Acqua e suolo ACQUA E SUOLO. P Claps - Idrologia 1

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Sergio Pini
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1 ACQUA E SUOLO P Claps - Idrologia 1

2 Acqua e suolo - Infiltrazione Obiettivi formativi: - Conoscere le principali proprietà idrauliche del suolo - Conoscere i meccanismi che controllano l infiltrazione - Saper distinguere infiltrazione potenziale ed effettiva - Saper utilizzare i principali metodi per il calcolo dell infiltrazione Riferimenti: Tarboton, Rainfall-Runoff Processes workbook chapter 4 Maione: Le piene fluviali, cap 2 Versace: Scheda didattica P Claps - Idrologia 2

effettiva - Saper utilizzare i principali metodi per il calcolo dell infiltrazione Riferimenti: Tarboton,

3 Suolo: - Sede di fenomeni di trasporto d acqua in modalità non satura - Mezzo trifase (Fasi: solida, liquida, aeriforme) Adapted from Tarboton and Rigon 3 P Claps - Idrologia 3

4 Caratteristiche fisiche Densità frazione solida Bulk density (Dens. apparente) Porosità Contenuto d acqua volumetrico M m = massa fase solida V m = Volume fase solida V s = Volume totale V v = Volume vuoti V w = Volume acqua contenuta P Claps - Idrologia 4

5 Saturazione effettiva Contenuto acqua a saturazione Contenuto acqua pellicolare Grado di saturazione Grado di saturazione effettivo Porosità efficace Acqua pellicolare, capillare, gravifica P Claps - Idrologia 5

Grado di saturazione effettivo Porosità efficace

6 Percentage finer by weight Acqua e suolo Curva granulometrica con i limiti di appartenenza alle classi tessiturali Clay Silt Sand Gravel Diameter (mm) Illustrazione delle curve di distribuzione granulometrica. I confini tra le classi dimensionali indicati come argilla, limo, sabbia e ghiaia sono mostrati come linee verticali. P Claps - Idrologia 6

01 0.1 1 10 100 Diameter (mm) Illustrazione delle curve di distribuzione granulometrica.

7 Triangolo tessiturale Il suolo B ha percentuali: 16% argilla 11% limo 73% sabbia (Franco Sabbioso) Triangolo tessiturale del terreno; mostra i termini tessiturali applicati ai terreni con varie frazioni di sabbia, limo e argilla P Claps - Idrologia 7

del terreno; mostra i termini tessiturali applicati ai terreni

8 Tabella di conversione tipi di suolo Terminologia americana Sand Loamy Sand Sandy loam Loam Silty loam Silt Sandy clay loam Clay loam Silty clay loam Sandy clay Silty clay Clay Simbolo S LS SL L SiL Si SCL CL SiCL SC SiC C Terminologia italiana Sabbia Sabbia con medio impasto Medio impasto sabbioso Medio impasto Medio impasto limoso Limo Medio impasto sabbioso-argilloso Medio impasto argilloso Medio impasto limoso-argilloso Argilla sabbiosa Argilla limosa Argilla P Claps - Idrologia 8

italiana Sabbia Sabbia con medio impasto Medio impasto sabbioso Medio impasto Medio impasto limoso Limo Medio impasto

9 Legge di Darcy 1 Cilindro di Darcy (From Freeze and Cherry) 1 2 K=flusso (saturo) specifico a gradiente unitario [cm/s] 2 potenziale nel caso saturo: generalizzazione del potenziale: P Claps - Idrologia 9

10 Potenziale Tensiometro misura suzione se Capillare Gravifica se carico h = cost. (continuità idraulica) P Claps - Idrologia 10

11 Suction head Acqua e suolo Il profilo di equilibrio r= raggio γ= tensione superficiale [N/m] Quota parte dei pori occupati da acqua alla quota z h = cost. 100% Elevation z P Claps - Idrologia Moisture Content s 11

dei pori occupati da acqua alla quota z h = cost.

12 Relazione tra suzione e contenuto d acqua La forma della curva di ritenzione idrica è funzione della distribuzione dei pori (da Freeze and Cherry, 1979) P Claps - Idrologia 12

13 Profili di equilibrio (h=cost) Funzione di tessitura e strutt. di un suolo P Claps - Idrologia 13

14 Movimento (flusso) nel non saturo Nell instauro per analogia: grad. idraulico Il movimento va da h 1 a h 3 P Claps - Idrologia 14

15 Relazioni q, k, grad(h) nel non saturo Se aumenta la sezione e diminuisce θ A parità di Δψ, per ψ grande, (diminuisce l area degli spazi occupati dall acqua) P Claps - Idrologia 15

16 Curve di ritenzione idrica: ψ a = air entry tension Porosità efficace Grado di saturazione effettivo= P Claps - Idrologia 16

17 Questa rappresentazione dà meno luogo ad isteresi (solo k(θ)) θ r Residual moisture content P Claps - Idrologia 17

18 (from Freeze and Cherry, 1979). Suction head ψ Curve caratteristiche (ritenzione idrica) θ-ψ P Claps - Idrologia 18

19 Residual moisture content r =5% Suction head ψ Curve caratteristiche (ritenzione idrica) θ-ψ (from Freeze and Cherry, 1979). P Claps - Idrologia 19

20 Curve caratteristiche (ritenzione idrica) K-ψ (from Freeze and Cherry, 1979). P Claps - Idrologia 20

21 Forme parametriche delle curve di ritenzione Grado di saturazione effettivo= Brooks and Corey (1966) Clapp and Hornberger (1978) van Genuchten (1980) P Claps - Idrologia 21

22 Clapp and Hornberger (1978) parameters for Soil Moisture Characteristic functions. Values in parentheses are standard deviations. Soil Texture Porosity n K sat (cm/hr) a (cm) b Sand (0.056) (14.3) 4.05 (1.78) Loamy sand (0.068) (12.4) 4.38 (1.47) Sandy loam (0.086) (31.0) 4.9 (1.75) Silt loam (0.059) (51.2) 5.3 (1.96) Loam (0.078) (51.2) 5.39 (1.87) Sandy clay loam (0.059) (37.8) 7.12 (2.43) Silty clay loam (0.057) (37.8) 7.75 (2.77) Clay loam (0.053) (51.0) 8.52 (3.44) Sandy clay (0.057) (17.3) 10.4 (1.64) Silty clay (0.064) (62.0) 10.4 (4.45) Clay (0.050) (39.7) 11.4 (3.7) based on analysis of 1845 soils. P Claps - Idrologia 22

23 Forme parametriche della conducibilità idraulica equazione autori Baver, Gardner e Gardner, 1972 Gardner, 1958 Childs e Collis-George, 1950[?] b Marshall and Holmes, 1979 Brooks e Corey Mualem, 1976 Van Genuchtem, 1980 Clapp e Hornberger P Claps - Idrologia 23

24 Forme parametriche della curva di ritenzione P Claps - Idrologia 24

25 Contenuto d acqua per uso agricolo Al cessare del drenaggio (24/72 ore dopo Δθ) θ fc at FIELD CAPACITY (ψ= -340 cm app.) k non è proprio mentre θ wp PERM. WILTING POINT (punto appass. permanente) ψ= cm P Claps - Idrologia 25

26 Contenuto d acqua per uso agricolo θ fc - θ wp = CAPACITA POTENZ. IDRICA = A.W.C. Drainable porosity = θ r non è legato all azione delle piante; θ wp sì Suolo nudo θ < θ fc solo per asciugatura/evaporazione θ wp < θ < θ fc curva k s per Penman-Monteith P Claps - Idrologia 26

27 Soil-water status as a function of pressure (tension). Natural soils do not have tensions exceeding about cm; in this range water is absorbed from the air. [from Dingman, 1994] P Claps - Idrologia 27

28 Porosità, capacità minima di ritenzione (field capacities), e punto di appasimento (permanent wilting points) per suoli con diverse granulometrie. (da Dunne e Leopold, 1978) P Claps - Idrologia 28

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