Angelo Forestieri

Annual runoff assessment in arid and semiarid Mediterranean watersheds under the Budyko's framework

The solution of many practical water problems is strictly connected to the availability of reliable and widespread information about runoff. The estimation of mean annual runoff and its interannual variability for any basin over a wide region, even if ungauged, would be fundamental for both water resources assessment and planning and for water quality analysis. Starting from these premises, the main aim of this work is to show a new approach, based on the Budykos framework, for mapping the mean annual surface runoff and deriving the probability distribution of the annual runoff in arid and semiarid watersheds. As a case study, the entire island of Sicily, Italy, is here proposed. First, time series data of annual rainfall, runoff, and reconstructed series of potential evapotranspiration have been combined within the Budykos curve framework to obtain regional rules for rainfall partitioning between evapotranspiration and runoff. Then this knowledge has been used to infer long‐term annual runoff at the point scale by means of interpolated rainfall and potential evapotranspiration. The long‐term annual runoff raster layer has been obtained at each pixel of the drainage network, averaging the upstream runoff using advanced spatial analysis techniques within a GIS environment. Furthermore, 2 alternative methods are here proposed to derive the distribution of annual runoff, under the assumption of negligible interannual variations of basin water storage. The first method uses Monte Carlo simulations, combining rainfall and potential evapotranspiration randomly extracted from independent distributions. The second method is based on a simplification of the Budykos curve and analytically provides the annual runoff distribution as the derived distribution of annual rainfall and potential evapotranspiration. Results are very encouraging: long‐term annual runoff and its distribution have been derived and compared with historical records at several gauged stations, obtaining satisfactory matching.

The impact of climate change on extreme precipitation in Sicily, Italy.

Increasing precipitation extremes are one of the possible consequences of a warmer climate. These may exceed the capacity of urban drainage systems, and thus impact the urban environment. Because short‐duration precipitation events are primarily responsible for flooding in urban systems, it is important to assess the response of extreme precipitation at hourly (or sub‐hourly) scales to a warming climate. This study aims to evaluate the projected changes in extreme rainfall events across the region of Sicily (Italy) and, for two urban areas, to assess possible changes in Depth‐Duration‐Frequency (DDF) curves. We used Regional Climate Model outputs from Coordinated Regional Climate Downscaling Experiment for Europe area ensemble simulations at a ~12xa0km spatial resolution, for the current period and 2 future horizons under the Representative Concentration Pathways 8.5 scenario. Extreme events at the daily scale were first investigated by comparing the quantiles estimated from rain gauge observations and Regional Climate Model outputs. Second, we implemented a temporal downscaling approach to estimate rainfall for sub‐daily durations from the modelled daily precipitation, and, lastly, we analysed future projections at daily and sub‐daily scales. A frequency distribution was fitted to annual maxima time series for the sub‐daily durations to derive the DDF curves for 2 future time horizons and the 2 urban areas. The overall results showed a raising of the growth curves for the future horizons, indicating an increase in the intensity of extreme precipitation, especially for the shortest durations. The DDF curves highlight a general increase of extreme quantiles for the 2 urban areas, thus underlining the risk of failure of the existing urban drainage systems under more severe events.

Spatial analysis techniques for mapping the annual surface runoff in Sicily under the Budyko’s framework

PIETRO; Passadore, Giulia; Garbin, Silvia; B., Matticchio; F., Visentin; I., Brunet; R., Lago; F., Facco; Botter, Gianluca; Carniello, Luca. ELETTRONICO. (2016), pp. 1119-1122. ((Intervento presentato al convegno Convegno Nazionale di Idraulica e Costruzioni Idrauliche tenutosi a Bologna nel Settembre 2016. Original Citation: Un sistema modellistico integrato per la previsione in tempo reale delle piene del Muson dei Sassi (Pd)Piping induced by seepage is a frequent cause of failure for earthen levees. The probability that the seepage line in the levee body intercepts the landside slope provides an important indication of the levee vulnerability to seepage. Nevertheless, the definition of the seepage paths associated to assigned water levels is affected by the difficulty in estimating the hydraulic parameters that control the filtration process, chiefly the soil hydraulic conductivity. The ideation of expeditious and operational methods, able to analyse extended levee systems quickly and to identify the most vulnerable portions of the systems, is therefore of paramount importance. To this purpose, an existing practical procedure for the evaluation of levee vulnerability to seepage, based on the definition of a vulnerability index (Camici et al., 2015), is here enhanced and it is used to produce synthetic diagrams, easily applicable to derive the seepage probability of the dykes whose hydraulic conductivity is unknown. The procedure is applied for the Tiber River (central Italy) and the Tanaro River (northern Italy). The Italian levee database (DANTE) is briefly presented in the final part of the paper: it is conceived as a dynamic geospatial tool, addressed to collect all the available information on levee systems and to usefully support authorities involved in hydraulic risk mitigationLa XXXV edizione del Convegno Nazionale di Idraulica e Costruzioni Idrauliche (IDRA16), co-organizzata dal Gruppo Italiano di Idraulica (GII) e dal Dipartimento di Ingegneria Civile, Chimica, Ambientale, e dei Materiali (DICAM) dell’Alma Mater Studiorum - Universita di Bologna, si e svolta a Bologna dal 14 al 16 settembre 2016. Il Convegno Nazionale e tornato pertanto ad affacciarsi all’ombra del “Nettuno”, dopo l’edizione del 1982 (XVIII edizione). Il titolo della XXXV edizione, “Ambiente, Risorse, Energia: le sfide dell’Ingegneria delle acque in un mondo che cambia”, sottolinea l’importanza e la complessita delle tematiche che rivestono la sfera dello studio e del governo delle risorse idriche. Le sempre piu profonde interconnessioni tra risorse idriche, sviluppo economico e benessere sociale, infatti, spronano sia l’Accademia che l’intera comunita tecnico-scientifica nazionale ed internazionale all’identificazione ed alla messa in atto di strategie di gestione innovative ed ottimali: sfide percepite quanto mai necessarie in un contesto ambientale in continua evoluzione, come quello in cui viviamo. La XXXV edizione del Convegno di Idraulica e Costruzioni Idrauliche, pertanto, si e posta come punto d’incontro della comunita tecnico-scientifica italiana per la discussione a tutto tondo di tali problematiche, offrendo un programma scientifico particolarmente ricco e articolato, che ha coperto tutti gli ambiti riconducibili all’Ingegneria delle Acque. L’apertura dei lavori del Convegno si e svolta nella storica cornice della Chiesa di Santa Cristina, uno dei luoghi piu caratteristici e belli della citta ed oggi luogo privilegiato per l’ascolto della musica classica, mentre le attivita di presentazione e discussione scientifica si sono svolte principalmente presso la sede della Scuola di Ingegneria e Architettura dell’Universita di Bologna sita in Via Terracini. nIl presente volume digitale ad accesso libero (licenza Creative Commons 4.0) raccoglie le memorie brevi pervenute al Comitato Scientifico di IDRA16 ed accettate per la presentazione al convegno a valle di un processo di revisione tra pari. Il volume articola dette memorie in sette macro-tematiche, che costituiscono i capitoli del volume stesso: I. meccanica dei fluidi; II. ambiente marittimo e costiero; III. criteri, metodi e modelli per l’analisi dei processi idrologici e la gestione delle acque; IV. gestione e tutela dei corpi idrici e degli ecosistemi; V. valutazione e mitigazione del rischio idrologico e idraulico; VI. dinamiche acqua-societa: sviluppo sostenibile e gestione del territorio; VII. monitoraggio, open-data e software libero. Ciascuna macro-tematica raggruppa piu sessioni specialistiche autonome sviluppatesi in parallelo durante le giornate del Convegno, i cui titoli vengono richiamati all’interno del presente volume. La vastita e la diversita delle tematiche affrontate, che ben rappresentano la complessita delle numerose sfide dell’Ingegneria delle Acque, appaiono evidenti dalla consultazione dell’insieme di memorie brevi presentate. La convinta partecipazione della Comunita Scientifica Italiana e dimostrata dalle oltre 350 memorie brevi, distribuite in maniera pressoche uniforme tra le sette macro-tematiche di riferimento. Dette memorie sono sommari estesi di lunghezza variabile redatti in lingua italiana, o inglese. In particolare, la possibilita di stesura in inglese e stata concessa con l’auspicio di portare la visibilita del lavoro presentato ad un livello sovranazionale, grazie alla pubblicazione open access del volume degli Atti del Convegno. Il volume si divide in tre parti: la parte iniziale e dedicata alla presentazione del volume ed all’indice generale dei contributi divisi per macro-tematiche; la parte centrale raccoglie le memorie brevi; la terza parte riporta l’indice analitico degli Autori, che chiude il volume.