Fenomeni di allagamento in aree urbane. Aspetti salienti, interventi di mitigazione e tecniche di modellazione.

This thesis presents the main models used to study urban flooding phenomena, with particular attention to numerical models that couple surface runoff and the behavior of underground sewer networks. In this context, the formulation and application of the 2DEF model, developed by Prof. A. Defina of the University of Padua, is explored using the subgrid approach developed by Prof. D.P. Viero. Thanks to this approach, the 2DEF model allows for the simulation of flows in underground pipes without explicitly representing the entire drainage network, avoiding the time-consuming inclusion of the numerous small-scale components that constitute the network. This approach is coupled with a two-dimensional hydrodynamic model that solves the porous version of the shallow-water equations, enabling both computationally and model-efficient rain-on-grid (RoG) simulations. Drainage network parameters, such as direction, diameter, roughness, and pipe spacing, can be derived from aerial photogrammetry and limited survey data, thus reducing the data required and enabling simpler model implementations. Numerous tests demonstrate that this approach ensures reasonable accuracy with low modeling effort and computational cost. The 2DEF model offers an efficient and practical solution for assessing pluvial flooding, especially in urban areas with limited data, even at large scales. This provides support for flood management and mitigation strategies. The thesis is divided into five main chapters: the first and second describe the characteristics of urban flooding and the main mitigation techniques, while the third illustrates the main numerical models used in the literature. The subgrid model is described in Chapter 4, followed by the results of its application in Padua and the conclusions in Chapter 5.

In questa tesi vengono presentati i principali modelli utilizzati per studiare i fenomeni di allagamento urbano, con particolare attenzione ai modelli numerici che accoppiano il deflusso superficiale e il comportamento delle reti fognarie sotterranee. In questo contesto, viene approfondita la formulazione e l’applicazione del modello 2DEF, sviluppato dal Prof. A. Defina dell’Università di Padova, sotto l’approccio a sottogriglia, sviluppato dal Prof. D.P. Viero. Il modello 2DEF, grazie a tale approccio, consente di simulare i flussi nelle condotte interrate senza dover rappresentare esplicitamente l’intera rete di drenaggio, evitando l'inclusione, dispendiosa in termini di tempo, dei numerosi componenti a piccola scala che costituiscono la rete. Questo approccio è accoppiato a un modello idrodinamico bidimensionale che risolve la versione porosa delle equazioni delle acque basse, permettendo simulazioni rain-on-grid (RoG) efficienti sia dal punto di vista computazionale che della modellazione. I parametri relativi alla rete di drenaggio, come direzione, diametro, scabrezza e spaziatura delle tubazioni, possono essere derivati da dati aerofotogrammetrici e rilievi limitati, riducendo così i dati richiesti e consentendo implementazioni più semplici del modello. Numerosi test dimostrano che questo approccio garantisce una ragionevole accuratezza con un basso sforzo di modellazione e un basso costo computazionale. Il modello 2DEF offre una soluzione efficiente e pratica per la valutazione delle inondazioni pluviali, soprattutto nelle aree urbane con dati limitati anche su larga scala, fornendo supporto per la gestione delle inondazioni e le strategie di mitigazione. La tesi si articola in cinque capitoli principali: nel primo e nel secondo vengono descritte le caratteristiche degli allagamenti urbani e le principali tecniche di mitigazione, mentre nel terzo si illustrano i principali modelli numerici usati in letteratura. Il modello sottogriglia viene descritto nel capitolo 4, a cui poi seguono i risultati di una sua applicazione a Padova e le conclusioni nel quinto capitolo.