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AccumulatedInfiltration(mm)
100
200
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400
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Time (minutes)
Gravelysandyloam
Sandy loam
(pasture)
Sandy loam
(mulch)
Sandy loam (wheat)
Silt loam
Clay
L’infiltrazione dipende dal tipo di suolo
[Adapted from Taylor and Ashcroft, 1972]
Introduzione
Riccardo Rigon](https://image.slidesharecdn.com/13-150515102844-lva1-app6891/75/13-1-formazione-deideflussi-5-2048.jpg)
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Condizioni del suolo
Tessitura
Struttura
Profondità
Stratificazione
Variabilità spaziale
Radici
Profondità della falda
Presenza di drenaggi
[Ward and Elliot, 1995, Environmental Hydrology]
Introduzione
Riccardo Rigon](https://image.slidesharecdn.com/13-150515102844-lva1-app6891/75/13-1-formazione-deideflussi-6-2048.jpg)
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Condizioni della superficie
Uso del suolo
Copertura Vegetale
Scabrezza
Fessurazione e
“Crusting”
Impermeabilizzazione
Idrofobicità
[Ward and Elliot, 1995, Environmental Hydrology]
Introduzione
Riccardo Rigon](https://image.slidesharecdn.com/13-150515102844-lva1-app6891/75/13-1-formazione-deideflussi-7-2048.jpg)
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Condizioni del flusso
[Ward and Elliot, 1995, Environmental Hydrology]
Carico Idraulico
Viscosità
Chimica
Temperature del
suolo e dell’acqua
Intrappolamento
dell’aria
Introduzione
Riccardo Rigon](https://image.slidesharecdn.com/13-150515102844-lva1-app6891/75/13-1-formazione-deideflussi-8-2048.jpg)
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Questo si può analizzare in modo semplificato
nel piano Aree - Pendenze
A/b [m]
Pendenza
del terreno
Area contribuente
C o n t o r n o
drenato
A/b [m]
Out[506]=
1 10 100 1000 104
10
50
20
30
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Pendenze
Aree - Pendenze
Riccardo Rigon](https://image.slidesharecdn.com/13-150515102844-lva1-app6891/75/13-1-formazione-deideflussi-11-2048.jpg)
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Questo si può analizzare in modo semplificato
nel piano Aree - Pendenze
A/b [m]
Ricarica sulla
falda
Trasmissività
idraulica
Out[506]=
1 10 100 1000 104
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Pendenze
Aree - Pendenze
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Ks => Conducibilità idraulica a saturazione [L/T]
TK = Ks h => Trasmissività idraulica [L2/T]
h => Altezza del suolo idrologicamente attivo [L]
TK si deve calcolare ex-post, calibrando “a posteriori” i modello contro
alcuni casi sperimentali. Ha infatti un carattere di media spaziale.
Anzichè considerare T, si potrebbe considerare la sua definizione in termine
della conducibilità satura Ks e della quota di spessore di sedimento
idrologicamente attivo, h, sperando si poter stimare quest’ultimo a partire da
modelli di evoluzione del suolo o di ottenerlo da misure.
Illusi! tuttavia se pensate che anche Ks si possa determinare, per esempio,
per mezzo di pedotransfer functions.
In questa teoria rimane un parametro efficace.
Note
Idrologia Stazionaria dei versanti
Riccardo Rigon](https://image.slidesharecdn.com/13-150515102844-lva1-app6891/75/13-1-formazione-deideflussi-15-2048.jpg)
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Questo si può analizzare in modo semplificato
nel piano Aree - Pendenze
A/b [m]
Punti saturiPunti non
saturiOut[506]=
1 10 100 1000 104
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Pendenze
Back to Area - Pendenza
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13.1 formazione deideflussi
Il documento discute la generazione di deflusso superficiale e subsuperficiale in relazione all'infiltrazione nei versanti, illustrando modelli euristici e metodologie per calcolare idrogrammi. Si analizzano diversi fattori, come le condizioni del suolo e del flusso, per comprendere il comportamento delle acque in risposta alla pioggia e alla capacità di infiltrazione. Inoltre, viene esplorato il concetto di deflusso hortoniano e dunniano e come questi influenzano la risposta idrologica dei versanti.
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13.1 formazione deideflussi
- 1. La generazione deldeflusso Modelli semplificati Riccardo Rigon R.Hopper,HarshNewEnglandlandscape,1930
- 2. 2 Obbiettivi •Illustrare, per viaeuristica, il comportamento del’infiltrazione a scala di versante •Introdurre il tema, simmetrico a quello dell’infiltrazione e della redistribuzione laterale, della produzione di deflusso. •Analizzare i processi a scala di versante e, in particolare, i processi di generazione del deflusso superficiale. Introduzione Riccardo Rigon
- 3. 3 Lo scopo delleslide seguenti è quello di dare una indicazione di come calcolare l’idrogramma di un versante dovuto al deflusso subsuperficiale e superficiale. Infiltrazione a scala di versante Introduzione Riccardo Rigon
- 4. 4 Introduciamo un concettoempirico la capacità di infiltrazione Come la capacità di un suolo e/o di un materiale di permettere l’infiltrazione di una certa intensità di precipitazione e/o di irrigazione. Assumiamo, per il momento, senza giustificazione che vi sia una grandezza misurabile che la quantifiche e che questa sia la conducibilità idraulica Introduzione Riccardo Rigon
- 5. 5 AccumulatedInfiltration(mm) 100 200 300 400 60 120 180 Time(minutes) Gravelysandyloam Sandy loam (pasture) Sandy loam (mulch) Sandy loam (wheat) Silt loam Clay L’infiltrazione dipende dal tipo di suolo [Adapted from Taylor and Ashcroft, 1972] Introduzione Riccardo Rigon
- 6. 6 Condizioni del suolo Tessitura Struttura Profondità Stratificazione Variabilitàspaziale Radici Profondità della falda Presenza di drenaggi [Ward and Elliot, 1995, Environmental Hydrology] Introduzione Riccardo Rigon
- 7. 7 Condizioni della superficie Usodel suolo Copertura Vegetale Scabrezza Fessurazione e “Crusting” Impermeabilizzazione Idrofobicità [Ward and Elliot, 1995, Environmental Hydrology] Introduzione Riccardo Rigon
- 8. 8 Condizioni del flusso [Wardand Elliot, 1995, Environmental Hydrology] Carico Idraulico Viscosità Chimica Temperature del suolo e dell’acqua Intrappolamento dell’aria Introduzione Riccardo Rigon
- 9. Infiltrazione Due casi :La precipitazione è maggiore della capacità di infiltrazione oppure minore 9 Infiltrazione Riccardo Rigon
- 10. La precipitazione èminore della capacità di infiltrazione 10 Tutto si infiltra! Dunnian runoff Riccardo Rigon
- 11. 11 Questo si puòanalizzare in modo semplificato nel piano Aree - Pendenze A/b [m] Pendenza del terreno Area contribuente C o n t o r n o drenato A/b [m] Out[506]= 1 10 100 1000 104 10 50 20 30 15 70 Pendenze Aree - Pendenze Riccardo Rigon
- 12. 12 Questo si puòanalizzare in modo semplificato nel piano Aree - Pendenze A/b [m] Ricarica sulla falda Trasmissività idraulica Out[506]= 1 10 100 1000 104 10 50 20 30 15 70 Pendenze Aree - Pendenze Riccardo Rigon
- 13. L’equazione di bilanciodi massa diviene 13 Assumendo idrologia stazionaria Idrologia Stazionaria dei versanti Riccardo Rigon
- 14. 14 Flusso = Area* Velocità apparente Area = b*h Velocità apparente (Legge di Darcy) h b Flusso = Step by Step il carico idraulico è approssimato con il gradiente della pendenza = Idrologia Stazionaria dei versanti Riccardo Rigon
- 15. 15 Ks => Conducibilitàidraulica a saturazione [L/T] TK = Ks h => Trasmissività idraulica [L2/T] h => Altezza del suolo idrologicamente attivo [L] TK si deve calcolare ex-post, calibrando “a posteriori” i modello contro alcuni casi sperimentali. Ha infatti un carattere di media spaziale. Anzichè considerare T, si potrebbe considerare la sua definizione in termine della conducibilità satura Ks e della quota di spessore di sedimento idrologicamente attivo, h, sperando si poter stimare quest’ultimo a partire da modelli di evoluzione del suolo o di ottenerlo da misure. Illusi! tuttavia se pensate che anche Ks si possa determinare, per esempio, per mezzo di pedotransfer functions. In questa teoria rimane un parametro efficace. Note Idrologia Stazionaria dei versanti Riccardo Rigon
- 16. 16 Flusso superficiale =Area * Velocità Area = b*dh Velocità = uh Flusso subsuperficiale <= Flusso superficiale <= uh*b* dh h b dh Saturazione Raggiunta! Idrologia Stazionaria dei versanti Riccardo Rigon
- 17. 17Quello che entraè in ogni istante uguale a quello che esce!! Saturazione Raggiunta! Il bilancio stazionario (stazionario: perchè nella equazione sottostante mancano i termini di accumulo temporaneo nella parte satura e insatura) della striscia di versante si scrive allora: Infatti: : è il deflusso subsuperficiale dall’elemento di versante : è il deflusso superficiale (runoff) : è la quantità di acqua che arriva alla falda Idrologia Stazionaria dei versanti Riccardo Rigon
- 18. Si esclude lapresenza di deflusso superficiale 18 Relazioni Area-Pendenza AfterMontgomery&Dietrich1992,1995 Idrologia Stazionaria dei versanti Riccardo Rigon
- 19. 19 Relazioni Area-Pendenza AfterMontgomery&Dietrich1992,1995 Se DEVE ESSERCIDEFLUSSO SUPERFICIALE Se Tutto defluisce nel suolo. Back to Area - Pendenza Riccardo Rigon
- 20. 20 Questo si puòanalizzare in modo semplificato nel piano Aree - Pendenze A/b [m] Punti saturiPunti non saturiOut[506]= 1 10 100 1000 104 10 50 20 30 15 70 Pendenze Back to Area - Pendenza Riccardo Rigon
- 21. 21 Azioni Deflusso superficiale per redistribuzione (Dunnian/saturation excessrunoff) La precipitazione supera la capacità di infiltrazione ? no si Analizzo il problema sul diagramma Aree-Pendenze Azioni Riccardo Rigon
- 22. 22 Azioni Assegnato l’apporto idrico sullafalda, rp, e la trasmissività dei suoli, determino le aree sature su base topografica Analizzo il problema sul diagramma Aree-Pendenze Azioni Riccardo Rigon
- 23. 23 L’equazione di bilancio L’INDICETOPOGRAFICO Indice Topografico Riccardo Rigon
- 24. 24 Dipende da elementi idrologici L’INDICETOPOGRAFICO e da elementi topografici Indice Topografico Riccardo Rigon
- 25. 25 L’INDICE TOPOGRAFICO É piúelevato per i punti che saturano prima Indice Topografico Riccardo Rigon
- 26.
- 27.
- 28. Zona umida delBiotopo Le Grave: si notano zone ad elevato indice topografico, cioè zone piane e che si saturano presto. www.parks.it/biotopo.grave.html Indice Topografico Riccardo Rigon
- 29. 29 Conseguenze per ladeterminazione della precipitazione efficace Se dunque si posseggono le precipitazioni antecedenti un evento intenso è possibile determinare le condizioni del suolo all’inizio dell’evento stesso ? Apparentemente si: •definito l’apporto idrico alla falda, , per esempio pari alla media delle precipitazioni nei due giorni precedenti •valutato la trasmissività idraulica Riccardo Rigon
- 30. 30 Sono quelli potenzialmentesaturi i punti per cui: Il primo membro contiene termini che dipendono solo da grandezze topografiche, il secondo solo da termini che dipendono solo da variabili idrologiche. Generalmente la stima fatta in questo modo non dà una rappresentazione molto accurata della distribuzione spaziale della saturazione. Ma rappresenta adeguatamente i volumi in gioco. Riccardo Rigon
- 31. Se la precipitazioneè superiore alla capacità di infiltrazione 31 MoltoRuscella Hortonian Runoff Riccardo Rigon
- 32. 32 53 Azioni La precipitazione superala capacità di infiltrazione ? no si Deflusso superficiale per superamento della capacità di infiltrazione (Hortonian/ infiltration excess runoff) Azioni Riccardo Rigon
- 33. Determinazione dei meccanismidi deflusso superficiale Deflusso Hortoniano (Horton, 1945) : il deflusso superficiale avviene per superamento della capacità di infiltrazione P P qo f 33 ModificatodaMaidment Hortonian runoff Riccardo Rigon
- 34. Il deflusso Hortonianodipende prevalentemente dal rapporto tra intensità di un evento piovoso ed conducibilità idraulica dei suoli e va risolto su scale temporali “di evento”. Le condizioni di umidità iniziale dei suoli contano poco. 34 Determinazione dei meccanismi di deflusso superficiale Hortonian Runoff Riccardo Rigon
- 35. 35 Flusso superficiale =Area * Velocità Area = b*dh Velocità = uh Flusso subsuperficiale = Flusso superficiale = uh*b*dh h b dh D* Determinazione dei meccanismi di deflusso superficiale Hortonian Runoff Riccardo Rigon
- 36. La saturazione “Hortoniana”avviene dall’alto (saturation from above), mentre la saturazione “Dunniana” avviene dal basso (saturation from below) 36 Deflusso Hortoniano e Dunniano h b h b dh D* Indice Topografico Riccardo Rigon
- 37. Deflusso Dunniano (Blackand Dunne, 1978) : il deflusso superficiale avviene su suoli già saturi. Il concetto di area di saturazione parziale P P P qo f f 37 ModificatodaMaidment Determinazione dei meccanismi di deflusso superficiale Ancora sul deflusso Dunniano Riccardo Rigon
- 38. Il deflusso persaturazione su suoli saturi presenta uno sviluppo stagionale (nei climi temperati e umidi), anche se l’area satura può, di per se variare considerevolmente anche durante un evento 38 Determinazione dei meccanismi di deflusso superficiale Ancora sul deflusso Dunniano Riccardo Rigon
- 39. In realtà anchegli stessi processi responsabili dellla saturazione dei suoli provocano deflusso superficiale per effetto della convergenza della topografia. La ridistribuzione del deflusso può provocare la saturazione: questo è un effetto NON stazionario del deflusso subsuperficiale 39 P P P qr qs qo ModificatodaMaidment Determinazione dei meccanismi di deflusso superficiale Ancora sul deflusso Dunniano Riccardo Rigon
- 40. Subsurface stormflow Perched subsurfacestormflow Horizon 1 Horizon 2 P P P qs P P P qs Ma naturalmente, nel bilancio, non c’è solo il deflusso superficiale 40 ModificatodaMaidment What Else ? Riccardo Rigon
- 41. Alla ricerca deiprocessi dominanti climi semi aridi o aridi: poca vegetazione o vegetazione disturbata dalle attività umane C l i m i u m i d i ; v e g e t a z i o n e densa Versanti lineari; suoli profondi e molto permeabili. Fondo-valle stretti Suoli con spessore modesto. Versanti dolci e concavi : valle larghe; suoli con varia permeabilità 41 DunneeLeopold,1978 Il deflusso superficiale Hortoniano domina. C’e’ molto deflusso superficiale e relativamente modesto deflusso subsuperficiale L’idrograma è dominato dalla precipitazione diretta e dal deflusso di ritorno. L’idrogramma è dominato v o l u m e t r i c a m e n t e d a l deflusso subsuperficiale; i picchi sono prodotti dal deflusso subsuperficiale Una sintesi naturalistica Riccardo Rigon