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2 e-idro-geomorfologia-geomorhpic laws

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Leggi geomorphologiche, Horton classification, Horton laws, DEMs, geomorphometry

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2 e-idro-geomorfologia-geomorhpic laws

  1. 1. Riccardo Rigon La delineazione dei bacini idrografici V: i processi idrologici sono scritti nella geomorfologia ? Riccardo Rigon TravelersAmongMountainsandStreams,inkandslightcolouronsilk hangingscroll,byFanKuan,c.960–c.1030,Bei(Northern)Song dynasty;intheNationalPalaceMuseum,Taipei,Taiwan.
  2. 2. R. RigonR. Rigon 2 Leopold & Maddock 1953: Relazioni tra Aree e Portata Portata fluviale Velocita piena L a r g h e z z a dell’alveo P r o f o n d i t à dell’alveo Direzioni di Drenaggio e Aree Contribuenti
  3. 3. R. RigonR. Rigon 3 Avisio, after Rigon et al. 2006 Leopold & Maddock 1953: Relazioni tra Aree e Portata Direzioni di Drenaggio e Aree Contribuenti
  4. 4. R. RigonR. Rigon 4 Leopold & Maddock 1953: Relazioni tra Aree e Portata Direzioni di Drenaggio e Aree Contribuenti
  5. 5. R. RigonR. Rigon 5 La numerazione di STRAHLER e Le Leggi di HORTON • Il reticolo idrografico “estratto” e’, matematicamente parlando, un grafo orientato. •Gli elementi di tale grafo posseggono una topologia ad albero Strahler Le matematica delle reti Idrografiche
  6. 6. R. RigonR. Rigon 6 La numerazione di Stahler e le leggi di Horton I n g i a l l o “ l e sorgenti” L e s o r g e n t i h a n n o ordine di Strahler 1 Due sorgenti si incontrano e formano un ramo di ordine di Strahler di ordine 2 Strahler Le matematica delle reti Idrografiche
  7. 7. R. RigonR. Rigon 7 La numerazione di Stahler e le leggi di Horton Ad ogni incrocio di corso d’acqua: se si incontrano due rami di ordine diverso, m ed n, il corso d’acqua che ne esce ha ordine max(m,n) Strahler Le matematica delle reti Idrografiche
  8. 8. R. RigonR. Rigon 8 Strahler - Horton Si forma così una rete gerarchizzata con rami (streams) di ordine diverso. Di questi si può: -contare il numero -valutare la lunghezza media -valutare l’area afferente media. Questa rete ha ordine 4 Strahler Le matematica delle reti Idrografiche
  9. 9. R. RigonR. Rigon 9 Conto il numero di rami (streams) di un certo ordine definisco il rapporto di biforcazione: Le matematica delle reti Idrografiche
  10. 10. R. RigonR. Rigon 10 daTarboton:www.cuahsi.org La numerazione di Strahler e le leggi di Horton Le matematica delle reti Idrografiche
  11. 11. R. RigonR. Rigon 11 Operazioni nella Horton Machine Per calcolare il rapporto di biforcazione ci sono vari metodi (tenendo conto che la numerazione di Strahler e’ attribuita pixel per pixel). Un metodo è questo: C a l c o l o l e direzioni di drenaggio Assegno una numerazione alla rete Draindir Strahler Le matematica delle reti Idrografiche
  12. 12. R. RigonR. Rigon 12 Estraggo un valore della numerazione per elemento distinto (es. ramo) Conto il numero di elementi estratti per ogni categoria Seol cb Le matematica delle reti Idrografiche
  13. 13. R. RigonR. Rigon 13 Considero l’area drenata complessivamente da un ramo di ordine omega, , e faccio la media su tutti i rami dello stesso ordine: Definisco il rapporto tra le aree: Le matematica delle reti Idrografiche
  14. 14. R. RigonR. Rigon 14 daTarboton:www.cuahsi.org La numerazione di Strahler e le leggi di Horton Le matematica delle reti Idrografiche
  15. 15. R. RigonR. Rigon 15 Considero la pendenza media dei rami di ordine omega Definisco il fattore delle pendenze Le matematica delle reti Idrografiche
  16. 16. R. RigonR. Rigon 16 daTarboton:www.cuahsi.org La numerazione di Strahler e le leggi di Horton Le matematica delle reti Idrografiche
  17. 17. R. RigonR. Rigon 17 Tutte le quantità di cui sopra oscillano attorno a valori costanti per tutti i fiumi della Terra Questo è stato attribuito, in letteratura, alla natura “frattale dei reticoli idrografici”. Questa proprietà geometrica è fatta derivare da principi dinamici. Le matematica delle reti Idrografiche
  18. 18. R. RigonR. Rigon Fractal River Networks: Chance and Self-Organization 1 10 100 1000 Area 0.01 0.1 1 10 100 < L ^n > ê< L ^Hn - 1 L> 1 10 100 1000 0.001 0.01 0.1 1 10 100 h = 0.54 Rodriguez-IturbeeRinaldo,1997 Rinaldo,Rodriguez-IturbeeRigon,1998 18 Le matematica delle reti Idrografiche
  19. 19. R. RigonR. Rigon 19 Esistono altre misure che si possono effettuare sul reticolo Per esempio, misurare le distanze che separano ogni punto di un bacini dal crinale (andando da valle verso monte). hackstream hacklength Calcolare il numero di link a monte magnitudo Le matematica delle reti Idrografiche
  20. 20. R. RigonR. Rigon 20 La distanza di ogni punto in un bacino dal crinale. Legge di Hack HackLength Le matematica delle reti Idrografiche
  21. 21. R. RigonR. Rigon 21 Rigonetal.,1996 La distanza di ogni punto in un bacino dal crinale. Legge di Hack Le matematica delle reti Idrografiche
  22. 22. R. RigonR. Rigon 22 Approfondimenti Le matematica delle reti Idrografiche
  23. 23. R. RigonR. Rigon 23 Combinando coppie o triple di attributi è possibile riprodurre grafici di questo tipo daFoufulaePaola:www.cuahsi.org Canali
  24. 24. R. RigonR. Rigon 24 daFoufulaePaola:www.cuahsi.org Il terzo dato può derivare da rasterizzazione di dati vettoriali derivati da osserrvazioni di campagna Canali
  25. 25. R. RigonR. Rigon 25 daTarboton:www.cuahsi.org DD Il limite alla dissezione del terreno: la Densita’ di Drenaggio Reti di Canali e Bacino Idrografico
  26. 26. R. RigonR. Rigon 26 Il limite alla dissezione del terreno: la Densita’ di Drenaggio Reti di Canali e Bacino Idrografico
  27. 27. R. RigonR. Rigon 27 La Distanza dalla Rete Idrografica dei punti nei versanti h2cd Reti di Canali e Bacino Idrografico
  28. 28. R. RigonR. Rigon 28 Permette di calcolare Per esempio: •La lunghezza media dei versanti (---> h.cb) •Ogni momento statistico della distribuzione delle lunghezze (---> h.cb) •La distribuzione delle lunghezze di ogni versante (Un po’ più complicato, concatenando una serie di comandi) Reti di Canali e Bacino Idrografico
  29. 29. R. RigonR. Rigon 29 I versanti AngelaAnnunziata,ManuelAntonetti,GiovanniMarcoCovati Versanti - Aree Scolanti
  30. 30. R. RigonR. Rigon 30 Questi sarebbero tre versanti MontgomeryandDietrich,1989 Versanti - Aree Scolanti
  31. 31. R. RigonR. Rigon 31 Li numero magnitude LinkNumbering Estraggo i link h2ca Associo ad ogni link il suo versante Versanti - Aree Scolanti
  32. 32. R. RigonR. Rigon 32 Su ogni versante (e/o su tutti i versanti) si possono verificare delle relazioni morfologiche Versanti - Aree Scolanti
  33. 33. R. RigonR. Rigon 33 La tentazione dell’idrologo E’ quella di considerare tutti i versanti insieme. Ma naturalmente, ogni versante ha una sua geologia e litologia ed andrebbe studiato separatmente. In effetti, in condizioni opportune, area contribuente e pendenza sono dei “proxy” di molti processi idrogeomorfologici. Da cui il grafico della prossima slide. Versanti - Aree Scolanti
  34. 34. R. RigonR. Rigon 34 Relazione Area - Pendenza After Montgomery & Dietrich Alla ricerca dei processi idro-geomorfologici dominanti Versanti - Aree Scolanti
  35. 35. R. RigonR. Rigon Grazie per l’Attenzione 35 G.Ulrici-
  36. 36. R. RigonR. Rigon 36 Lista dei Simboli Appendici
  37. 37. R. RigonR. Rigon 37 - Broscoe, A.J., 1995, Quantitative analysis of longitudinal stream profiles of small watersheds, Office of Naval Research, Project NR 389-042, Technical Report No. 18, Department of Geology, Columbia University, New York. - Howard A.D., A detachment-limited model of drainage basin evolution, Water Resources Research, vol. 30, n. 7, p. 2261-2285, 1994. - Leopold, L.B., and Maddock, T., Jr, The hydraulic geometry of stream channels and some physiographic implications: U.S. Geological Survey Professional Paper 252. 57p, 1953 - Maidment D.R., ed., Arc Hydro: GIS for Water Resources, ESRI Press, Redlands, Ca, 2002 - Montgomery D.R. & Dietrich W.E., Channel initiation and the problem of landscape scale, Science, vol. 255, p. 826-830, 1992. - Moretti and Orlandini. Automatic delineation of drainage basins from elevation contour data using skeleton construction techniques. (2007) pp. 1-39 Bibliografia
  38. 38. R. RigonR. Rigon 38 - Orlandini et al. On the prediction of channel heads in a complex alpine terrain using gridded elevation data. Water Resour. Res. (2011) vol. 47 (2) pp. W02538 - Peckham S., New results for self-similar trees with applications to river networks, Water Resources Research, vol. 31, n. 4, p. 1023–1029, 1995 - Rinaldo, A., I. Rodriguez-Iturbe, Channel networks, Annual Review of Earth and Planetary Sciences, 26, 289-327, 1998 - Rigon R., I. Rodriguez-Iturbe, A. Rinaldo, A. Maritan, A. Giacometti and D. Tarboton, On Hack's law, Water Resources Research, vol. 32, n. 11, p. 3367, 1996 - Tarboton, D.G., A new method for the determination of flow directions and contributing areas in Grid Digital Elevation Models, Water Resources Research, vol. 33, n. 2, 309-319, http:// www.engineering.usu.edu/cee/faculty/dtarb/dinf.pdf - Tarboton, D.G., R.L. Bras and Rodriguez-Iturbe, 1992, A Physical Basis for Drainage Density, Geomorphology, vol. 5, n. 1/2 Bibliografia
  39. 39. R. RigonR. Rigon 39 Approfondimenti •Peckham and Jordan. Digital Terrain Modelling. Lecture Notes In Geoinformation and cartography (2007) pp. 1-326 •Rigon R., Ghesla E., Tiso C. & Cozzini A., Cozzini The HORTON machine: a system for DEM analysis : the reference manual . Trento: Università di Trento. Dipartimento di ingegneria civile e ambientale, May 2006. - p. viii, 136, ISBN 10:88-8443-147-6, http://www.ing.unitn.it/dica/tools/download/Quaderni/Horton %20manual.pdf •Rodriguez-Iturbe, I. and Rinaldo, A.: Fractal River Basins. Chance and Self-Organization, Cambridge University Press, New York, 1997. •Wilson, J. P. and J. C. Gallant, (2000), Terrain Analysis: Principles and Applications, John Wiley and Sons, New York, 479 p. •Wood, J.D. (1996) The geomorphological characterisation of digital elevation models PhD Thesis, University of Leicester, UK, http://www.soi.city.ac.uk/~jwo/phd

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