Corso di Erosione e Difesa del Suolo

Corso di Erosione e Difesa del Suolo
Docente: Prof. Santo Marcello Zimbone
Collaboratori: Dott. Giuseppe Bombino - Ing. Demetrio Zema
Lezione n. 5: La misura dell’erosione
Anno Accademico 2009-2010
Indice
Generalità
Corso di Erosione e Difesa del Suolo - Lezione 5
Materiale didattico
Slides delle lezioni frontali
V. Bagarello, V. Ferro: Erosione e conservazione del
suolo. McGraw-Hill, 2006
Corso di Erosione e Difesa del Suolo - Lezione 5
Simulatori di pioggia
Caratteristiche
Distribuzione dimensionale delle gocce e velocità di
impatto corrispondenti a quelle delle piogge naturali
Aspersione uniforme su tutta la superficie e
continua nel tempo
Possibilità di simulare piogge di diversa intensità e
di variare l’intensità della pioggia durante la
simulazione
Portabilità dell’apparato
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Simulatori di pioggia
Tipologie
Simulatori con gocciolatori: distribuzione delle
gocce isodimensionale, velocità di fuoriuscita delle
gocce nulla, intensità non proporzionale al diametro
delle gocce, sensibili al vento → utilizzo esclusivo in
laboratorio e su parcelle di limitate dimensioni
Simulatori ad ugelli: distribuzione e velocità di
impatto del tutto simili alle piogge naturali → utilizzo
anche in campo
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Misura dell’erosione da impatto
Tipologie
Splash-cups:
di tipo ricevente: trappole circolari inizialmente
vuote → misura del materiale solido depositatosi
dopo l’evento
di tipo ad espulsione: campionatori riempiti di
terreno ed esposti alla pioggia → misura del peso
secco del materiale prima e dopo la pioggia
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Misura dell’erosione interrill
Modalità
Parcelle di modeste dimensioni (0,04-10 m2) isolate
idraulicamente, al fine di monitorare solo trasporto
solido e non il distacco delle particelle solide da parte
della corrente overland
Porzioni di parcelle comprese fra due solchi, per la
misura dell’erosione nelle zone adiacenti al solco
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Misura dell’erosione incanalata
Modalità
Parcelle di grandi dimensioni (0,04-10 m2) isolate
idraulicamente ed esposte a piogge artificiali o naturali
(in campo o in laboratorio)
Misurazione delle lunghezze dei solchi e delle loro
sezioni trasversali e calcolo del volume di suolo
asportato
rillometro
profilometro laser
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Misura dell’erosione incanalata
Modalità
Con parcelle di diverse dimensioni è possibile
determinare per via indiretta la componente erosiva
“rill”, data dalla differenza fra l’erosione complessiva
(rill + interrill) misurata nelle parcelle più grandi e
l’estrapolazione della componente “interrill”, misurata
sulle parcelle più piccole
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Misura dell’erosione incanalata
Modalità
E’ possibile determinare l’erosione incanalata anche
mediante:
tecniche di fotogrammetria da aereo → gullies
rilevatori GPS → rills ed ephemeral gullies
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Misure a scala di parcella
Modalità
Misure di erosione rill ed interrill effettuate in campo
su parcelle attrezzate di forma rettangolare, lato
maggiore nella direzione di massima pendenza, isolate
idraulicamente con il resto dell’appezzamento:
lunghezza: da 10 a 200 m
larghezza: da 2 a 50 m
pendenza: dal 5 al 20%
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Misure a scala di parcella
Modalità
La corrente idrica torbida che si origina dopo eventi
di pioggia naturali o simulati viene intercettato da un
sistema di accumulo e campionamento
Nelle vasche di accumulo si misura il livello idrico
del volume accumulatosi (da cui, nota la geometria
della vasca, si deduce il volume torbido ruscellato)
Si pesa, dopo essiccazione in stufa (a 105 °C), la
quantità di sedimenti accumulatosi e, dopo aver
determinatone il volume, nota la massa volumica del
suolo secco (2,65 kg dm-3 circa), si risale per differenza
al volume della corrente idrica limpida ruscellata
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Misure a scala di parcella
Modalità
In caso di volumi di torbida consistenti (impossibili
pertanto da essiccare) si campiona la sospensione,
determinando la concentrazione della fase solida (in g
cm-3) in quella liquida e risalendo dal volume di torbida
accumulatosi al volume di sedimenti prodotto
Il campionamento avviene prelevando piccoli
campioni di torbida dalla vasca, dopo agitazione del
volume complessivo per alcuni minuti (in modo da
evitare notevoli gradienti verticali di concentrazione
dovuti alla sedimentazione in acqua ferma)
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Misure a scala di parcella
Modalità
Le successive misure di concentrazione a diverse
quote restituisce il cosiddetto profilo di concentrazione
Il valore medio della concentrazione all’interno della
vasca di accumulo viene determinato per integrazione
per profilo di concentrazione
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Misure a scala di parcella
L’impianto sperimentale di Gallina (RC)
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Misure a scala di parcella
L’impianto sperimentale di Gallina (RC)
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Misure a scala di parcella
L’impianto sperimentale di Gallina (RC)
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Misure a scala di versante
Modalità
A causa
pendenza
misure in
differenti
delle maggiori dimensioni planimetriche e
(più difficile accessibilità) rispetto alle
parcella, si utilizzano tecniche di rilievo
Erosion pins: elementi lineari di piccole dimensioni
infissi nel suolo che consentono di misurare
l’abbassamento del suolo ad intervalli di tempo diversi
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Misure a scala di versante
Modalità
Sensore PEEP (Photo Electronic Erosion Pin):
batteria di celle fotovoltaiche sensibili alla luce
(inserite in un tubicino di acrilico), infisse nel suolo: il
progredire del fenomeno erosivo scopre un numero
sempre maggiore di celle e pertanto un segnale
elettrico sempre maggiore, misurabile da un comune
data-logger
Rilievi topografici mediante stazioni laser o teodoliti
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Misure a scala di bacino
Modalità
Finalità:
determinazione
dell’idrogramma
(diagramma temporale delle portate liquide) e del
sedimentogramma (diagramma temporale delle portate
solide o delle concentrazione di sedimenti nelle
torbide)
Mediante la scala di efflusso degli apparecchi di
misurazione di seguito presentati si risale dal livello
idrico alla portata della corrente torbida
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Misure a scala di bacino
Misura delle portate
Misuratore a risalto: canale a sezione rettangolare in
cui si inserisce una soglia di fondo, che costringe la
corrente idrica a passare da lenta a veloce mediante lo
stato critico e poi nuovamente a lenta mediante un
risalto idraulico
Parshall flume: venturimetro con un tratto
convergente a fondo orizzontale seguito da un tratto a
sezione ristretta (in cui si forma lo stato critico,
funzione del livello idrico raggiunto dalla corrente) ed
inclinato nel verso del moto ed un tratto divergente in
contropendenza
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Misure a scala di bacino
Parshall flume
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Misure a scala di bacino
Misura delle portate
Misuratore a cilindri: all’interno del canale si crea un
restringimento dovuto alla presenza di due cilindri
applicati sulle pareti del canale stesso
H-flume: costituito da un breve canale di invito a
sezione rettangolare, che termina con una luce
sagomata a V con lati inclinati
Idrometrografi: misurano i livelli idrici all’interno di
un pozzetto idrometrico collegato idraulicamente alla
sezione di deflusso
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Misure a scala di bacino
Idrometrografo a galleggiante
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Misure a scala di bacino
Misura della concentrazione di sedimenti
La corrente idrica torbida viene sottoposta ad
operazioni di campionamento ad intervalli di tempo
regolari
Campionatore pumpling-sampler: di tipo puntuale ed
integratore
Torbidimetro ad infrarossi: sfrutta la differente
capacità di assorbimento di un segnale luminoso da
parte di torbide a diverse concentrazioni di sedimenti,
rilevato da un apposito sensore che produce un
segnale elettrico correlato all’intensità della luce
riflessa
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Misure a scala di bacino
Campionatore pumpling-sampler
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Misure a scala di bacino
Misura della concentrazione di sedimenti
Vasche di sedimentazione: per l’accumulo dei
sedimenti convogliati dalla corrente a valle di un salto
nel canale di misura delle portate
Tecnica del 137Cs: tale isotopo, un radionuclide
artificiale, viene adsorbito dalle particelle di suolo più
piccole, risultando non scambiabile e non lisciviabile;
il tracciante si ridistribuisce in seguito ad eventi di
deflusso e la variazione della sua attività rispetto al
valore di riferimento rilevabile in zone indisturbate (e
dunque la sua concentrazione nel suolo) viene
misurata in laboratorio su campioni di suolo prelevati
in campo mediante uno spettrometro a raggi gamma
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