Diapositiva 1 - Docenti.unina

MODELLO DI SIMULAZIONE PER
UNA GESTIONE RAZIONALE
DELL'IRRIGAZIONE
• Prof. Fabrizio Quaglietta Chiarandà - Università di Napoli
Federico II
• Prof. Marco Acutis – Università Statale di Milano
RAZIONALIZZARE L'IRRIGAZIONE
Perchè?
• Aleatorietà delle riserve
• Costi crescenti di acqua e manodopera
Come?
• Riducendo gli sprechi:
(empirismo  approccio tecnico-scientifico)
1. Distribuire l'acqua quando serve e nella giusta
quantità
2. Evitare perdite per percolazione profonda
(conoscenza del terreno e delle piante)
3. Evitare perdite per ruscellamento superficiale ed
evaporazione (caratteristiche degli impianti)
CARATTERISTICHE IDROLOGICHE DEI
TERRENI
Dipendono dalla TESSITURA e dalla STRUTTURA
Capacità
massima
Capacità di
campo
Punto di
appassimento
(Ψ=0)
(Ψ=-0.3 bar)
(Ψ=-15 bar)
Acqua di
percolazione
Acqua capillare
Acqua
igroscopica
(nei macropori,
tensione < gravità)
(nei micropori,
tensione > gravità)
(indisponibile per le
piante)
CIM, CIC e Pa sono valori di UMIDITA’ % in genere riferiti al Peso secco
del terreno (Ups).
La differenza tra CIM e CIC (CIM – CIC) costituisce l’acqua di
percolazione o gravitazionale non disponibile per le piante.
La differenza tra CIC e Pa, invece costituisce l’acqua (sempre espressa in
%) disponibile o utilizzabile per le piante.
Ad o AU = CIC – Pa
60
C.I.M
Acqua %
50
40
Acqua gravitazionale
30
Acqua disponibile
20
10
0
C.I.C
Acqua non disponibile
sabbia
limo
Terreno a grana fine
argilla
P.a.
Il valore di CIM, CIC e Pa
dipende dalla porosità del
terreno e, quindi, dalla sua
struttura e tessitura.
In particolare l’Ad cresce
passando da un terreno
sabbioso ad uno argilloso
ben strutturato.
Riserva utilizzabile (Ru): E’ l’acqua disponibile (o
utilizzabile) per le piante riferita all’unità di superficie
del terreno ed espressa in mm o m3 ha-1
Ru(mm)
Ad ps * d
Advol

* s( mm ) 
* s( mm )
100
100
dove Advol = Acqua disponibile in volume (= Adps* d)
s = Strato di terreno interessato dalle radici (in mm)
d = Densità apparente del Terreno
Man mano che l'acqua nel terreno diminuisce, quella che
resta viene trattenuta con una forza via via maggiore. Al di
sotto di un certo limite (diverso da una specie all'altra) le
piante, incontrando maggiore difficoltà nell'assorbimento,
tendono a ridurre la traspirazione (Umidità critica)
CONSUMI IDRICI IN FUNZIONE DELLA DISPONIBILITA' DI
ACQUA NEL TERRENO
100
Acqua gravitazionale (15%)
Acqua facilmente disponibile (15%)
Acqua disponibile con difficoltà
crescente (20%)
Acqua facilmente disponibile (15%)
Parte solida (50%)
Parte solida (50%)
Capacità di Campo
Umidità critica
Acqua igroscopica (5%)
Acqua disponibile con difficoltà
crescente (20%)
Acqua igroscopica (5%)
Punto di Appassimento
Acqua disponibile con difficoltà
crescente (20%)
Acqua igroscopica (5%)
Parte solida (50%)
0
100
DISPONIBILITA' DI ACQUA NEL TERRENO
0
Evapotraspirazione
(ET)
Il consumo idrico totale di una coltura lo possiamo considerare
come la risultante di due componenti che interagiscono:
AMBIENTALE
Domanda evaporativa
determinata da:
temperatura, radiaz., UR, vento,
disponobilità idrica,
caratteristiche del terr.
EVAPORAZIONE
DAL TERRENO
COLTURALE
Sviluppo vegetativo
determinato da:
Clima, fertilità del terr.,
disponibilità idriche,
caratteristiche della pianta
(LAI), fase fenologica.
TRASPIRAZIONE
DELLA PIANTA
EVAPOTRASPIRAZIONE
Stima dell'evapotraspirazione
ETo = ET di riferimento: domanda evaporativa
dell'ambiente di coltivazione, dipende solo dal
clima, si calcola mediante modelli (es. PenmanMonteith) o mediante formule empiriche (es.
Hargreaves)
ETc = ET massima: consumo di una coltura in
condizioni idriche ottimali e senza alcuna
limitazione = ETo * kc (kc = coeff. colturale che
varia durante il ciclo vegetativo)
ETa = ET effettiva: consumo di una coltura in
condizioni reali = ETc * kd (kd = coeff. di deficit
che dipende dalla disponibilità idrica)
Caratteristiche del modello
• Considera il terreno come un serbatoio (ipotesi
semplificatoria), le cui dimensioni crescono con
l'approfondirsi dell'apparato radicale.
• Calcola la quantità di acqua che esso può contenere
(RU) in base alle sue caratteristiche idrologiche (CIC e
PA).
• Calcola il consumo idrico della coltura in base all'ET,
tenendo conto della fase in cui essa si trova (kc) e
delle disponibilità idriche presenti nel terreno (kd).
• Sottraendo giorno per giorno l'acqua consumata,
simula l'andamento della riserva idrica nel terreno.
• Quando questa raggiunge il limite prefissato (es.
umidità critica), calcola il volume da erogare.
DIAGRAMMA DI FLUSSO DEL MODELLO
INPUT
(giornaliero)
• T max
• T min
• Piogge
Calcolo Eto
(Hargreaves)
INPUT COLTURA (una tantum - schede default)
Kc max
GDD per fasi Prof.rad.max
Calcolo GDD
(NOOA)
Lim.crit.(AU%)
Calcolo profondità
apparati radicali e
strato di terreno
(interpolazione
lineare)
Calcolo Kc
(interpol. lin.)
Calcolo Ad%
(CIC-PA)
Calcolo Riserva
utilizzabile
(RUmm=Ad * smm)
Calcolo Kd
(in base alla
diminuzione
della Riserva)
Calcolo ETc
(ETc=ETo*Kc)
Calcolo ETa
(ETa=ETc*Kd)
INPUT
Criterio di
intervento e
metodo irriguo
Calcolo del
deficit idrico
MOMENTO E
VOLUME DI
INTERVENTO
INPUT SUOLO
(una tantum)
• CIC e PA
• opp. TESSITURA
SCHEDE CON DATI DI BASE PER ALCUNE COLTURE
DETERMINAZIONE DELLA RIDUZIONE DI ASSORBIMENTO
DI ACQUA DOVUTO A CARENZA IDRICA NEL SUOLO
1
Kd = Eta/ETc
0.8
0.6
0.4
P.A.
0.2
Lim.Crit.
C.I.C.
0
0
0.1
0.2
0.3
0.4
umidità suolo (m 3 m -3)
per Lim.Crit. < suolo < C.I.C.
Kd =1
• Al di sotto di un limite critico la pianta riduce la traspirazione
linearmente, fino a 0 al punto di appassimento:
per suolo < Lim.Crit.
Kd 
suolo  P.A.
L.C.  P.A.
0.5
DATI DI BASE RELATIVI ALLA COLTURA
(Kc per le colture arboree)
SOMME TERMICHE E GRADI UTILI GIORNALIERI
• Si presuppone che la pianta per passare da una fase
all’altra del suo ciclo debba accumulare una certa
quantità di gradi utili di temperatura (Growth Daily
Degrees = GDD)
COLTURA
Cardinali
termici (°C)
Σ termiche per fasi (°C)
min
max
Emerg. Fioritura Raccolta
Mais classe 500
10
35
70
850
1650
Mais classe 600
10
35
70
880
1700
Tabacco
15
35
50
600
900
Pomodoro
10
30
10
400
700
Melone
10
30
10
500
900
DATI DI BASE RELATIVI ALLA COLTURA (GDD,
Kc max, Prof. Radici, AU critica)
DATI DI BASE RELATIVI AL TERRENO
(CIC e PA oppure Tessitura)
INTERVENTI IRRIGUI DURANTE L’INTERO CICLO
INTERVENTI IRRIGUI IN CORRISPONDENZA DI
FENOFASI PREFISSATE
SCHERMATA DI BASE CON LA VISUALIZZAZIONE DI
TUTTE LE COLONNE
SCHERMATA DI BASE CON LA VISUALIZZAZIONE DI
TUTTE LE COLONNE
CALCOLO DELLA PROFONDITA’ RADICALE PER
INTERPOLAZIONE LINEARE TRA 0 E PROF. MAX
0
- 10
- 20
- 30
- 40
000
100
200
300
400
Σ GDD
500
600
700
CALCOLO DEI GRADI UTILI GIORNALIERI (GDD) E
DELLE SOMME TERMICHE (Σ GDD)
GDD  T  T0
dove:
Tmax  Tmin
T
2
T0 = temperatura al di sotto
della quale la pianta non
cresce
Somma termica
n
 GDD
1
dove:
n = n° di giorni
del periodo
considerato
CALCOLO DEL COEFFICIENTE COLTURALE (Kc)
PER INTERPOLAZIONE LINEARE
time (GDD)
SCHERMATA DI BASE CON LA VISUALIZZAZIONE DI
TUTTE LE COLONNE
SCHERMATA DI BASE CON LA VISUALIZZAZIONE DI
TUTTE LE COLONNE
SCHERMATA DI BASE SEMPLIFICATA
(Visualizzazione solo di alcune colonne)
1° ESEMPIO
Simulato Ottimale
MELONE - Andamento Umidità terreno
Simulato Azienda
Rilevato
50
Umidità %
45
40
-33 kPa
35
U.critica
30
25
-1500 kPa
20
15-giu
30-giu
15-lug
30-lug
14-ago
2° ESEMPIO
POMODORO - Andamento Umidità terreno
Simulazione ottimale
Simulazione aziendale
Rilevato
0-25-50
50
Umidità %
45
40
-30kPa
35
U. critica
30
25
-1500 kPa
20
14-apr
29-apr
14-mag
29-mag
13-giu
28-giu
13-lug
28-lug
-m
ag
dati simulati
dati misurati
30
16
-a
g
-a
g
o
o
o
2ag
5lu
g
19
-lu
g
7gi
u
21
-g
iu
24
umidità suolo % vol.
3° ESEMPIO
mais 33-66% A.U.
45
40
35
30
25
20
- Formula di Hargreaves- Samani
ETP(mm/d)  3.933 * 10- 5 * Ra *
Tmax - Tmin  * (T  17.8)
dove:
T = Temp. media giornaliera;
Tmax, Tmin = Temp. massima e minima
giornaliera
Ra = Radiazione astronomica,
desumibile da tabelle in funzione
della data e della latitudine