Image METODO DIRETTO

I metodi di previsione diretta si basano su indagini statistiche del moto ondoso reale di cui allo stato attuale non sono disponibili registrazioni in numero sufficiente. E noto, infatti, che per giungere a risultati attendibili è necessario avere a disposizione un campione di dati abbastanza grande (il periodo di osservazione deve comprendere almeno 15-20 anni), mentre il numero di dati attualmente utilizzabili è notevolmente inferiore, poiché solo di recente in Italia si è provveduto all istituzione di una rete di rilevamento del moto ondoso...

Infatti, solo nel 1989 sono state varate otto boe ondametriche, posizionate lungo le coste della penisola, che costituiscono la Rete Ondametrica Nazionale (R.O.N.) gestita dal Servizio Idrografico e Mareografico Nazionale (S.I.M.N.), che si occupa della raccolta e dell elaborazione dei dati.


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METODO INDIRETTO

Con i modelli di ricostruzione si effettua una previsione a posteriori (hindcasting), poiché i parametri di input si riferiscono ad eventi già accaduti in passato. Il clima meteomarino di in paraggio viene quindi definito ricostruendo tutti gli episodi ondosi (verificatisi in un periodo abbastanza lungo) conseguenti all azione dei venti foranei rilevati da una stazione di misura ubicata all interno del settore di traversia o in prossimità di esso. Il settore di traversia è il settore angolare che comprende tutte le direzioni da cui possono provenire le onde.

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PARAMETRI DI INPUT NEI MODELLI DI PREVISIONE
I metodi indiretti di previsione forniscono le caratteristiche dell onda significativa generata da un campo di vento avente velocità e direzione costante per tutta la durata dell evento e su tutta l area di generazione. Questa semplificazione del fenomeno di trasferimento di energia dal vento alla superficie del mare permette la ricostruzione delle mareggiate una volta nota la velocità media e la durata dell evento anemometrico, registrato da una opportuna stazione di rilevamento, e l estensione dell area di generazione.

IL VENTO
I modelli di ricostruzione delle caratteristiche del moto ondoso ammettono che uno stato di vento di assegnata durata e predeterminata direzione media di provenienza, spirando sull area di generazione, trasferisca energia al mare, generando uno stato di mare di uguale direzione di provenienza.
Per il calcolo delle caratteristiche ondose risulta necessario elaborare i dati di vento registrati in una  stazione di misura posizionata all interno dell area di generazione o in prossimità di essa per selezionare gli eventi anemometrici significativi.

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Per la previsione delle onde sarebbe preferibile utilizzare le registrazioni anemometriche effettuate in mare, ma queste osservazioni non sono di facile reperibilità. Di conseguenza, ci si avvale dei dati provenienti da stazioni di misura posizionate in prossimità della costa, che però vanno corretti con opportuni coefficienti.
La procedura da seguire per adattare i dati di velocità del vento, riportata sullo Shore Protection Manual (1984), è la seguente:
 

correzione di elevazione

Nelle formule generalmente si fa riferimento alla velocità del vento misurata a 10m s.l.m. Se i venti sono misurati a una diversa altezza si utilizza una formula per riportare la velocità a 10 m.

correzione di stabilità

La differenza di temperatura tra l aria e l acqua è causa di instabilità della superficie di separazione dei due fluidi. Il fattore di correzione dipende dalla differenza di temperatura aria-acqua; se questa è negativa lo spessore è instabile e l azione del vento sulla superficie del mare è più efficace. In assenza di informazioni sulla temperatura il coefficiente si assume pari a circa uno.


correzione per effetti locali

Nel caso in cui siano disponibili dati provenienti da stazioni sulla terraferma, per operare il trasferimento dei dati sul mare si utilizza un ulteriore coefficiente. Se l anemometro si trova in prossimità della costa non è necessario procedere alla correzione.

coefficiente di attrito

Le caratteristiche dell onda nel modello S.P.M. (che sarà illustrato in seguito) sono funzione, invece che della velocità, del fattore di forza del vento (wind-stress), pari a una potenza della velocità del vento.

IL FETCH

L area di generazione delle onde è la superficie su cui avviene il trasferimento di energia dal vento al mare, con conseguente formazione e crescita delle onde. L estensione di tale zona è chiamata fetch.
L applicazione dei modelli di previsione necessita della definizione preliminare del settore di traversia del paraggio, ovvero il settore angolare, con centro nel paraggio, che include tutte le direzioni da cui possono provenire le agitazioni ondose generate dai venti foranei. Per ogni paraggio si definisce, quindi, non un solo fetch, ma una distribuzione direzionale di fetch, generalmente a intervalli di 10°.
Nei modelli di ricostruzione delle onde si distingue tra il fetch geografico, misurabile sulle carte come distanza tra due coste opposte, e il fetch efficace (introdotto da Saville negli anni 50 e aggiornata dall S.P.M. nel 1984), calcolato come media pesata dei fetch geografici rispetto alla direzione.
Il concetto di fetch efficace è stato introdotto per valutare gli effetti della larghezza dell area di generazione sulla formazione delle onde. Bisogna tenere presente infatti che anche i venti spiranti da direzioni esterne attigue al settore geografico contribuiscono allo sviluppo del moto ondoso.  Risulta così possibile determinare il settore efficace pari al settore geografico di traversia ampliato di circa 20°-30° da ciascun lato.

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I MODELLI DI PREVISIONE 

Il Modello S.P.M

Il modello S.P.M., presentato dallo Shore Protection Manual nel 1984, è stato ricavato dal CERC (Coastal Engineering Research Center) semplificando il modello spettrale di Hasselman,  sono state derivate relazioni simili a quelle del classico metodo SMB (anno?), in cui compaiono la velocità del vento, la sua durata, il fetch, il periodo e l altezza d onda spettrale.

La differenza tra le relazione utilizzate nel modello SPM e in quello SMB è nei parametri dell onda ricostruita: nell SPM si fa riferimento all altezza e al periodo spettrale, mentre l SMB fornisce le caratteristiche dell onda significativa.
Le relazioni sono valide se lo sviluppo dell onda è limitato dalla durata dello stato di vento o dalla lunghezza del fetch. Se il mare, invece, è completamente sviluppato (condizione FAS) sono state ricavate delle formule in cui sia l altezza d onda sia il periodo sono funzione della sola velocità del vento.
 
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STATISTICA DELLE MAREGGIATE
La ricostruzione delle mareggiate nell intero periodo per cui sono disponibili i dati di vento ha sostanzialmente due obiettivi: la ricostruzione del clima meteomarino medio al largo di un paraggio e l individuazione delle onde di progetto con riferimento ai diversi tempi di ritorno da considerare. In definitiva, occorre procedere a due studi distinti: il primo di tipo hindcasting e il secondo forecasting , intendendo indicare con questi due termini un analisi rivolta al passato e una tesa a prevedere gli eventi estremi che potrebbero verificarsi sul litorale in esame.

DETERMINAZIONE DEL CLIMA METEOMARINO MEDIO
Il clima meteomarino medio si valuta calcolando sia per ciascuna direzione di provenienza sia per l intero paraggio le mareggiate energeticamente equivalenti all intera serie storica disponibile.
L altezza d onda energeticamente equivalente per ciascuna direzione si calcola si ricava come media delle   altezze delle singole mareggiate pesata rispetto alla durata e al periodo.
Analogamente il periodo da associare alla suddetta altezza d onda si ricava come media pesata dei singoli periodi delle singole mareggiate rispetto alla durata. 

DETERMINAZIONE DELLE ONDE DI PROGETTO
Ai fini della progettazione di una struttura, è necessario conoscere l altezza d onda massima a prefissato tempo di ritorno cui essa sarà sottoposta nel suo tempo di vita. I metodi probabilistici  consistono nella ricerca di una legge di distribuzione rappresentativa del campione di dati disponibile e in una successiva estrapolazione di detta legge fino a tempi di ritorno congrui con l importanza e le esigenza dell opera progettata. Ovviamente, maggiori sono i tempi di ritorno considerati, maggiore deve essere la dimensione del campione analizzato, per non incorrere in una scarsa attendibilità dei risultati.
Per tempo di ritorno si intende l intervallo temporale fra due eventi di uguale intensità, ovvero il tempo in cui una data altezza d onda possa essere eguagliata o superata una sola volta.
La prima operazione da effettuare consiste nella ricerca degli eventi massimi annui per ciascuna direzione di provenienza. Sulla base dei dati così ottenuti si ricostruisce la serie dei massimi annui (ovvero la massima altezza d onda verificatasi nel corso di ciascun anno) per ogni direzione e per l intero paraggio. La distribuzione statistica utilizzata più di frequente per lo studio delle onde di progetto è la legge di Gumbel. 

ELABORAZIONE DEI PIANI D ONDA
Lo studio del clima meteomarino di un paraggio si completa con l elaborazione dei piani d onda, attraverso i quali è possibile ricostruire l evoluzione del moto ondoso dall area di generazione al largo fin sotto costa e, quindi, determinare le caratteristiche delle onde alle diverse profondità fino al frangimento.

TRASFORMAZIONE DELLE ONDE DOVUTE A RIFRAZIONE E SHOALING
Le onde, nel dirigersi verso la costa, si modificano: quando il rapporto tra la profondità e la lunghezza d onda risulta pari a 0,5 l onda comincia a risentire dei cambiamenti della batimetria.
A causa della diminuzione della profondità l onda rallenta, la lunghezza d onda si riduce e la ripidità, pari al rapporto tra l altezza d onda e la lunghezza, aumenta: questo processo è noto come shoaling.
Quando invece il fronte d onda incontra le batimetriche formando un angolo diverso da zero, l onda modifica la sua direzione di propagazione e ne risulta una rotazione dei fronti con conseguenti variazioni di altezza lungo di essi.
Gli effetti dovuti a shoaling e rifrazione aumentano man mano che la profondità diminuisce. Giunta sotto costa l onda si deforma e quando ha raggiunto un altezza pari circa alla profondità non è più stabile e frange.
L analisi della rifrazione e dello shoaling viene eseguita attraverso il tracciamento dei piani d onda, ovvero di un sistema di raggi che partono paralleli in acque profonde e vengono interrotti al frangimento.
Lo studio della trasformazione delle onde si basa sul principio della conservazione del flusso di energia del moto ondoso compreso tra due raggi d onda.


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FONTE: http://www.autoritadibacinocalabria.it/


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