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Non invasive hydrogeophysical techniques for vadose zone hydrological characterization
No full textHydrogeophysics is a discipline that emerged and had a great development in the last two decades. The aim of this discipline is the subsurface hydrological and hydrogeological characterization via non-invasive geophysical techniques. Conventional sampling techniques, for characterizing or monitoring the shallow subsurface, are typically sparsely distributed or acquired at an inappropriate scale. Non-invasive geophysical datasets can provide more dense 2D/3D information. The present work focused on the hydrological characterization of the vadose zone, as it is a challenging issue that may be more deeply and extended understood.
The dependence of the geophysical response on changes in soil moisture content, e.g. via changes in electrical resistivity or dielectric properties, is the key mechanism that permits the use of non-invasive techniques to monitor the vadose zone in time-lapse mode, i.e. via repeated measurements over time. The use of these techniques in different configurations in the shallow and deep vadose zones can provide high-resolution images of hydrogeological structures and a detailed assessment of dynamic processes in the subsurface environment. The data from non-invasive techniques can subsequently be used to calibrate physical-mathematical models of water flow in the unsaturated zone. The understanding of fluid-dynamics is the key to all hydrologically-controlled environmental problems. The hydrogeophysical approach is based on links that can be established between geophysical quantities and hydrological variables, such as water content and solute concentration, generally in the form of empirical or semi-empirical petrophysical relationships.
The classical hydrogeophysical approach in hydraulic parameters evaluation starts from the measured geophysical data to estimate the hydrological state, albeit careful is need at this step: essential is the knowledge achievable from field data and the relative accuracy in the physical translation. Anyway this is the starting point for the hydrological simulation. Subsequently the hydrological modelled parameters may be compared and evaluated with the hydrological quantities obtained from geophysics through the petrophysical relationships. This approach can lead to erroneous parameter inference, if the spatial resolution of the geophysical techniques is not taking into account.
A different approach can be proceed, to overcome this issue. In spite of translating geophysical parameters in hydrological quantities, the comparison may be done directly on the not-inverted geophysical data. The geophysical surveys can be simulated with a forward model, starting from the hydrological modelled properties distribution and applying the petrophysical relationship to reconstruct the geophysical spatially-distributed parameters. At this point geophysical measured and simulated data can be compared, with the aim of calibrate and validate the hydrological model under examination. This second approach, not requiring geophysical inversions, is able to overcome artefacts deriving from the inversion procedure; but the resolution of the surveys must be considered, because an hydrological state should not be reproduced from geophysical methodologies, even if the two datasets, both simulated and measured, are in a perfect fitting.
The work is divided in two complementary parts. The first part is centred on the hydrological quasi-steady state characterization from cross-hole radar measurements. In many studies cross-borehole zero offset profiles (ZOP) are used to infer subsoil moisture content, which are a key topic in hydrological modelling and consequently in hydraulic parameters estimation. The principal aim of this work is to have a more complete view of how boreholes GPR ZOP measurements are informative of the subsoil geometry and distribution of relative permittivity. This is essential in moisture content estimation, uncertainty quantification and in the initial setting of parameters necessary for starting an hydrological model. For this purpose three different ZOP datasets are analysed: a synthetic dataset and two field-measured datasets.
The second part of the work is the hydrogeophysical inversion of a tracer test in the vadose zone, conducted at the Hatfield site (near Doncaster, UK). The path of a tracer in vadose zone may be masked from the variations of the physical status surrounding the dispersive plume; this could lead to erroneous interpretations of the evolving plume. The load of the new water, that moves under gravitational forces, produces the raising of the degree of saturation in the media just below the plume. This incidental effect could significantly contribute to geophysical signals and hydrological characterizations. The aim of this study is the recognition and distinction of the paths of the new injected fluid from the groundwater, already present in the system and activated from pressure variations, in a sort of “piston” effect. The discrimination between the new percolating water and the old pushed-down water is a key issue in aquifer vulnerability and soil pollution migrations, which can affect the vadose zone. In this second part the hydrogeophysical inversion is conducted: the simulated hydrological quantities are used to obtain a geophysical forward model of ZOP surveys, that should be compared with measured ZOP soundings. An estimation of the goodness of the hydrological model is then possible. A particle tracking code is then run to detect the exact evolution of the tracer plume in the subsurface. A comparison with the results from the inverted geophysical datasets is able to discriminate the tracer fluid from the old water of the system and to individuate where the geophysical imaging could be deceptive and misleading.
The present work is an example of the hydrogeophysical inversion methods, where great emphasis is focused on the characterization of the hydraulic state preceding the tracer injection test. Anyway the system must be stressed under artificial hydraulic states to force the parameters estimation and to limit the range of probable hydrological models.L’idrogeofisica è una disciplina che è emersa ed ha avuto un importante sviluppo nelle ultime due decadi. Lo scopo di questa disciplina è la caratterizzazione idrologica ed idrogeologica del sottosuolo attraverso tecniche geofisiche non invasive. Le tecniche di campionamento convenzionali sono di norma spazialmente distribuite ed acquisite ad una scala impropria. Le tecniche geofisiche invece permettono indagini spazialmente più fitte in 2D o 3D. Il presente lavoro si focalizza sulla caratterizzazione idrologica della zona vadosa.
I dati ottenuti dalle tecniche geofisiche possono essere utilizzati per calibrare modelli fisico matematici del flusso nella zona del non-saturo. Tale approccio idrogeofisico è basato su relazioni petrofisiche che legano le quantità geofisiche con le variabili idrologiche.
Il classico approccio idrogeofisico parte dalle misure geofisiche per ottenere una stima di parametri idrologici, che a loro volta vengono impiegati in modelli idraulici in grado di fornire ulteriori proprietà del sistema idraulico del sottosuolo. I modelli idrologici vengono successivamente validati e calibrati con i risultati delle inversioni geofisiche in time-lapse. Questo approccio prevede l’inversione del dato geofisico, metodo che può portare ad immagini del sottosuolo che contengono artefatti e che non tengono conto della risoluzione della tecnica applicata.
Un approccio differente prevede che ai parametri stimati dai modelli idraulici siano applicate le relazioni petrofisiche, al fine di tradurre le quantità idrologiche in quantità geofisiche. A questo punto la simulazione di modelli geofisici diretti permette un confronto immediato con i dati misurati, senza l’ausilio dell’inversione geofisica.
Il presente lavoro è suddiviso in due parti. La prima parte è centrata sulla caratterizzazione idrologica dello stato stazionario iniziale attraverso misure radar (GPR). Lo scopo principale del lavoro è quello di quantificare quanto le misure GPR a zero offset profiling (ZOP) siano informative delle geometrie del sottosuolo e delle relative condizioni di contenuto idraulico dei materiali. Questo lavoro è essenziale per ottenere una stima del contenuto idrico del sottosuolo e della relativa incertezza che ne deriva, poiché tali stime sono il punto di partenza delle simulazioni idrauliche.
La seconda parte del lavoro è focalizzata sulla inversione idrogeofisica di un test con tracciante salino condotto ad Hatfield (UK). L’approccio idrogeofisico adottato è quello di simulare misure geofisiche direttamente dalla distribuzione dei parametri idrologici calcolati, per ottenere una calibrazione di quelle quantità idrologiche scopo della metodologia applicata.
La ricostruzione dell’evoluzione di un plume iniettato nella zona vadosa è interessante ai fini di identificare i possibili percorsi di un contaminante nel sottosuolo. A tale scopo un codice di particle tracking è stato applicato ai risultati dell’inversione idrologica. Il codice di partcle tracking è in grado di distinguere i percorsi dell’acqua iniettata dall’acqua già presente nel sistema e movimentata del cambiamento di pressione in atto, ‘effetto pistone’. Le inversioni delle misure geofisiche non permettono di distinguere il fluido tracciante dai cambiamenti del contenuto idrico dei materiali adiacenti al plume iniettato
Título: Libro del nuouo splendore della chiesa di Roma moderna
No full textDatos del editor: Pé de imprenta deducido da portAs f. de grav. son calcPort. con orla ti
Data shared elaboration to irrigation water needs evaluation supported by GIS
No full textThis paper refers to the methodologies applied and the results of a project research granted by Regional Watershed Autorithy of Latium in order to evaluate the Pontina Plain agricultural water needs.
This study followed a procedure involving many “focus groups” with the main representative stakeholders of agricultural sector to better understand the cultivation spatial distribution and their water needs and irrigation methodology.
In fact, whatever methods chosen to evaluate the irrigation water needs, the hardest parameter to find in the “land-use” and the cultivation spatial distribution; some GIS themes are often available, like the Eu Corine LandCover one, but the classes used for the classification are not so detailed for this kind of studies.
To improved a new, finest, classification, by remote sensing or aerophoto analysis, can be much expensive, requires much time and always requires some “in situ” verification; moreover, to frequently update the results of these kinds of analysis is not so simple in terms of time and cost.
These kind of considerations have addressed the choice of the procedure presented in this paper
The North West Sahara Aquifer System: the complex management of a strategic transboundary resource
No full textThe North Western Sahara Aquifer System (NWSAS) is a very large aquifer system extending on a 1 million Km2 surface, under the national territories of Algeria, Libya and Tunisia. Due to the lack of fresh surface water availability in these desert and semi-arid regions, its importance is today strategic for the above
mentioned countries economic and social development, As a consequence of it, in the last decades, its exploitation has increased exponentially, causing serious hydrogeological problems and worries for the future. Supported by the scientific community, many national and international organizations, the
Observatoire du Sahara Sud (OSS) above all, have recently raised the debate on the compatibility between the Algeria, Tunisia and Libya withdraws and the very little groundwater resource renewal rate. The apparent, but difficult, upcoming solution is a shared management of the whole aquifer system by the three involved countries. In this context, some results of a hydrogeological study carried on the tunisian NWSAS region are
presented, focused on the actual exploitation state of the art definition and to estimate the different withdrawal scenarios consequences at medium-long period on the aquifer systemJ nd regional scale
Salvaguardia e tutela delle acque
No full textLa salvaguardia e la tutela delle acque di superficie e sotterranee è un argomento di crescente attualità tecnica, negli ultimi decenni, a causa della moltiplicazione degli interventi infrastrutturali a servizio degli insediamenti umani e dello sviluppo tecnologico, che rende oggi eseguibile praticamente qualunque intervento progettuale, indipendentemente dal contesto ambientale di inserimento. La prospettazione, organica ed esauriente, degli aspetti che concorrono ad una corretta impostazione del tema in argomento esula dalle possibilità della presente relazione: sono molti, infatti, i testi specialistici che affrontano in modo esaustivo sia il problema della tutela delle acque di superficie sia quello delle acque sotterranee, e pretendere di comprendere il tutto in una nota congressuale potrebbe essere velleitario. In questa sede pertanto sono richiamati per punti i principi che, in base alla esperienza maturata, definiscono un corretto approccio alla salvaguardia ed alla tutela delle acque superficiali e sotterranee nella progettazione di opere infrastrutturali di linea. Attraverso, poi, il riferimento ad uno specifico esempio progettuale, sarà possibile entrare nel dettaglio applicativo delle problematiche che accompagnano la realizzazione di un’opera che interagisca significativamente con le acque di superficie e sotterranee
Automatic differential cryptanalysis of symmetric ciphers
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Conseguenze ambientali dello sfruttamento delle acque sotterranee in contesti idrogeologici complessi: il caso del Complexe Terminal (Tunisia)
No full textThe access to the groundwater resources in arid and semiarid regions is often the only way to a hope of development for many people. Based on hydrogeological and hydrogeochemical data analysis, the local effects of the intense of groundwater withdrawal in the Complexe Terminal aquifer (Tunisia) is presented on this note. At a regional scale, the progressive depressurization of this confined aquifer, related to its intensive exploitation, caused a progressive disappereance of artésianisme phenomena and a salinization water increase, compromising
many oasis irrigation water plants with heavy effects on the region economy. In the case of the Rjim Maatoug oasis, the lack of knowledge on local geological conditions make these effects worse with a spin-off on some human settlements development
Effetti locali dello sfruttamento del Sistema Acquifero del Sahara Settentrionale
No full textGli acquiferi del Complexe Terminal e del Continental Intercalare costituiscono il vasto Sistema Acquifero del Sahara Settentrionale che riveste un ruolo fondamentale per lo sviluppo di vaste regioni desertiche e semidesertiche nei territori dell'Algeria, della Tunisia e della Libia.
Lo sfruttamento incontrollato di cui il SASS è stato oggetto da parte dei tre paesi negli ultimi decenni rischia tuttavia di compromettere la risorsa idrica impedendone un utilizzo più efficace ed efficiente.
Nel lavoro vengono presentate le conseguenze dell'evoluzione del prelievo globale dal Complexe Terminal su un progetto di irrigazione localizzato presso la zona di Rjim Maatoug in Tunisia
Construction of the DarkSide-20k Dark Matter experiment. Novel simulation techniques and QA/QC software for massive light detectors production.
No full textDark Matter is one of the most enigmatic entities in the Universe, profoundly impacting cosmic structures despite being elusive to direct observation. This thesis is developed in the context of the direct search of Dark Matter with low background experiments, focusing on the construction of DarkSide-20k detector. I delineate the experiment's design, emphasising the use of liquid Argon as a detection medium and the experiment innovative Gadolinium-loaded plastic for neutron capture. Additionally, I discuss the pivotal role of Monte Carlo simulations in optimising experimental parameters and the implementation of CAD-based techniques for accurate volume representation in the experiment simulation. Furthermore, I elucidate the testing and assembly procedures of cryogenic Silicon PhotoMultipliers, crucial components for detecting liquid Argon scintillation and neutron signals
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