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Influenza degli organismi bentonici sulla formazione di sand waves: la lunghezza d'onda
No full textLa presenza di organismi bentonici sul fondo del mare ha una influenza significativa sui processi idro e morfodinamici e quindi sulla formazione di forme di fondo di piccola e grande scala. Nel presente lavoro si realizza una analisi preliminare degli effetti dell’attività biologica sulla formazione di forme di fondo di grande scala (sand waves). Una volta verificata l’affidabilità del modello predittivo sviluppato da Besio et al. (2006), l’influenza dell’attività biologica dovuta a organismi bentonici viene simulata variando i valori dei parametri caratteristici del problema (tensione critica tangenziale per il trasporto solido e scabrezza del fondo, Borsje et al., 2007). I risultati ottenuti mostrano come le lunghezze d’onda delle forme di fondo ottenute con il modello bio-morfodinamico siano in migliore accordo rispetto ai valori ottenuti tramite l’utilizzo del solo modello morfodinamico
Migrating sand waves.
No full textA simple mathematical model is described, which reproduces the major features of sand waves' appearance and growth and in particular predicts their migration speed. The model is based on the linear stability analysis of the flat configuration of the sea bottom subject to tidal currents. Attention is focused on the prediction of the complex growth rate Gamma that bottom perturbations undergo because of both oscillatory fluid motions and residual currents. While the real part Gammar of Gamma controls the amplification or decay of the amplitude of the bedforms, the imaginary part Gammai is related to their migration speed. Previous works on the migration of the sand waves (Németh etblankal. 2002) consider a forcing tide made up by the M2 constituent (oscillatory period equal to 12 h) plus the residual current Z0 and predict always a downcurrent migration of the bedforms. However, field cases exist of upcurrent-migrating sand waves (downcurrent/upcurrent-migrating sand waves mean bedforms moving in the direction of the steady residual tidal current or in the opposite direction, respectively). The inclusion of a tide constituent characterized by a period of 6 h (M4) is the main novelty of the present work, which allows for the prediction of the migration of sand waves against the residual current Z0. Indeed, the M4 tide constituent, as does also the residual current Z0, breaks the symmetry of the problem forced only by the M2 tide constituent, and induces sand-wave migration. The model proposed by Besio etblankal. (2003a) forms the basis for the present analysis. Previous works on the subject (Gerkema 2000; Hulscher 1996a,b; Komarova and Hulscher 2000) are thus improved by using a new solution procedure (Besio etblankal. 2003a) which allows for a more accurate evaluation of the growth rate for arbitrary values of the parameter r, which is the ratio between the horizontal tidal excursion and the perturbation wavelength
Il progetto incompiuto della costa ligure
No full textL’Italia è terra di coste, di valli e di catene montuose, che contribuiscono a determinarne le molteplici identità. Una peculiarità che tuttavia non è considerata dagli strumenti che governano le trasformazioni del territorio: i piani urbanistici, i piani di bacino, i piani della costa (quando ci sono) operano su livelli amministrativi separati e con progetti contraddittori. Le opere di sistemazione delle coste, dei versanti vallivi e dei corsi d’acqua non si coordinano con i disegni urbanistici. A ciò si aggiungono le trasformazioni che investono continuamente il paesaggio, in particolare, negli ultimi anni, il paesaggio delle valli e quello delle coste. In una prima fase, in seguito allo sviluppo industriale, le valli interne hanno subito il progressivo venir meno di abitanti, di servizi, di economie, di cura del paesaggio e dell’ambiente, cui ha fatto da contrappeso l’incremento massiccio di un’urbanizzazione concentrata attorno alle città e sulla costa. L’abbandono del territorio molto spesso ha contribuito al dissesto idrogeologico, affrontato con interventi di ingegneria geotecnica e idraulica,mentre la costa ha subito un processo di intensa artificializzazione a causa degli interventi di ingegneria portuale e di difesa marittima. Troppo spesso le opere di ingegneria hanno tenuto conto delle sole ragioni tecniche, tralasciando le ragioni urbanistiche dei territori circostanti. Oggi invece le città e le conurbazioni costiere non crescono più e le valli interne sono oggetto di rinnovato interesse, motivato da inedite forme produttive e abitative e dalla necessità di porre un freno all’incombente dissesto idrogeologico. La ricerca che è alla base del presente volume si alimenta proprio dei nuovi assetti territoriali che hanno preso forma, e soprattutto di un mutamento di ordine disciplinare: ciò che sta cambiando, infatti, sono anche i modelli progettuali dell’ingegneria del territorio e dell’urbanistica: nel primo caso progetti innovativi cercano la compatibilità con i fattori naturali; nel secondo caso, nuovi modelli di sviluppo territoriale perseguono l’integrazione di obiettivi di sviluppo sociale ed economico con quelli della sostenibilità ambientale. Gli autori affrontano i problemi del progetto di territorio, mettendoli a fuoco da una prospettiva comune, capace di conciliare le ragioni e i metodi dell’ingegneria, sensibile alle dinamiche dei suoli e delle acque, con quelle dell’urbanistica, che progetta le trasformazioni ambientali e paesaggistiche delle valli e delle coste. Una delle novità più forti che caratterizza questa ricerca, e quindi il libro, è proprio questa sorta di «rivoluzione morbida»: un approccio nuovo al territorio, che intende non escludere a priori nessun metodo, nessuna esigenza, cercando invece di sfruttare quanto di valido e di apprezzabile proviene dalle prospettive e dagli ambiti più vari e solo apparentemente distanti. Una «rivoluzione morbida» che implica anche e soprattutto una generale diffidenza nei confronti delle «grandi opere», gli interventi monumentali e invasivi che catturano l’attenzione dei media, e, di contro, un’attenzione particolare rivolta alle «piccole opere», poco pubblicizzate, ma la cui importanza sperimentiamo quotidianamente, e sulle quali si misura la qualità della nostra vita di ogni giorno
A three-dimensional model of sand bank formation
No full textThe results of a fully three-dimensional model for the generation
of tidal sand banks are discussed. The model is based on the
linear stability analysis of the flat sea bed configuration
subject to oscillatory tidal currents. The flow regime is assumed
to be turbulent and a Boussinesq's approach is adopted to model
Reynolds stresses. The eddy viscosity depends on the distance from
the bed and an accurate description of the flow close to the sea
bed, where sediment motion is mainly confined, is obtained.
Sediment transport is modelled in terms of both suspended and bed
loads. As discussed in Besio et al. (2004), where
model predictions are compared with field data, the model can
reliably predict the conditions leading to the appearance of tidal
sand banks. Presently, attention is focussed on the prediction of
the geometrical characteristics of sand banks. While previous
works on the subject always predict sand banks with crests
counter-clockwise rotated with respect to the direction of the
main tidal current, the present results show that sand bank crests
are clockwise/counter-clockwise rotated depending on the
counter-clockwise/clockwise rotation of the velocity vector
induced by the tide. Only when the tidal current tends to be
unidirectional, sand banks are always characterized by crests
which are counter-clockwise rotated with respect to the direction
of the tidal current. Moreover, no preferred direction is selected
by the analysis when the tide tends to be circular. The
geometrical characteristics of sand banks (wavelength and angle of
rotation) are computed as function of the ratio between the minor
and major axes of the tidal ellipse for both clockwise and
counter-clockwise rotating tidal velocity vectors
Strutture Lagrangiane coerenti e dispersione, il caso del Golfo di Trieste
No full textNel campo dell’Ingegneria Ambientale un problema di grande importanza consiste nella previsione dell’evoluzione spazio/temporale di eventuali contaminanti rilasciati all’interno di un corpo idrico. Un possibile approccio per affrontare tale problema consiste nel predire le traiettorie degli agenti inquinanti, schematizzati come traccianti passivi, da campi di velocità ottenuti da misurazioni o simulazioni numeriche. Infatti, conoscendo il campo di velocità v(x,t) in qualsiasi posizione x e a qualsiasi tempo t, è sempre possibile calcolare la traiettoria di una particella di condizioni iniziali x_0 al tempo t_0. La sola conoscenza del campo di velocità non è, però, un’informazione totalmente esaustiva, infatti a causa della forte sensibilità dalle condizioni iniziali si possono ottenere risultati anche contrastanti tra di loro: dal momento che le misure del campo di velocità e delle condizioni iniziali sono sempre affette da incertezze, le traiettorie risultano molto difficili da predire. Un approccio alternativo per comprendere il trasporto in moti fluidi di particolare complessità si basa sul concetto delle Strutture Lagrangiane Coerenti (LCS). L’idea di utilizzare per l’analisi le strutture Lagrangiane fornisce un mezzo per identificare curve materiali, in campi di moto bidimensionali, o superfici materiali, in campi di moto tridimensionali, che definiscono come si configuri il processo di trasporto all’interno del campo di moto [1,2]. Lo scopo nell’identificare le LCS consiste nel dividere il campo di moto in regioni aventi differente comportamento dinamico: dal momento che le LCS agiscono come barriere al trasporto, il flusso di massa attraverso queste linee materiali è nullo e quindi traccianti passivi liberati in regioni delimitate da tali curve rimarranno lì confinati.
Il lavoro in oggetto consiste nell’identificazione e nella caratterizzazione di tali strutture all’interno del Golfo di Trieste. I campi di velocità superficiali del Golfo di Trieste provengono dalla campagna di misure del progetto TOSCA [3] avente lo scopo di migliorare la risposta agli incidenti in mare, in particolare sversamenti di petrolio e operazioni di recupero e soccorso. Oltre alla determinazione dei campi di velocità tramite radar costieri, il progetto TOSCA ha raccolto una serie di dati sulla dinamica della circolazione del golfo tramite il rilascio in mare di drifter.
Avendo a disposizione la traiettoria seguita da alcuni drifter è stato possibile realizzare dei confronti tra le traiettorie simulate e quelle reali. L’accordo tra le simulazioni numeriche e le osservazioni di campo è in gran parte dipendente dall’accuratezza delle misure di velocità. Il confronto fra le traiettorie di drifter reali e simulati mostra come i risultati numerici e le osservazioni di campo divergano significativamente negli istanti in cui i campi di velocità utilizzati nelle simulazioni numeriche presentano delle lacune (o “buchi”), preventivamente colmate tramite un’interpolazione. Generalmente, invece, nel momento in cui le velocità sono ben definite e non presentano lacune spaziali all’interno del Golfo, l’evoluzione delle nuvole di traccianti prevista dal modello numerico risulta coerente con le osservazioni di campo.
E’ possibile affermare quindi che l’utilizzo delle LCS per studiare il comportamento dei fenomeni di mescolamento permette di ottenere informazioni significative sull’evoluzione spazio/temporale traccianti all’interno di un moto fluido: determinare la posizione delle strutture attrattive e repulsive risulta di sicuro interesse per la previsione del comportamento di eventuali agenti inquinanti.
Bibliografia
[1] T. Peacock, G. Haller. Lagrangian Coherent Structures: The hidden skeleton of fluid flows. Physics Today, 66, 41-47, 2013.
[2] S. C. Shadden, F. Lekien e J. E. Marsden. Definition and properties of Lagrangian coherent structures from finite-time lyapunov exponents in two dimensional aperiodic flows. Physica D, 213, 271-304, 2005.
[3] Progetto TOSCA, www.tosca-med.e
Modelling of tidally generated large scale bedforms
No full textPhD Thesis on generation and migration of tidal sand waves and sand bank
Modelli per l'analisi della qualità delle acque costiere e dei bacini
No full textLa possibilità e capacità di simulare e di fare delle previsioni sull’evoluzione dei campi di moto di fluidi ambientali è di primaria importanza per un’analisi della qualità delle acque in seguito alla diffusione e/o dispersione di agenti inquinanti/nutrienti. Tuttavia la comprensione dei processi fisici e dei meccanismi che stanno alla base dell’evoluzione di flussi turbolenti complessi rappresenta innumerevoli difficoltà soprattutto nelle operazioni di post-processing e di analisi dei dati raccolti in seguito sia a simulazioni numeriche che ad esperimenti di laboratorio. Negli ultimi anni questo tipo di problematiche è stato affrontato analizzando il comportamento delle Strutture Lagrangiane Coerenti (LCS) per la caratterizzazione di moti complessi in quanto le LCS rappresentano delle linee(superfici) materiali per i moti bidimensionali(tridimensionali) che impediscono il trasporto di massa tra regioni adiacenti dello stesso fluido (Boffetta et al., 2000). Per questo motivo le LCS sono state utilizzate in diversi campi della meccanica dei fluidi per caratterizzare e descrivere svariati tipi di moti, partendo dai moti dei fluidi geofisici (atmosfera ed oceani), passando per la dinamica di inquinanti in campo marino e fluviale per arrivare fino alla bio-fluodinamica. L’intervento mostrerà dapprima le basi concettuali e gli strumenti derivati dalla teoria dei sistemi dinamici non lineari utilizzati per l’identificazione e l’interpretazione della dinamica delle LCS. Quindi verrà presentata una serie di casi studio in cui sarà possibile apprezzare l’utilità pratica dei concetti e degli strumenti teorici tramite la loro applicazione a problematiche di tipo ingegneristico inerenti il trasporto di contaminanti all’interno di un fluido ambientale
Il progetto della costa: le sistemazioni costiere
No full textL’Italia è terra di coste, di valli e di catene montuose, che contribuiscono a determinarne le molteplici identità. Una peculiarità che tuttavia non è considerata dagli strumenti che governano le trasformazioni del territorio: i piani urbanistici, i piani di bacino, i piani della costa (quando ci sono) operano su livelli amministrativi separati e con progetti contraddittori. Le opere di sistemazione delle coste, dei versanti vallivi e dei corsi d’acqua non si coordinano con i disegni urbanistici. A ciò si aggiungono le trasformazioni che investono continuamente il paesaggio, in particolare, negli ultimi anni, il paesaggio delle valli e quello delle coste. In una prima fase, in seguito allo sviluppo industriale, le valli interne hanno subito il progressivo venir meno di abitanti, di servizi, di economie, di cura del paesaggio e dell’ambiente, cui ha fatto da contrappeso l’incremento massiccio di un’urbanizzazione concentrata attorno alle città e sulla costa. L’abbandono del territorio molto spesso ha contribuito al dissesto idrogeologico, affrontato con interventi di ingegneria geotecnica e idraulica,mentre la costa ha subito un processo di intensa artificializzazione a causa degli interventi di ingegneria portuale e di difesa marittima. Troppo spesso le opere di ingegneria hanno tenuto conto delle sole ragioni tecniche, tralasciando le ragioni urbanistiche dei territori circostanti. Oggi invece le città e le conurbazioni costiere non crescono più e le valli interne sono oggetto di rinnovato interesse, motivato da inedite forme produttive e abitative e dalla necessità di porre un freno all’incombente dissesto idrogeologico. La ricerca che è alla base del presente volume si alimenta proprio dei nuovi assetti territoriali che hanno preso forma, e soprattutto di un mutamento di ordine disciplinare: ciò che sta cambiando, infatti, sono anche i modelli progettuali dell’ingegneria del territorio e dell’urbanistica: nel primo caso progetti innovativi cercano la compatibilità con i fattori naturali; nel secondo caso, nuovi modelli di sviluppo territoriale perseguono l’integrazione di obiettivi di sviluppo sociale ed economico con quelli della sostenibilità ambientale. Gli autori affrontano i problemi del progetto di territorio, mettendoli a fuoco da una prospettiva comune, capace di conciliare le ragioni e i metodi dell’ingegneria, sensibile alle dinamiche dei suoli e delle acque, con quelle dell’urbanistica, che progetta le trasformazioni ambientali e paesaggistiche delle valli e delle coste. Una delle novità più forti che caratterizza questa ricerca, e quindi il libro, è proprio questa sorta di «rivoluzione morbida»: un approccio nuovo al territorio, che intende non escludere a priori nessun metodo, nessuna esigenza, cercando invece di sfruttare quanto di valido e di apprezzabile proviene dalle prospettive e dagli ambiti più vari e solo apparentemente distanti. Una «rivoluzione morbida» che implica anche e soprattutto una generale diffidenza nei confronti delle «grandi opere», gli interventi monumentali e invasivi che catturano l’attenzione dei media, e, di contro, un’attenzione particolare rivolta alle «piccole opere», poco pubblicizzate, ma la cui importanza sperimentiamo quotidianamente, e sulle quali si misura la qualità della nostra vita di ogni giorno
Sediment transport patterns in the neighbourhood of cylindrical porous structures: The "mar de trafalgar" offshore wind farm
No full textA simple analytical model of wave propagation has been developed in order to study the potential sediment transport patterns due to the action of currents and waves in the neighbourhood of cylindrical structures. The attention is focused in particular on the study of the Trafalgar offshore wind farm, a case in which it has been necessary to analyze the flow trough porous structures in order to model fish growing-cages planned to be installed at each aerogenerator structure. The results are obtained by averaging over one period of wave in order to calculate the net potential sediment transport around a cylindrical impermeable structures surrounded by a porous ring. The analysis of the results reveals how the characteristics of the porous media (friction and porosity) have a strong influence in triggering the processes of wave diffraction and reflection, responsible of the enhancement of strong erosion/deposition processes around the aerogenerator foundation.A simple analytical model of wave propagation has been developed in order to study the potential sediment transport patterns due to the action of currents and waves in the neighbourhood of cylindrical structures. The attention is focused in particular on the study of the Trafalgar offshore wind farm, a case in which it has been necessary to analyze the flow trough porous structures in order to model fish growing-cages planned to be installed at each aerogenerator structure. The results are obtained by averaging over one period of wave in order to calculate the net potential sediment transport around a cylindrical impermeable structures surrounded by a porous ring. The analysis of the results reveals how the characteristics of the porous media (friction and porosity) have a strong influence in triggering the processes of wave diffraction and reflection, responsible of the enhancement of strong erosion/deposition processes around the aerogenerator foundation. © 2007 World Scientific Publishing Co. Pte. Ltd
Sand waves characteristics: theoretical predictions versus field data.
No full textSand wave characteristics are predicted using the three-dimensional model proposed by Blondeaux and vittori (2005a), Blondeaux and vittori (2005b) and later developed by Besio et al. (2006). Turbulence generated by tidal currents is described by introducing an eddy viscosity which is assumed to depend on the
distance from the bottom. Moreover, sediment is supposed to move both as bed load and suspended load since, at some locations, field surveys show that large amounts of sediment are put into suspension and transported by the tidal currents. The predictive capability of the model of Besio et al. (2006) is tested by comparing theoretical predictions with a large field data set. In particular the field observations carried out along the continental shelf of Belgium are used. The field data are described in Mouchet (1990) andVan Lancker et al. (2005) . The theoretical predictions are found to fairly agree with field observations, even though some of the comparisons suggest that the accuracy of the predictions depends on the accurate evaluation of the local current and sediment characteristics
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