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Idraulica&GIS: quota serbatoio e tracciato condotta di avvicinamento

Nella progettazione di una rete idrica è importante andare ad individuare la posizione più idonea per il/i serbatoio/i a servizio della rete interna ed il tracciato della condotta di avvicinamento.

Questo articolo nasce per puro caso. Qualche giorno fa sistemando la libreria ho ritrovato i miei appunti del corso di Infrastrutture Idrauliche seguito quando ero studente di ingegneria. Insieme a quegli appunti c’era anche la relazione, i calcoli, i grafici ed i disegni del progetto di un acquedotto da discutere all’esame. I primissimi passaggi erano proprio la ricerca del punto migliore in cui posizionare il serbatoio a servizio della rete interna e l’individuazione del tracciato per la condotta di avvicinamento. Di seguito spiegherò come è possibile con QGIS definire queste due variabili progettuali alla base della progettazione di un acquedotto.

NB: l’intento di questo articolo non è quello di essere un tutorial passo passo poichè il suo unico scopo è divulgativo.

All’università ricordo che ci fu data una carta IGM 1:25.000 su cui era individuato il Comune da servire e la sorgente da cui prelevare l’acqua. Con solo questi dati individuammo(parlo al plurale perchè ero in un gruppo di lavoro) la quota del serbatoio ed aiutandoci con le isoipse definimmo il tracciato con il relativo profilo altimetrico. In realtà la parte più scocciante e lunga fu proprio individuare il tracciato e definire il profilo altimetrico perchè andammo ad individuare 3-4 soluzioni. Alla fine scegliemmo quella che ci sembrava meno gravosa dal punto di vista dei costi sia di scavo che di esproprio oltre che per la lunghezza del tracciato in se. Ricordo che per calcolare il profilo altimetrico usammo un applicativo in riga di comando, sembrava il DOS, in cui inserimmo i dati che avevamo rilevato sulla carta IGM e lui alla fine ci disegnò il profilo altimetrico inserendo la distanza progressiva ed assoluta sezione per sezione oltre che la pendenza.

Finito l’excursus romantico andiamo al sodo!

La situazione in avvio di progetto è questa:

  • sorgente a quota 444 metri;
  • quota del serbatoio, calcolata tenendo conto della quota massima del centro abitato da servire, dell’altezza dell’edificio più alto, delle perdite di carico, pari a 430 metri.

In aggiunta a questi dati ed alla carta IGM ho usato il DTM dell’ISPRA con risoluzione di 20 metri per pixel. Ho riclassificato un clip dell’area di studio secondo tre fasce altimetriche:

  • Classe 0: quote comprese tra il minimo altimetrico del clip e quota 427 metri;
  • Classe 1: quote comprese tra 428 e 432 metri;
  • Classe 2: quote comprese tra 433 metri ed il massimo altimetrico del clip.

La classe di mio interesse è la 1 che comprende la quota del serbatoio +/- 2 metri. Sovrapponendo il raster riclassificato con un buffer a 250 metri dal centro abitato sarà possibile individuare l’area migliore per posizionare il serbatoio. I pixel bianchi sono quelli in corrispondenza di aree utili allo scopo.

Individuata l’area migliore per posizionare il serbatoio sono passato alle step successivo: il tracciamento del percorso della condotta di avvicinamento.

Nel video spiego tutti i passaggi che ho effettuato fino all’individuazione del tracciato in se.

Noto il tracciato mi sono servito del plugin qProf per tracciare il profilo altimetrico con distanza progressiva tra cuspidi positive e negative, distanza totale e pendenza dei tratti. E’ importante sapere che il profilo ottenuto è in funzione della risoluzione del DEM da cui ha origine. Se si ha un DEM a 1m/px il risultato sarà sicuramente migliore del mio a 20m/px.

Nel video che segue spiego come ricavare il profilo altimetrico ed esportarlo come csv per essere poi elaborato in un foglio di calcolo.

L’esercizio è finito, alla prossima 🙂

SCARICA QUI I DATI USATI NELL’ARTICOLO

3D Open Source

E’ possibile creare una riproduzione 3D di un’area senza spendere 1€? La risposta è si e ve lo mostro con questo tutorial!

Cose necessarie:

  • dimestichezza con la metodologia GIS;
  • dimestichezza con QGIS;
  • applicazione;
  • un po’ di pazienza 😉

Iniziamo!

Recuperiamo una CTR, un DTM ed un DSM. Per questo tutorial ho usato la CTR 1:1000 scaricata nella sezione Open Data del sito del Comune di Napoli; per i due DEM ho attinto alla sezione Open Data del SIT della Città Metropolitana di Napoli. Qualche tempo fa vi ho già mostrato le potenzialità dei DEM da LiDAR.

Lavoriamo prima sui DEM. Come sapete DEM è l’acronimo di Digital Elevation Model, ovvero Modello Digitale di Elevazione; appartengono alla famiglia dei DEM i DTM – Digital Terrain Model, ovvero Modello Digitale del Terreno – ed i DSM – Digital Surface Model, ovvero Modello Digitale delle Superfici. Nei DTM è riportata la morfologia dei luoghi al netto del costruito e della vegetazione; mentre nei DSM è riportata la superficie reale di un’area compresi, quindi, il costruito e la copertura vegetativa.

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Confronto tra DTM e DSM

Aprendo il Raster Calculator andiamoci a calcolare la differenza tra i nostri due DEM nel modo che segue.

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Operazioni per calcolare il raster differenza tra i DEM

Abbiamo così ottenuto un raster di differenza, un DEM, che comprende le sole quote del costruito e della vegetazione; non è presente quindi la superficie terrestre.

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Parte del raster di differenza tra DSM e DTM

Adesso andiamo a lavorare sulla CTR. Il primo passo è quello di unire i file che abbiamo a disposizione che, in questo caso, sono composti da due shapefile: una per la Municipalità 1 e l’altro per la Municipalità 10.

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Workflow necessario all’estrazione della linea di costa e dell’edificato

Dall’unione ed attraverso operazioni di select estraiamo la linea di costa e l’edificato. Usiamo quindi il tool lines to polygons per poligonalizzare l’edificato.

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Maschera del tool

Il risultato sarà il seguente, in cui ho omesso le operazioni necessarie per correggere la topologia delle linee affinchè si ottenessero poligoni utili al nostro scopo.

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A questo punto andiamo ad estrarci i centroidi dei poligoni dell’edificato usando il plugin realcentroids, successivamente creiamo un buffer a 10cm dai centroidi appena ottenuti.

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Centroidi dei poligoni dell’edificato

Ora con il tool di Zonal Statistic andiamo ad associare la quota, prelevata dal DEM di differenza tra DSM e DTM, al poligono di buffer appena creato.

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Zonal Statistic

Ora con un semplice join tabellare associamo il field della quota, presente nel vettore dei buffer, al vettore dell’edificato poligonalizzato e salviamo il tutto come nuovo shapefile.

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Siamo finalmente pronti ad usare Qgis2threejs per creare il nostro 3D dell’area! Se non lo abbiamo ancora fatto scarichiamo il plugin dal repository. Quindi scegliamo il DEM di riferimento nella sezione DEM, poi spuntiamo il tab dell’edificato ed in Height scegliamo il field che contiene l’altezza degli edifici.

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Non ci resta che cliccare su Run ed il gioco è fatto! Il risultato sarà una pagina html che potrete caricare su un sito web o far processare da un apposito software di grafica 3D per migliorarne la qualità grafica.

Ecco il risultato della nostra elaborazione, immagine e 3D 😀

 

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Scorcio della costa posillipina

Di seguito la video guida 😉