L IDROLOGIA ED IL CICLO IDROLOGICO

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1 L IDROLOGIA ED IL CICLO IDROLOGICO L idrologia è la scienza che studia l acqua sul nostro pianeta. In particolare, l idrologia considera: - la distribuzione spaziale e temporale dell acqua; - la sua circolazione (nelle diverse fasi - solida, liquida, vapore - e nei diversi ambienti); - la sua disponibilità; - le sue proprietà fisiche e chimiche, e le relazioni con l ambiente; comprese quelle con gli organismi viventi. Il bilancio idrologico del pianeta Alcune osservazioni: 1. Il bilancio è in equilibrio Precipitazione= 112*(7/10)+72*(3/10)=1000 Evaporazione= 41*(3/10)+125*(7/10)=998 ( la differenza è dovuta alle incertezze nelle diverse stime).

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3 L IDROLOGIA in pratica Allo specialista in idrologia si richiedono competenze in tre campi specifici: 1. Uso dell acqua. Si devono definire i flussi idrici di ingresso ad un sistema di gestione delle risorse idriche per diversi scenari (inclusi quelli relativi a condizioni di magra) e simulare il comportamento del sistema a fronte di diverse politiche di prelievo o di definizione dei vincoli ambientali (p. es.: a fronte di specifici valori di deflusso minimo vitale). In tale ambito, l idrologia fornisce indicazioni specifiche per la gestione e la pianificazione delle risorse idriche, dove la validità di diverse opzioni di uso delle acqua sono esaminate tramite valutazioni di tipo economico, tecnico, legale e politico. 2. Controllo delle acqua e difesa del suolo. Controllo degli estremi idrologici: quindi principalmente delle piene e dei processi erosivi e di trasporto di sedimenti che hanno luogo durante le piene. Progettazione di interventi strutturali di controllo (dighe di laminazione, arginature, briglie,..), di schemi di gestione (delineazione di aree inondabili, previsione di piena). Forte interazione con l ingegneria idraulica. 3. Controllo della qualità delle acque. Prevenzione di diffusione di inquinanti o contaminanti nei diversi corpi idrici naturali (superficiale e profondi), e progettazione e gestione delle operazioni di bonifica. Analisi dell inquinamento di origine concentrata e diffusa. Forte interazione con l ecologia, la biologia, la geologia, l ingegneria ambientale.

4 Schema a blocchi di un modello continuo per il BILANCIO IDROLOGICO I processi che costituiscono il ciclo idrologico a scala di bacino si possono rappresentare con questo schema a blocchi, blocchi forme di immagazzinamento dell acqua linee i processi che trasferiscono l acqua da un blocco all altro (per ragioni di semplicità non vengono contemplati l accumulo e la fusione nivale) P: precipitazione ET: evapotraspirazione E: evaporazione T: traspirazione F: infiltrazione R: ricarica alle falde (percolazione) Q s : deflusso superficiale Q i : deflusso ipodermico Q b : deflusso di base Q u : deflusso dagli acquiferi verso l esterno del bacino (senza passare per il corso d acqua) Q e : deflusso di falda dall esterno verso gli acquiferi (bacino idrog. bacino topog.) Q: deflusso complessivo attraverso il corso d acqua

5 MODELLI DI PIENA Si introducono delle semplificazioni per descrivere solo quei processi i cui tempi caratteristici sono importanti durante l evoluzione della piena. Poiché i tempi caratteristici del fenomeno di filtrazione attraverso gli acquiferi sono molto lunghi rispetto a quelli della piena, il fenomeno della ricarica agli acquiferi viene trascurato. P: pioggia lorda P n : pioggia netta E: evaporazione F: infiltrazione D: perdite Q b : deflusso di base Q p : deflusso di pioggia Q: deflusso complessivo

6 PRECIPITAZIONE Meccanismi principali coinvolti nella formazione delle precipitazioni 1. Aria umida in ascesa diminuzione della sua pressione raffreddamento 2. Raggiungimento del limite di saturazione condensazione del vapore, con ulteriore disponibilità di energia per controbilanciare le tensioni superficiali all interfaccia liquido/vapore delle gocce di condensa formazione di nubi. Maggiore è la presenza di nuclei di condensazione (polveri, sali, ecc.), minore è l energia addizionale richiesta. 3. La condensa, in forma di goccioline d acqua o cristalli di ghiaccio, deve crescere fino a raggiungere dimensioni tali da vincere la spinta verso l alto fornita dal moto ascensionale presente nella nube quindi precipitare al suolo.

7 MISURE DI PRECIPITAZIONE La misurazione delle precipitazioni consiste nella determinazione della quantità di acqua, espressa generalmente in altezza di acqua liquida, che proveniente dall atmosfera cade in un determinato intervallo di tempo su un dato luogo. Se si tratta di precipitazioni solide, si valuta la quantità di acqua ottenuta dalla loro liquefazione. A = Area della bocca di un recipiente (captatore, misure standard: 0.1 m 2, 0.02 m 2 ) V = Volume d acqua raccolto nell intervallo di tempo Dt h = V/A = altezza di precipitazione (mm) nell intervallo di tempo Dt P = h/dt = intensità media di precipitazione (mm/ora) nell intervallo di tempo Dt a) Pluviometro totalizzatore: Dt fissato (24 ore), si misura h b) Pluviometro registratore a vaschetta basculante: h fissato (0.2 mm), si misura Dt

8 Ufficio Idrografico e Mareografico di Pisa (ex D.S.T.N., ora Regione Toscana) Totalizzatori Registratori (su striscia cartacea o EPROM) Reti pluviometriche con dati pubblicati sugli Annali Idrologici Parte I

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11 DETERMINAZIONE DELLA PRECIPITAZIONE MEDIA O TOTALE SU UN AREA A PARTIRE DA MISURE PUNTUALI Poligoni di Thiessen: si suddivide l area in sotto-aree, per ciascuna delle quali si abbia un singolo punto di misura in posizione baricentrica. La precipitazione si assume uniforme all interno di ciascuna sotto-area. A = Area totale P = intensità media di precipitazione media sull area (da stimare) P i = intensità misurata dal pluviometro i-esimo A i = area racchiusa dal poligono di Thiessen del pluviometro i-esimo P N i= 1 = A 1 A i = N i= 1 A A P i i

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24 Senza scala di deflusso Con scala di deflusso