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Ruggiero Jappelli

DEFINIRE E CLASSIFICARE. Un’eredità culturale di Francesco Penta

THE ART OF DEFINING AND CLASSIFYING. A Cultural Heritage from Francesco Penta

In ricordo di Franco Esu

Sommario
La memoria si ispira agli insegnamenti di Francesco Penta, precursore in Italia delle moderne discipline di Meccanica dei Terreni e di Meccanica delle Rocce, per sottolineare l’importanza di limpide definizioni di vocaboli tecnici ed i limiti di ogni, pur comoda, classificazione di opere, azioni, fenomeni, proprietà, che si riferisca a questioni complesse - come la sismica - che non possano risolversi con l’introduzione di rigide schematizzazioni.

Summary
The paper, inspired by the lessons of Francesco Penta, precursor of the modern Soil and Rock Mechanics branches of Civil Engineering, underlines the importance of clear definitions of technical terms and the limits of oversimplified, although easily accessible classifications of artifacts, actions, phenomena, properties, concerning problems that cannot be reasonably solved by forcing complex questions within rigid frameworks

Marco Pilotti, Massimo Tomirotti, Daniela Grassia, Baldassare Bacchi

FORMULAZIONE SEMPLIFICATA IN FORMA ADIMENSIONALE DELL'IDROGRAMMA CONSEGUENTE AL CROLLO PARZIALE DI UNO SBARRAMENTO DI RITENUTA

SIMPLIFIED NONDIMENSIONAL FORMULATION OF THE OUTFLOW HYDROGRAPH DUE TO SUDDEN DAM BREACH

Sommario
La modellazione del processo di svuotamento dell’invaso conseguente al crollo di uno sbarramento e del successivo processo di propagazione a valle dell’onda di piena conseguente può efficacemente condursi sulla base delle equazioni di de Saint Venant. D’altro canto, l’applicazione di queste metodologie non costituisce ancora pratica ordinaria e talvolta richiede un livello informativo non compatibile con quello disponibile. Per tale ragione sono state recentemente proposte in letteratura alcune metodologie in grado di rappresentare l’onda di piena conseguente all’istantanea e totale rimozione di uno sbarramento. Mancano invece, a conoscenza degli scriventi, analoghi contributi finalizzati alla caratterizzazione dell’idrogramma conseguente al caso di collasso parziale, pure previsto dalla normativa italiana per alcune tipologie costruttive di sbarramento. Nel presente lavoro, prendendo spunto da un precedente contributo finalizzato alla ricostruzione dell’evento del Gleno, si propone una metodologia semplificata che, procedendo dalla soluzione delle equazioni di de Saint Venant bidimensionali, ne sintetizza i risultati in forma adimensionale, permettendo una agevole ed efficace rappresentazione dell’idrogramma conseguente a quest’ultima tipologia di incidente.
Parole chiave: Crollo diga, Equazioni di De Saint Venant, Sicurezza idraulica del territorio, Collasso parziale di uno sbarramento.

Summary
The mathematical modelling of the reservoir emptying process due to a dam break and of the flood wave propagation downstream of the dam can be performed in an effective way on the basis of the de Saint Venant equations. However, this approach is not yet common practice and demands a huge amount of information that often is not available. For these reasons, simplified methodologies have been proposed in the literature to deal with the problem of the characterization of the breach outflow hydrograph following an instantaneous and total dam break. On the other hand, to the authors’ knowledge, no satisfactory simplified procedures have been so far developed for the case of partial dam break, although this scenario is specifically considered by the regulations of many Countries for certain types of dams. This paper presents a simplified approach to the characterization of the wave following the partial collapse of concrete gravity dams. The proposed approach is based on the numerical solution of shallow water equations to study the two dimensional evolution of the water surface within the reservoir. The numerical results are made dimensionless and reorganized to allow a straightforward representation of the breach outflow hydrograph.
Keywords: Dam Break, De Saint Venant Equations, Flood Protection, Partial Dam Failure.

Giacomo Rasulo, Giuseppe Del Giudice, Domenico Calcaterra

STIMA DELLA PORTATA INDICE. Legame tra il coefficiente d’afflusso e la caratterizzazione dei suoli secondo il SCS

FLOOD INDEX ASSESSMENT. Relation Between Runoff Coefficient and the SCS Soil-Cover Complexes

Sommario
Nella valutazione delle portate di piena di un generico bacino è di fondamentale importanza determinarne il coefficiente di afflusso medio ϕ. Purtroppo, per questa scelta, la bibliografia tecnica fornisce molte considerazioni qualitative ma scarsi, o pressoché nulli, supporti quantitativi. Poiché l’U.S. Soil Conservation Service (SCS) ha caratterizzato la permeabilità dei terreni con un numero, “Curve Number”, compreso tra 0 e 100, ed ha indicato come questo vada variando, per un assegnato grado di umidità iniziale del terreno, in funzione del tipo e di uso del suolo, delle pratiche agricole ivi adottate e delle condizioni di drenaggio del terreno, si è cercato il legame tra questo tipo di classificazione della permeabilità dei suoli ed il valore del coefficiente di afflusso ϕ, da adottare nel calcolo della portata indice. Inoltre si è predisposta una carta delle permeabilità per i suoli della Regione Campania in modo da valutare rapidamente il valore del “Curve Number” medio per qualsiasi bacino della regione.
Parole chiave: Coefficiente di afflusso, Curve number, Portata indice, Modelli afflussi-deflussi.

Summary
In the evaluation of flood peak discharge of a generic catchment it is of fundamental importance to determine its runoff coefficient. To this aim, unfortunately, bibliography gives a lot of qualitative considerations but scarce quantitative supports. The U.S. Soil Conservation Service (SCS) has characterized the hydrologic soil-cover complexes with the runoff curve number (CN) and has defined its value, in the range between 0 and 100, as a function of the soil type and land use, the soil cover complex and condition, and the antecedent soil moisture (AMC). In the present paper a relation between curve number and runoff coefficient has been proposed for flood index assessment. Moreover a hydrologic soil-cover complex map of Campania Region has been supplied to evaluate the average runoff curve number for any catchment within the region.
Keywords: Runoff Coefficient, Runoff Curve Number, Flood Index, Rainfall-Runoff Models.

Gabriele Cassani, Marco Franchini, Giorgio Galeati, Paolo Mazzoli

IL BILANCIO IDRICO. Una metodologia per la valutazione della compatibilità tra risorsa idrica e idroesigenze ambientali e antropiche

THE WATER BALANCE. A Methodology for Evaluating the Compatibility between Surface Water Resources and Environmental and Anthropic Requirements


Sommario
Questa memoria presenta una metodologia di facile utilizzo per valutare a livello di bacino la compatibilità tra la risorsa idrica superficiale, i fabbisogni ambientali e i fabbisogni antropici. Lo schema di analisi messo a punto si compone di quattro passi: 1) suddivisione dell’asta fluviale in tratti d’alveo rilevanti ai fini del bilancio idrico, 2) stima, con riferimento al periodo temporale di interesse, della disponibilità idrica superficiale lungo ciascun tratto mediante il calcolo della curva di durata delle portate medie giornaliere, 3) stima, per lo stesso intervallo temporale, delle necessità ambientali (Deflusso Minimo Vitale - DMV) e dei volumi richiesti per uso idropotabile, agricolo e industriale, 4) sviluppo del bilancio idrico in ciascun tratto tenendo conto degli effetti indotti a valle dall’utilizzo della risorsa idrica nei tratti di monte. L’applicazione della procedura è illustrata con riferimento ad un bacino idrografico ubicato nella regione Emilia Romagna, il fiume Lamone, per il quale sono state individuate 11 tratte fluviali. I risultati mostrano chiaramente le potenzialità della procedura proposta. In particolare, essa consente (a) di quantificare, con riferimento a ciascun tratto, su quale durata è effettivamente possibile eseguire il prelievo, (b) di quantificare la portata massima da derivare necessaria per soddisfare il volume richiesto (rendendo così possibile un confronto con l’effettiva portata di prelievo che gli utenti possono attuare) e (c) di identificare i casi in cui può risultare necessario che le utenze debbano predisporre invasi dove immagazzinare temporaneamente l’acqua prelevata.
Parole chiave: Bilancio idrico, Deflusso minimo vitale, Curva di durata, Regionalizzazione, Concessione di prelievo.

Summary
This paper presents an easy to use methodology to evaluate, at basin level, the compatibility between the surface water resources and the environmental and anthropic requirements. The scheme of analysis here presented is composed of four steps: 1) subdivision of the river reach into sub-reaches of interest for the water balance, 2) estimate, with reference to the period of interest, of the river water availability along each sub-reach by using the duration curve, 3) estimate, for the same time interval, of the environmental requirements (minimum flow) and of the water necessary for civil, agricultural and industrial uses, 4) development of a water balance in each sub-reach by considering the effects produced downstream by water resource use in the upstream sub-reaches. The procedure is applied with reference to a basin located in Emilia Romagna, the Lamone river, along which 11 sub-reaches are identified. The results show the potential of the procedure proposed. In particular, this procedure allows for (a) the quantification, with reference to each sub-reach, of the duration in which the withdrawal is possible, (b) the quantification of the maximum discharge to derive in order to satisfy the volume requested (thus making a comparison possible with the discharge that the users can actually derive) and (c) the identification of the situations where the users have to provide reservoirs for temporarily stocking the water withdrawn.
Keywords: Water balance, Minimum Flow, Duration Curve, Regionalisation Techinque, Water Collection Claim.

Franco Medici, Carlo Testana

IL SISTEMA DELLE “GALLERIE FILTRANTI” NEL BACINO DEL LAGO DI NEMI

LAKE NEMI BASIN. The “Infiltration Galleries” System

Sommario
Il lago di Nemi occupa il fondo di un cratere vulcanico nell’area dei Colli Albani e si trova a circa 25 km a sud est della città di Roma. In questo lavoro si è effettuato il rilievo di alcune “gallerie filtranti” del bacino del lago: tali cunicoli sotterranei venivano utilizzati fin dal V secolo a. C. per recuperare le acque sotterranee. Si è risolto il bilancio idraulico dell’intero bacino del lago, e si è messo, inoltre, in evidenza come il recupero delle acque sotterranee, che fluiscono nelle “gallerie filtranti”, potrebbe aiutare a risolvere il bilancio idrico del lago che è, da alcuni anni, negativo. Si ritiene, infine, che i risultati presentati possano contribuire alla messa a punto di una pianificazione territoriale che conservi l’ambiente ed ottimizzi l’utilizzo delle risorse idriche.
Parole chiave: Lago di Nemi, Gallerie filtranti, Acque sotterranee, Bilancio del lago, Risorse idriche.

Summary
Lake Nemi occupies a volcanic crater in the area of Alban Hills about 25 km south – east from the city of Rome. This work regards the survey of some “infiltration galleries” of the lake basin, that since fifth century b.C. were utilized to recover groundwater. Water balance of the whole lake basin was pointed out; moreover this study emphasizes that the recovery of groundwater, flowing in the underdrains, could help to resolve the lake water balance, that from some years is negative. In short, obtained data may contribute to the preparation of a land plan that preserves the environment and optimizes the use of water resources.
Keywords: Lake Nemi, Infiltration Galleries, Groundwater, Lake Balance, Water Resources.

Giovanni Celentani

POTENZIAMENTO DELLE FONTI ENERGETICHE RINNOVABILI IN ITALIA

ENHANCING POWER GENERATION FROM RENEWABLE SOURCES IN ITALY

Sommario
Il presente lavoro descrive il contributo alla produzione di energia elettrica in Italia delle fonti rinnovabili e il bilancio elettrico nazionale. Il lavoro dimostra che le prospettive di potenziamento della produzione idroelettrica consentirebbero al totale delle fonti rinnovabili di raggiungere il 20% della produzione nazionale. Il lavoro, infine, descrive il Piano Energetico Nazionale del 1988, analizza cause degli alti prezzi dell’energia in Italia e propone possibili rimedi. Parole chiave: Produzione da fonti rinnovabili, Progetti di impianti idroelettrici, Piano Energetico Nazionale, Prezzo dell’energia elettrica.

Summary
This work describes the contribution to production of electricity in Italy of renewable sources and national electricity balance. This work demonstrates that the prospects of enhancement of hydroelectric power generation may lead renewable sources to account for 20% of national production. The work, finally, describes the 1988 Italian National Energy Plan, analyzes the causes of high energy prices in Italy, and suggests possible remedies.
Keywords: Electricity Production from Renewable Sources, Hydroelectric Plant Designs, National Energy Plan, Electricity Prices.

Ugo Majone, Massimo Tomirotti, Giacomo Galimberti

MODELLI PROBABILISTICI PER LA STIMA DELLE PORTATE DI PIENA DI ELEVATO TEMPO DI RITORNO

PROBABILISTIC MODELS FOR THE ESTIMATION OF HIGH RETURN PERIOD PEAK FLOOD FLOWS


Sommario
Nella memoria sono presentati i risultati di un’analisi regionale delle portate al colmo di piena effettuata sulla base delle serie storiche relative ad oltre 12000 stazioni idrometrografiche distribuite sui cinque continenti; la procedura utilizzata si basa su opportune normalizzazioni della variabile di interesse. Descrivendo la variabilità da sito a sito delle proprietà statistiche delle portate al colmo attraverso la variabilità dei momenti dei primi due ordini, e quindi della media e del coefficiente di variazione CV, si ottiene da tale impostazione il modello MG, già introdotto dagli scriventi in precedenti lavori. Tenendo conto anche della variabilità del momento del terzo ordine, e quindi del coefficiente di asimmetria γ, viene proposto un nuovo modello probabilistico (modello MG generalizzato). Nel campo dei tempi di ritorno elevati, quest’ultimo interpreta meglio delle altre funzioni di probabilità considerate le frequenze di non superamento sperimentali, specie per i valori più elevati di CV e γ; prestazioni comunque superiori rispetto alle usuali distribuzioni di probabilità si ottengono anche dal modello MG. Inoltre i massimi valori osservati delle variabili normalizzate forniscono valori della portata al colmo che possono essere considerati invalicabili e che pertanto possono essere assunti come riferimento per il dimensionamento delle opere di controllo di eventi particolarmente gravosi (ad esempio gli scaricatori di superficie delle dighe o le arginature a difesa di siti nucleari).
Parole chiave: Portate al colmo di piena, Modelli probabilistici, Stima regionale, Portata massima probabile.

Summary
The present paper describes the results of a regional analysis of peak flood flows carried out on the basis of the historical series recorded in more than 12000 gauging station distributed across the five continents; the regionalization procedure has been performed by means of suitable standardizations of the peak discharges. If the site-to-site variability of the statistical properties of peak flows is described in terms of the variability of the first two order moments – and therefore of the average and of the coefficient of variation CV – this approach leads to the MG model, introduced by the writers in previous papers. Accounting also for the variability of the third order moment – and therefore of the coefficient of skewness γ – a new probabilistic model (generalized MG model) has been obtained. With respect to the other probability distributions considered in the paper, this model provides a better interpolation of the empirical frequency distributions of the peak discharges in the range of high return periods, especially for high values of CV and γ. In the same respect, also the original MG model performs better than the probability distibutions that are currently used for the analysis of peak flows. Moreover, the peak discharges obtained from the empirical absolute maxima of the standardized variables can be regarded as upper bounds to be used for the design of flood control stuctures in the presence of particularly high risk level (e.g. dam spillways or embankments to protect nuclear sites). Keywords: Peak Flood Flows, Probabilistic Models, Regional Estimation, Maximum Probable Flood Discharge.

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