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I processi di movimento, di diffusione e di scambio termico nelle risaie
No full textIl processo di trasporto di una sostanza in acqua richiede lo studio del moto dell’acqua e della diffusione di questa sostanza nel corpo idrico. Nel processo idrologico l’acqua è il vettore principale per il trasferimento delle sostanze chimiche usate nelle agrotecnologie. La conoscenza dell’idrodinamica superficiale ha una particolare importanza nello studio dei processi fisico-chimici di impatto in un comprensorio dove la coltura prevalente è il riso. Per poter poi proporre nuove soluzioni tecniche, al fine di un miglioramento del processo vegetativo della pianta a coltura, nella gestione dell’irrigazione per sommersione e delle agrotecnologie di intervento diventa necessario conoscere la distribuzione della temperatura dell’acqua irrigua. Alcuni cenni teorici sulle metodologie matematiche usate per descrivere la dinamica di questi fenomeni sono stati riportati insieme ad alcuni esempi applicativi, che hanno consentito di tarare i parametri delle stesse equazioni e degli schemi numerici utilizzati per ottenerne le soluzioni. In particolare la diffusione della temperatura è stata studiata considerando i termini dell’equazione di equilibrio dell’energia, che tengono conto degli effetti dovuti alla conduzione, alla convezione, al calore fornito dall’esterno per irraggiamento, a quello perso per l’evaporazione e alla produzione di calore per effetto degli attriti
Analisi delle serie storiche delle precipitazioni e dei deflussi del bacino del Po a Pontelagoscuro
No full textLa correlazione tra le serie storiche delle precipitazioni e quelle dei deflussi nella regione padana consente di individuare un indice della tendenza evolutiva della sua risposta idrologica. Nella regione sono presenti alcune delle stazioni meteorologiche con più lunghe serie storiche a livello europeo. Milano (Osservatorio di Brera) è una delle prime stazioni in cui sono iniziate le rilevazioni sistematiche della temperatura dell’aria e delle precipitazioni meteoriche. In questa stazione si dispone di una serie di dati, rilevati giornalmente, abbastanza lunga per lo studio del clima locale, pur tenendo conto degli importanti cambiamenti causati dall’evoluzione antropica urbana della città. Il bacino idrologico considerato è quello del fiume Po chiuso a Pontelagoscuro, dove sono iniziate le misure delle portate a partire dal 1807. All’interno del bacino sono presenti sei stazioni di misura della precipitazione con osservazioni per un periodo superiore a 150 anni. In questo lavoro si è cercato di correlare la stima degli afflussi con la stima dei deflussi storici, testando prima la loro corrispondenza, per valutare poi un eventuale andamento evolutivo del processo idrologico. Si è inoltre indagato per evidenziare se esiste una periodicità nella ricorrenza fenomenologica o una tendenza evolutiva legata sia a cambiamenti di uso del suolo sia del clima
Studio del trasporto della salinità in uno stagno a marea
No full textÈ stato effettuato il monitoraggio ambientale e la simulazione idraulica di un’area umida a marea. La morfologia del corpo idrico ha consentito l'utilizzo delle equazioni per acque poco profonde per simulare i campi delle correnti e della salinità. Con l’ausilio dei dati dei livelli di marea osservati il modello idrodinamico è stato calibrato definendo il valore della scabrezza del fondo. I rilievi della distribuzione spaziale e temporale della salinità sono stati utilizzati per studiare l’influenza dei termini diffusivi dell’equazione del trasporto e calibrare il modello attraverso la definizione del valore del coefficiente di diffusione turbolenta. L’analisi di sensitività di questo parametro ha evidenziato l’importanza dei termini diffusivi dell’equazione per il trasporto della concentrazione salina. L’utilizzo dei soli termini convettivi, in assenza della componente diffusiva, non consente, infatti, di simulare la progressiva risalita della salinità conseguente ad un addolcimento delle acque
La termodinamica dell’irrigazione per sommersione
No full textL’effetto combinato della trasmissione del calore per convezione e per irraggiamento sulla distribuzione della temperatura dell’acqua è stato studiato per il caso applicativo della irrigazione per sommersione. In questo tipo di sistema risulta di notevole interesse la conoscenza della distribuzione della temperatura dell’acqua per il miglioramento del processo vegetativo della pianta a coltura. L’idrodinamica dell'acqua irrigua, distribuita nelle camere sommerse, è stata studiata insieme alla descrizione della propagazione del calore. L’esempio applicativo riguarda una camera poco profonda (15 cm) di dimensioni 50x80 m in cui viene immessa una portata a temperatura costante e in prossimità della quale è stata installata una stazione agrometeorologica per la raccolta di dati climatici. Si è utilizzato uno schema numerico bidimensionale alle differenze finite e alle direzioni alterne di tipo Euleriano-Lagrangiano e si è verificata la consistenza dello schema numerico al variare della discretizzazione spaziale e temporale. La diffusione della temperatura è stata studiata considerando i termini dell’equazione di equilibrio dell’energia che tengono conto della conduzione, della convezione, del calore fornito dall’esterno per irraggiamento, di quello perso per l’evaporazione e della produzione di calore per effetto degli attriti. Dalle simulazioni di diversi cicli giornalieri, costituiti dall’alternanza tra il riscaldamento diurno e il raffreddamento notturno con immissione continua di acqua fredda, si è potuta, così, valutare l’influenza dei diversi termini di propagazione del calore
Watershed runoff and river flood modeling in land use planning
No full textIn land use planning along river path it may be useful to consider a statistic flooding process of the river. The very long return period required from the set of rules regulating land use planning in Italy produces, as a consequence, very high river discharge peaks and no many possibility to have experimental observations. On the contrary it is quite important to give some description of the river flooding process in these critical conditions for a correct land planning. In this situation, a basin scale hydrological model and a robust numerical scheme of the 2D complete form SWE have to be integrated. Knowing that it is very difficult an experimental validation, we showed the reliability of the numerical schemes used to get consistent solutions. A watershed runoff forecast model has been used to obtain the river hydrograph to apply as a boundary condition in the study of the river flood inundation on the flat plane near Olbia airport (Sardinia, Italy). In the wetting-drying process description a threshold of 1 cm, used as a condition to consider or not the cell in the computational field, seems to be well adjusted in the model. The numerical model is quite conservative ensuring water volumes preservation with a precision of 10-4. The great surface water slope in some sections is an evident prove of the SWE inertial terms importance in the wave front propagation. The flow peak loss, during the alluvial plane flooding, gives a reduction of about 10% of the discharge peak at the river mouth. This numerical method, validated in previous similar applications, describes sufficiently well flooding in a complex area with river morphology limited by airport and road infrastructures
Tidal, Seiche and Wind Dynamics in a Small Lagoon in the Mediterranean Sea
No full textEnvironmental monitoring and hydrodynamic studies were carried out to understand the forcing mechanisms that are responsible for the circulation patterns of the several small coastal lagoons of Sardinia, in the center of the Mediterranean sea, Italy. The water level observed in the Calich lagoon showed a free-surface oscillation with a semidiurnal period (tide) and a second order oscillation with higher frequency and lower amplitude (seiche). The wind has a local effect on these oscillations and generates a secondary circulation. Numerical analysis confirmed that the dynamic of the lagoon is mainly controlled by a balance between accelerations, barotropic pressure gradients, and bed and wind stresses, and highlighted that the surface seiche is one of the mechanisms responsible for driving residual currents. The employed 2D-horizontal model of lagoon hydrodynamics, forced with tides only at the basin boundary, reproduced the natural mode oscillation period of 0.5 h of the basin. Besides, our study evaluated the accuracy of the simulation of the seiche and wind effects. The plane 2D model, forced with the measured wind stress above the basin surface, simulated stronger seiches by strength and variability in the wind field, in agreement with the measured seiche and wind data. The 5-min time step of our monitoring was, however, too large to quantify accurately the relationship between seiche-induced residual circulation and wind stress. Simulation results indicate that the wind variations at the time scale of minutes could affect the strength of the seiche oscillation. Nevertheless, this variability had insignificant effect on the frequency, suggesting that the oscillatory response is predominantly linear. This analysis showed that tidal, atmospheric and seiche forcing mechanisms are responsible for the circulation patterns of these small Mediterranean wetland areas, generating water level oscillations each one with specific frequency, but with amplitudes of the same order
Anthropological and Climate Change Effects in the Hydrology of the Po Valley
No full textWatershed hydrology is determined by the state of soil surface. Different degrees of soil covering as well as soil exploitation can cause different processes of weather precipitation division into the watershed area. The anthropical evolution due to the expansion of urban areas is having a significant impact on the hydrological responses within the catchment area. In addition to that, the change in precipitations intensity can affect the formation of flood discharge. Using data collected over a time period of over one century, we have analysed both the changes in soil covering due to anthropical developments throughout the Po Valley – which have caused a remarkable expansion of urban areas – as well as any variation in precipitation intensity that may have occurred due to climate change. What can be observed is that the anthropologic effects on the catchment hydrology are very important and not negligible. In fact, the top monthly levels of flood discharge have been getting higher over time, in spite of the fact that the total values for yearly rainfall have been getting lower. Land Use Planning can be therefore considered as an important tool in catchment hydrology.
Urbanization diminishes the capacity of soils to absorb precipitation, and as a consequence of that, unless proper “countermeasures are taken” throughout the catchment area, an increase in discharge volumes and a decrease in hydrological response time all over the area will ensue. Such a concurrence of events would lead to more frequent flood episodes for equal peak flows or, conversely, to higher flows and volumes for equal expected frequency
Environmental study of a coastal lagoon: monitoring and modelling’
No full textMonitoring and modelling using the Shallow Water Equations (SWE) have been applied to the eco-hydraulic study of a one km2 lagoon in NW Sardinia, Italy. The study of the lagoon is useful in order to guarantee that the water would be suitable for fish farm management and to formulate appropriate plans for environmental protection. The hydrodynamic and salt diffusion model calibration was carried out with the environmental monitoring of the lagoon. A financial support has been granted to install an adequate electronic equipment for data acquisition. One climatic station for the measurement of the meteorological parameters and two stations for the hydrometric levels were set up. An accurate planobathymetrical survey of the entire lagoon was also performed. A mobile station, installed on a boat equipped with an impeller current meter, has been used for the spatially distributed survey of the salinity and the temperature of the water. The level-measuring stations have shown, on the one hand, the delay of the tide within the lagoon, and, on the other hand, a negligible decrease in the amplitude of the oscillations. This data has permitted a calibration of the resistance coefficient of the simulation model and, in general, a test of its reliability
Monitoraggio ambientale e impiego di un modello della diffusione per l'incremento della produzione ittica in uno stagno costiero
No full textÈ stato effettuato il monitoraggio ambientale e lo studio idraulico di uno stagno costiero al fine di definire gli interventi da realizzare per incrementare la produzione ittica. Il limitato rapporto tra la profondità media dello stagno di circa 1 m e le sue dimensioni planimetriche di qualche km ha consentito l'impiego di un modello idrodinamico e diffusivo bidimensio¬nale mediato lungo la vertica¬le. Le equazioni per acque poco profonde sono state integrate con uno schema alle differenze finite che accoppia il metodo implicito delle direzioni alterne (ADI) con quello Euleriano-Lagrangiano (ELM). L’equilibrio idrodinamico dello stagno è determinato dal flusso delle correnti di marea attraverso il canale a mare e dalle immissioni di acqua dolce dal suo bacino imbrifero; mentre si è evidenziato che il vento non influenza le correnti interne dello stagno. Le onde di marea si propagano con uguale ampiezza e con sfasamenti temporali di pochi minuti su tutta la superficie idrica dello stagno. Le misure dei livelli idrici hanno consentito di calibrare il coefficiente d'attrito del fondo. La viscosità cinematica turbolenta è risultata avere invece una influenza secondaria. Il monitoraggio della distribuzione spaziale e temporale della salinità ha consentito di calibrare il modello della diffusione e di validare il modello idrodinamico. L’analisi di sensitività ha evidenziato l’importanza dei termini diffusivi dell’equazione per la simulazione della concentrazione salina, che non può essere rappresentata con i soli termini convettivi
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