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

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 ALLA
SALVAGUARDIA 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. Introduzione – Contesto teorico – Sperimentazione - Discussione dei risultati - Conclusioni
Tipici 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. Introduzione – Contesto teorico – Sperimentazione - Discussione dei risultati - Conclusioni
Tipico approccio scientifico al problema
- Misurazioni di campo e monitoraggio
- Modelli fisici
- Modelli numerici
- Modelli ibridi

4. Introduzione – Contesto teorico – Sperimentazione - Discussione dei risultati - Conclusioni
Fattori che intervengono sul trasporto solido
Shoaling e frangimento

5. Introduzione – Contesto teorico – Sperimentazione - Discussione dei risultati - Conclusioni
Tipologia dei frangenti
Spilling:
Turbolenza in cresta
Parametro di Irribarren-Battjes:
tan
0.5
⁄

6. Introduzione – Contesto teorico – Sperimentazione - Discussione dei risultati - Conclusioni
Tipologia dei frangenti
Plunging:
Turbolenza nella parte bassa della
colonna d’acqua
Parametro di Irribarren-Battjes:
0.5 3.3

7. Introduzione – Contesto teorico – Sperimentazione - Discussione dei risultati - Conclusioni
Tipologia dei frangenti
Surging:
Turbolenza generata dall’attrito al fondo
Parametro di Irribarren-Battjes:
3.3

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  u'j c'  c
   wf
t x j x j z
Equazione del trasporto dei sedimenti in
sospensione

9. Introduzione – Contesto teorico – Sperimentazione - Discussione dei risultati - Conclusioni
Schema del canale ondogeno 2D del laboratorio di Idraulica del Politecnico di Bari
La prima sperimentazione (onde regolari) è stata condotta in un canale lungo 45 m e
largo 1 m, del laboratorio di Idraulica del Politecnico di Bari.
Dal generatore di moto ondoso alla sezione 73 il fondo è orizzontale, mentre dalla
sezione 73 fino alla linea di riva la pendenza del fondale è 1/20.

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. Introduzione – Contesto teorico – Sperimentazione - Discussione dei risultati - Conclusioni
CANALE ONDOGENO 2D
del LIC
Le misure delle onde irregolari sono
state eseguite in un canale di
dimensioni: lunghezza di 30m,
larghezza di 2.4m, altezza massima di
acqua ferma di 0.93 m.
Il fondo del canale presenta un tratto
orizzontale per una lunghezza di circa
15 m ed un successivo tratto di
inclinato. Tutto il fondale inclinato è
ricoperto di sabbia con una pendenza
media di 1:14.

12. SONDA ULTRALAB

13. Introduzione – Contesto teorico – Sperimentazione - Discussione dei risultati - Conclusioni
CENTRALINA DI ACQUISIZIONE
Due computer collegati ad una centralina che permette l’acquisizione
simultanea delle tre componenti di velocità e dell’elevazione del moto
ondoso.

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. 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/T
intensities.
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. 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
0
u
-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 80
w 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. Introduzione – Contesto teorico – Sperimentazione - Discussione dei risultati - Conclusioni
Sperimentazione con onde irregolari. Andamento delle ⁄ ⁄ e
⁄ ⁄

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
-20
Z [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. 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 Italiana
dal nuovo.” (ASI) e dal Ministero della Difesa (MoD) italiano.
[Presentazione del cinguettio bip-bip trasmesso dal
satellite Sputnik.]
(Annunciatore radiofonico della NBC nella notte del 4 Il sistema è costituito da una costellazione di quattro satelliti di
ottobre 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. Grazie per la cortese attenzione
www.michelemossa.it
www.iahrmedialibrary.net

21. Diffusione di acque reflue in mare
Ugello del tratto
terminale della diffusore
di Bari orientale
Canale di sezione rettangolare molto
larga per lo studio di getti di densità,
presso il LIC di Bari, in cooperazione col
prof. Peter Davies (University of Dundee,
UK)

22. Problema dello sversamento di petrolio in mare

23. Problema dello sversamento di petrolio in mare

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. MONITORAGGIO SATELLITARE DELLO SVERSAMENTO DI PETROLIO
Su questo tema, si sta affermando
un’attività di ricerca che vede il
coinvolgimento della comunità
scientifica degli Idraulici e quella
dei Fisici esperti in rilievi
satellitari. In particolare, il lavoro
di De Carolis et al. (2012)* riporta
un confronto tra immagini
satellitari nell’infrarosso vicino
(NIR) e quelle ottenute da
simulazioni numeriche riferite
all’affondamento della petroliera
Fu Shan Hai avvenuto il 31 maggio
2003 al largo delle coste svedesi e
danesi.
(*) De Carolis, G., Adamo, M., Pasquariello, G., De
Padova, D. & Mossa, M. (2012), «Quantitative
characterization of marine oil slick by satellite near-
infrared imagery and oil drift modelling: the Fun Shai
Hai case study», International Journal of Remote
Sensing, 34:5, 1838-1854.
Confronto tra chiazza osservata (rosso) e chiazza
ottenuta da simulazione numerica (verde) il 3
giugno 2003

26. Erosione costiera (foto di M. Mossa)
Falerna (CZ), August 2000

27. Falerna (CZ), August 2009 (foto di M. Mossa)

29. Un esempio di misurazioni di campo

30. Vasca con generatore di onde 3D
Modelli fisici (2D and 3D) al LIC
del 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.

31. 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