Il contributo dell'idraulica alla salvaguardia dell'ambiente marino

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Presentazione effettuata in occasione del workshop "Le coste pugliesi: tra prospettive di sviluppo ed esigenze di tutela" http://goo.gl/lRFti

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Il contributo dell'idraulica alla salvaguardia dell'ambiente marino

  1. 1. Workshop SIGEA – Società Italiana di Geologia Ambientale – Sezione Puglia Le coste pugliesi: tra prospettive di sviluppo ed esigenze di tutela Monopoli, 18 gennaio 2013 IL CONTRIBUTO DELL’IDRAULICA ALLASALVAGUARDIA DELL’AMBIENTE MARINO Michele Mossa POLITECNICO DI BARI DICATECh - Dipartimento di Ingegneria Civile, Ambientale, del Territorio, Edile e di Chimica m.mossa@poliba.it www.michelemossa.it www.iahrmedialibrary.net
  2. 2. Introduzione – Contesto teorico – Sperimentazione - Discussione dei risultati - ConclusioniTipici problemi ambientali in cui la conoscenza del territorio, il monitoraggio e la modellistica fisica e numerica sono di grande ausilio: - Progettazione, costruzione e manutenzione delle opere di ingegneria costiera - Diffusione di acque reflue in mare - Sversamento di petrolio in mare - Erosione costiera e problemi di trasporto solido - Altri ancora…
  3. 3. Introduzione – Contesto teorico – Sperimentazione - Discussione dei risultati - ConclusioniTipico approccio scientifico al problema- Misurazioni di campo e monitoraggio- Modelli fisici- Modelli numerici- Modelli ibridi
  4. 4. Introduzione – Contesto teorico – Sperimentazione - Discussione dei risultati - Conclusioni Fattori che intervengono sul trasporto solido Shoaling e frangimento
  5. 5. Introduzione – Contesto teorico – Sperimentazione - Discussione dei risultati - Conclusioni Tipologia dei frangentiSpilling:Turbolenza in crestaParametro di Irribarren-Battjes: tan 0.5 ⁄
  6. 6. Introduzione – Contesto teorico – Sperimentazione - Discussione dei risultati - Conclusioni Tipologia dei frangentiPlunging:Turbolenza nella parte bassa dellacolonna d’acquaParametro di Irribarren-Battjes:0.5 3.3
  7. 7. Introduzione – Contesto teorico – Sperimentazione - Discussione dei risultati - Conclusioni Tipologia dei frangentiSurging:Turbolenza generata dall’attrito al fondoParametro di Irribarren-Battjes: 3.3
  8. 8. Introduzione – Contesto teorico – Sperimentazione - Discussione dei risultati - Conclusioni Equazione di conservazione dell’energia cinetica turbolentak  u j k  1  1   ui  u j    u j p  u j k  2 u j s ij   u i u j     2 s ij s ijt x j x j     2   xj   xi   1 1 ′ ′ dove ′ ′ ′ 2 2 Assumendo l’ipotesi che l’energia turbolenta metta in sospensione e movimento i sedimenti consentendone il trasporto da parte del moto medio, diviene importante la relazione tra l’energia del moto medio e quella della turbolenza. c  uj c  uj c  c    wf t x j x j z Equazione del trasporto dei sedimenti in sospensione
  9. 9. Introduzione – Contesto teorico – Sperimentazione - Discussione dei risultati - ConclusioniSchema del canale ondogeno 2D del laboratorio di Idraulica del Politecnico di BariLa prima sperimentazione (onde regolari) è stata condotta in un canale lungo 45 m elargo 1 m, del laboratorio di Idraulica del Politecnico di Bari.Dal generatore di moto ondoso alla sezione 73 il fondo è orizzontale, mentre dallasezione 73 fino alla linea di riva la pendenza del fondale è 1/20.
  10. 10. Introduzione – Contesto teorico – Sperimentazione - Discussione dei risultati - Conclusioni Una sonda resistiva, per l’acquisizione dei profili di elevazione Un sistema anemometrico laser Doppler (LDA) per il contemporaneo rilievo delle componenti di velocità orizzontali u e verticali w.
  11. 11. Introduzione – Contesto teorico – Sperimentazione - Discussione dei risultati - Conclusioni CANALE ONDOGENO 2D del LICLe misure delle onde irregolari sonostate eseguite in un canale didimensioni: lunghezza di 30m,larghezza di 2.4m, altezza massima diacqua ferma di 0.93 m.Il fondo del canale presenta un trattoorizzontale per una lunghezza di circa15 m ed un successivo tratto diinclinato. Tutto il fondale inclinato èricoperto di sabbia con una pendenzamedia di 1:14.
  12. 12. SONDA ULTRALAB
  13. 13. Introduzione – Contesto teorico – Sperimentazione - Discussione dei risultati - Conclusioni CENTRALINA DI ACQUISIZIONEDue computer collegati ad una centralina che permette l’acquisizionesimultanea delle tre componenti di velocità e dell’elevazione del motoondoso.
  14. 14. Introduzione – Contesto teorico – Sperimentazione - Discussione dei risultati - Conclusioni Esempio dei dati rilevati – Onde regolari – Media temporale delle componenti orizzontali di velocità U[cm]10 0 t/T 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 -10 0.0 -0.2 0.0 -0.2 0.0 -0.2 0.0 -0.2 0.0 -0.2 0.0 -0.2 0.0 -0.2 0.0 -0.2 [m/s] 8.5 10.0 11.3 Test 1 14.0 d = 47.0 [ cm] 16.5 21.0 31.0 Spilling/ plunging sect. 45 sect. 46 sect. 47 sect. 48 sect. 49 sect. 51 sect. 55 sect. 63 [cm] 5 0 t/T 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 -5 0.0 -0.2 0.0 -0.2 0.0 -0.2 0.0 -0.2 0.0 -0.2 0.0 -0.2 0.0 -0.2 0.0 -0.2 [m/s] .5 Test 2 1 .0 1 .3 8 1 .0 0 1 1 .5 d=4 .0[ c ] 4 m 2 .0 6 3 .0 1 1 Spilling 7 sect. 45 sect. 46 sect. 47 sect. 48 sect. 49 sect. 51 sect. 55 sect. 63 [cm] 10 0 t/T 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 -10 0.0 -0.2 0.0 -0.2 0.0 -0.2 0.0 -0.2 0.0 -0.2 0.0 -0.2 0.0 -0.2 0.0 -0.2 0.0 -0.2 [m/s] 8.5 10.0 11.0 13.0 14.0 d = 47.0 [ cm ] 16.5 21.0 Test 3 31.0 Plunging sect. 45 sect. 46 sect. 47 sect. 48 sect. 48 sect. 49 sect. 51 sect. 55 sect. 63
  15. 15. Introduzione – Contesto teorico – Sperimentazione - Discussione dei risultati - Conclusioni t/T=0 0.005 0.18 0.16 0.14 0.12 0.08 0.06 0.04 0.02 5 0.2 0.1 2.5 m/s  [cm]Test 2 of regular waves - SPILLING breaking: horizontal turbulent 0 -2.5 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 50 -5 t/T z (cm) 40 30 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 x (cm) 5 2.5  [cm ] t/T=0.2 0 -2.5 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 -5 t/T 50 z (cm ) 40 30 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 x (cm) 5 2.5  [cm] t/T=0.6 0 -2.5 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 -5 50 t/Tintensities. z (cm) 40 30 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 x (cm)
  16. 16. Introduzione – Contesto teorico – Sperimentazione - Discussione dei risultati - Conclusioni Z [cm] Irregular wave - Vertical distribution of the time-averaged longitudinal velocity along the wave flume, U 40 [m/s] 0.02 0 -0.02 distance from bottom [cm] 0.02 0 -0.02 0.02 0 -0.02 0.02 0 -0.02 still water level 0 80 60 40 60 80 40 -40 20 40 60 20 0 20 40 0u-80 0 20 0-120 36 34 32 30 28 26 24 22 20 18 16 14 12 10 x [cm] Irregular wave - Vertical distribution of the time-averaged vertical velocity along the wave flume, W Z [cm] [m/s] 40 0.02 0 -0.02 distance from bottom [cm] 0.02 0 -0.02 0.02 0 -0.02 0.02 0 -0.02 still water level 0 80w 40 60 80 60 40 -40 20 40 60 20 0 20 40 0 -80 0 20 0-120 36 34 32 30 28 26 24 22 20 18 16 14 12 10 x [m]
  17. 17. Introduzione – Contesto teorico – Sperimentazione - Discussione dei risultati - ConclusioniSperimentazione con onde irregolari. Andamento delle ⁄ ⁄ e ⁄ ⁄
  18. 18. Introduzione – Contesto teorico – Sperimentazione - Discussione dei risultati - Conclusioni 40 sect. 4 sect. 3 sect. 2 surf zone 20 0 0 33 4 29 8 25 12 21 16 17 20 13 24 -20Z [cm] -40 -60 initial beach profile -80 final beach profile -100 x [m ] Sperimentazione con onde irregolari – Confronto dei profili di sabbia del fondale prima e dopo l’attacco ondoso
  19. 19. Introduzione – Contesto teorico – Sperimentazione - Discussione dei risultati - Conclusioni Il sistema satellitare COSMO-SkyMed (COnstellation of small Satellites for Mediterranean basin Observation, ossia costellazione di satelliti di piccole dimensioni per l’osservazione del bacino del Mediterraneo), che rappresenta il più grande e recente SVILUPPI FUTURI investimento italiano nei Sistemi Spaziali per l’Osservazione della“Ora ascoltate il suono che separa per sempre il vecchio Terra, commissionato e finanziato dall’Agenzia Spaziale Italianadal nuovo.” (ASI) e dal Ministero della Difesa (MoD) italiano.[Presentazione del cinguettio bip-bip trasmesso dalsatellite Sputnik.](Annunciatore radiofonico della NBC nella notte del 4 Il sistema è costituito da una costellazione di quattro satelliti diottobre 1957) medie dimensioni su orbita terrestre bassa, tutti dotati di un radar ad apertura sintetica (SAR, Synthetic Aperture Radar), multimodale, ad alta risoluzione, operante sulla banda X e dotato di strumentazione di acquisizione e trasmissione dati particolarmente flessibile e innovativa. Alcuni esempi delle potenziali applicazioni sono le seguenti: 1) Prevenzione e gestione dei disastri ambientali. 2) Controllo degli oceani e delle coste (utile per rilevare in modo continuo e accurato lo stato delle coste, dei mari e delle acque interne ai fini della valutazione dell’erosione costiera e dell’inquinamento). 3) Controllo delle risorse agricole e forestali. 4) Controllo degli edifici. 5) Mappatura.
  20. 20. Grazie per la cortese attenzionewww.michelemossa.itwww.iahrmedialibrary.net
  21. 21. Diffusione di acque reflue in mareUgello del trattoterminale della diffusoredi Bari orientaleCanale di sezione rettangolare moltolarga per lo studio di getti di densità,presso il LIC di Bari, in cooperazione colprof. Peter Davies (University of Dundee,UK)
  22. 22. Problema dello sversamento di petrolio in mare
  23. 23. Problema dello sversamento di petrolio in mare
  24. 24. MONITORAGGIO SATELLITARE DELLO SVERSAMENTO DI PETROLIO Immagine MODIS banda 2 TOA reflectance Condizioni di Glint senza petrolio Una zona della superficie marina Condizioni di Glint con petrolio
  25. 25. MONITORAGGIO SATELLITARE DELLO SVERSAMENTO DI PETROLIOSu questo tema, si sta affermandoun’attività di ricerca che vede ilcoinvolgimento della comunitàscientifica degli Idraulici e quelladei Fisici esperti in rilievisatellitari. In particolare, il lavorodi De Carolis et al. (2012)* riportaun confronto tra immaginisatellitari nell’infrarosso vicino(NIR) e quelle ottenute dasimulazioni numeriche riferiteall’affondamento della petrolieraFu Shan Hai avvenuto il 31 maggio2003 al largo delle coste svedesi edanesi.(*) De Carolis, G., Adamo, M., Pasquariello, G., DePadova, D. & Mossa, M. (2012), «Quantitativecharacterization of marine oil slick by satellite near-infrared imagery and oil drift modelling: the Fun ShaiHai case study», International Journal of RemoteSensing, 34:5, 1838-1854. Confronto tra chiazza osservata (rosso) e chiazza ottenuta da simulazione numerica (verde) il 3 giugno 2003
  26. 26. Erosione costiera (foto di M. Mossa) Falerna (CZ), August 2000
  27. 27. Falerna (CZ), August 2009 (foto di M. Mossa)
  28. 28. Un esempio di misurazioni di campo
  29. 29. Vasca con generatore di onde 3DModelli fisici (2D and 3D) al LICdel Politecnico di Bari (Valenzano,Bari) De Serio F., Mossa M., 2006, Experimental study on the hydrodynamics of regular breaking waves, Coastal Engineering, 53, pp. 99-113.
  30. 30. Stretto di Messina - Simulazioni numeriche con maree semidiurne e diurne, in cui la serie storica è ricostruita dalla misurazioni condotte in termini di ampiezze, periodi e fasi. - I livelli medi del Mar Ionio e del Mar Tirreno sono riesponsabili di alcune componenti di correnti. Johann Heinrich Füssli, Odisseo tra Scilla e Cariddi, 1794-1796

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