto territoriale. Utilizzando le previsioni meteorologiche fornite dai più avanzati modelli numerici dell'atmosfera, consente di estendere ulteriormente nel tempo le previsioni di piena anche per i torrenti minori.

I moduli di calcolo di MOBIDIC forniscono la stima delle componenti idrologiche nel sistema suolo-vegetazione, nel sottosuolo e nei corpi idrici superficiali.

MOBIDIC è attualmente applicato alla previsione di piena ed al monitoraggio dell'umidità del suolo sui principali bacini idrografici della Regione Toscana. Per i bacini dell'Arno, del Serchio e dell'Ombrone Grossetano, il sistema è implementato in tempo reale utilizzando in ingresso i dati idrometeorologici misurati (pioggia, vento, temperatura e umidità dell'aria, radiazioni solari, livelli idrometrici) provenienti dai numerosi sensori della rete di monitoraggio regionale e le previsioni quantitative di precipitazione da 4 diversi modelli numerici dell'atmosfera. Sulla base di tali dati, MOBIDIC effettua una trasformazione afflussi-deflussi e il bilancio idrologico e fornisce in tempo reale le stime di umidità, temperatura del terreno e evaporazione sulle celle di calcolo e le previsioni di portata e livello sulle sezioni fluviali.

I modelli meteo utilizzati sono il Lokal Model (DWD), LAMI, RAMS, WRF, che forniscono con cadenza giornaliera e diverse modalità le previsioni per le 48 ore successive. Tali previsioni meteo possono differire fra loro talvolta anche in modo rilevante, date le diverse caratteristiche dei modelli e la naturale incertezza associata ad essi. La visualizzazione permette quindi di avere una panoramica delle risposta idrologica conseguente a diversi possibili scenari meteo previsti. Le previsioni meteo per le 48 ore successive sono inviate al sistema due volte al giorno (elaborazioni delle ore 00:00 UTC e delle ore 12:00 UTC). Sulla base di esse, MOBIDIC calcola la trasformazione afflussi-deflussi e fornisce la stima delle portate previste.

La simulazione è effettuata da MOBIDIC in continuo, aggiornando gli stati in tempo reale con l'arrivo di nuovi dati registrati dalla rete idropluviometrica (cadenza 15') e ricalcolando le previsioni a partire da queste nuove condizioni iniziali.

Spiegazioni dei grafici
Cliccando su una stazione di monitoraggio (sezioni idrauliche in corrispondenza degli idrometri, nelle quali il pallino o i triangoli indicano situazioni di quiete o valori in crescita/decrescita) si apre il grafico di "Previsione idrologica": in esso è possibile visualizzare l'andamento del livello idrometrico previsto (nelle sezioni con scala di deflusso) o delle portate previste in base a diverse previsioni meteorologiche. I diversi colori delle linee (rosso, verde, azzurro, viola) indicano i vari input meteo (DWD,LAMI, WRF, RAMS) secondo la legenda che è riportata nel grafico in basso.


Le linee gialle e rosse rappresentano una stima di soglie di criticità: nel caso di stazioni con scala di deflusso esse sono espresse in termine di livelli idrometrici critici (stimati sulla base di eventi pregressi e geometria delle sezioni); nelle stazioni senza scala di deflusso sono invece indicati il valore delle portate con tempo di ritorno biennale e ventennale (quali indicative di situazioni di criticità).

Nella parte inferiore del grafico sono inoltre riportate le piogge registrate fino all'istante attuale dalla rete di monitoraggio in tempo reale e quelle previste nel bacino a monte dai vari modelli meteo. Naturalmente tali previsioni possono risultare anche diverse fra loro.
Cliccando sulla scritta "Storico" (in basso nel grafico) è possibile visualizzare gli andamenti di livelli, portate e precipitazioni relativi all'ultimo mese. Per tornare nella parte relativa alla previsione basta cliccare su "Previsione".
 

MODELLO SPERIMENTALE PER IL BACINO DEL MAGRA

Il sistema di previsione idrologica con il modello MOBIDIC in tempo reale è implementato per il bacino del Magra in via sperimentale.
Per una descrizione di massima del modello e delle modalità di calcolo, seguire i link "Il Modello" e "Descrizione funzionalità interfaccia di navigazione".

Consultazione
Il modello idrologico calcola, sulla base di dati idrometeorologici misurati e previsti, le portate previste su ciascun ramo di reticolo indicato nella mappa di riferimento (incluso il reticolo minore). Attualmente, per semplicità è possibile visualizzare le previsioni solo in corrispondenza delle stazioni idrometriche
E' possibile tuttavia in futuro includere altri punti idrologici di interesse per i quali visualizzare le previsioni (anche non corrispondenti a stazioni idrometriche).

Cliccando su uno dei punti sul reticolo (per i quali il pallino o i triangoli indicano situazioni di quiete o valori in crescita/decrescita) si apre il grafico di "Previsione idrologica": in esso è possibile visualizzare l’andamento delle portate previste in base a diverse previsioni meteorologiche.
Nel grafico di previsione sono visualizzate le portate alla sezione di chiusura selezionata, calcolate sulla base delle piogge previste da tre diversi modelli meteo (DWD LOKAL, LAMI, WRF/NMM). I diversi colori delle linee (rosso, verde, blu) indicano i vari input meteo (DWD, LAMI, NMM) secondo la legenda che è riportata nel grafico in basso. Nel grafico è evidenziata la massima portata prevista e l’ora prevista di raggiungimento. Se è disponibile una scala di deflusso, è possibile visualizzare le stesse previsioni anche in termini livelli idrometrici, oltre che di portate. Le linee gialle e rosse rappresentano una stima di soglie di criticità: esse sono due valori di riferimento per criticità moderate ed elevate e possono essere fissate in base a vari criteri (es. primo livello=portata biennale, secondo livello = portata ventennale).

Se disponibile la scala di deflusso, le soglie possono essere espresse in termini di livelli critici.

Nota per il bacino del Magra: non disponendo allo stato attuale di valori di portate critiche di riferimento per il bacino del Magra, le linee mostrate in figura sono puramente indicative e rappresentano valori di portate di piena calcolate come funzioni empiriche dell’area a monte. Tali valori saranno sostituiti con valori di portate di riferimento quando disponibili.
Nella parte inferiore del grafico sono inoltre riportate le piogge registrate fino all'istante attuale dalla rete di monitoraggio in tempo reale e quelle previste nel bacino a monte dai vari modelli meteo, che possono fornire previsioni anche molto diverse fra loro (i valori riportati sono le intensità medie in mm/ora sul bacino a monte della sezione di chiusura).
Cliccando sulla scritta "Storico" (in basso nel grafico) è possibile visualizzare gli andamenti delle previsioni effettuate nell’ultimo mese. Per tornare nella parte relativa alla previsione basta cliccare su "Previsione".  
Oltre alle previsioni di portata, è possibile consultare le mappe di altre variabili idrologiche calcolate dal modello quali il grado di saturazione del suolo, la temperatura del terreno, l’evapotraspirazione.