Influenza della densità della rete di pluviografi sulla modellazione idrologica delle piene. Analisi statistica attraverso campi di pioggia sintetici su bacini di differente dimensione e confronto con un caso reale

Al fine di creare uno scenario di controllo non condizionato da errori di misura e di modellazione, è stata assunta come precipitazione di riferimento, un campo di precipitazione ad alta risoluzione spaziale e temporale (1.5 km x 1.5 km x 5 minuti, di durata pari a 80 anni) ottenuto attraverso un processo di downscaling, mentre come portata di riferimento è stato assunto il corrispondente idrogramma ottenuto attraverso due modelli afflussi-deflussi. Al fine di studiare la sensibilità della risposta idrologica in relazione alla densità della rete pluviografica, è stato supposto che la serie storica di pioggia estratta da una singola cella (1.5 km x 1.5 km) sia equivalente alla registrazione effettuata da un potenziale pluviografo fittizio, ed è stato considerato un numero variabile di potenziali pluviografi, distribuiti casualmente fra i punti del grigliato. Quindi per estensioni della rete variabili da 1 a 30 pluviografi (per ciascun bacino considerato), sono stati selezionati in modo casuale 100 combinazioni spaziali indipendenti di pluviografi, ottenendo altrettanti scenari di campi di precipitazione, che utilizzati come input dei due modelli afflussi-deflussi hanno consentito di realizzare 100 corrispondenti scenari di portata. La qualità dei risultati è stata valutata confrontando gli scenari di portata (ottenuti attraverso un numero limitato di pluviografi) con la portata di riferimento (ottenuta attraverso l’intero campo di precipitazione ad alta risoluzione) applicando differenti metriche. Un’analisi critica dei vantaggi dell’utilizzo della modellazione distribuita rispetto a quella a parametri concentrati è stata eseguita considerando: variabilità delle performance dei modelli in relazione al numero di pluviografi utilizzati; relazione tra le performance dei modelli e l’entità dell’evento meteorico; numero minimo di pluviografi necessari per ottenere una risposta idrologica soddisfacente di ciascun modello e relazione con l’entità dell’evento; dipendenza rispetto alla dimensione del bacino. Osservando la figura 1 possono essere illustrati alcuni dei risultati ottenuti. In particolare si nota come il numero minimo di pluviografi necessario a raggiungere un valore soddisfacente dell’efficienza di Nash Sutcliffe sia fortemente dipendente dall’entità dell’evento, questo comportamento è più accentuato per il modello a parametri concentrati. Con entrambi i modelli le simulazioni risultano migliori, a parità di pluviografi, per gli eventi di maggiore entità. Il modello a parametri concentrati presenta inoltre una marcata dipendenza con la dimensione del bacino, mentre il modello distribuito non ne risulta significativamente influenzato. In conclusione è importante notare che anche in bacini di piccole dimensioni sono necessari non meno di 5 pluviografi affinché il 50% degli eventi possa essere modellato con un’efficienza pari o maggiore di 0.5. Infine è stato studiato un caso reale di 2 piccoli bacini provvisti di serie sufficientemente lunghe di osservazioni di precipitazione ad alta risoluzione (5 minuti) e di corrispondenti misure di portata. In particolare sono state valutate le performance dei due modelli afflussi-deflussi, confrontando la portata osservata con gli idrogrammi prodotti considerando le possibili combinazioni di pluviografi esistenti. Sebbene l’analisi sia limitata ad un numero massimo di tre pluviografi, risultano confermati i risultati ottenuti attraverso lo scenario sintetico sopra descritto.