Dissertations / Theses on the topic 'Sistema idraulico'

La stabilità degli argini fluviali è un tema che assume oggi maggiore rilievo per effetto degli eventi estremi di piena indotti dai cambiamenti climatici. I conseguenti gradienti idraulici che si determinano innescano fenomeni tra i quali quello più dannoso è il Backward Erosion Piping. Questo consiste nello sviluppo di un tubo di erosione che corre al di sotto della struttura arginale collegando il punto di uscita a valle con il corpo idrico a monte. L’effetto è un’accelerazione del fenomeno di erosione che può portare in breve tempo a cedimenti arginali. Le tecniche di prevenzione attuali spesso riescono solamente a ritardare il crollo, oltre ad essere di grande impatto per l’ambiente circostante. Sono quindi allo studio tecnologie alternative ecosostenibili ed in questo contesto si inserisce la tecnologia Coarse Sand Barrier al centro delle attività sperimentali previste dal progetto LIFE Sand Boil coordinato dall’Università di Bologna. Esso si pone l’obiettivo di indagare questa tecnologia attraverso prove sperimentali in laboratorio ed in campo, in modo da valutarne la replicabilità. A causa delle potenziali criticità legate all'implementazione diretta della soluzione ingegneristica proposta nei tratti fluviali interessati, verrà dapprima realizzato un prototipo da laboratorio. L’obiettivo di questa tesi è la progettazione e la verifica sperimentale del circuito idraulico a supporto della sperimentazione geotecnica prevista in laboratorio dal progetto LIFE Sand Boil. Partendo dai parametri geotecnici di riferimento per l’esecuzione dei test, l’attenzione è stata rivolta particolarmente al sistema idraulico e alle tecniche di monitoraggio delle grandezze in gioco. A tal proposito è stato realizzato un prototipo in scala minore così da testare la funzionalità delle scelte progettuali effettuate. Una volta verificato che il tutto funzionasse, si è passati al dimensionamento del circuito idraulico del prototipo vero e proprio previsto dal progetto LIFE San Boil.

Every year Italy is affected by several major hydro-geological events occurred in mountain or hilly basins. These phenomena can lead to dangerous situations on the human activity near streams. These can be summarized, as follows, in four types of phenomena: a) Shallow and deep landslides b) Debris/mud flows c) Debris-flood, bedload transport d) Flash – floods This project will focus especially on the second and third phenomenon. Sometimes it appears that events of great magnitude occur due to special situations (basin characteristics, rainfall patterns, ecc.) and not in relation to extreme hydrological input (return periode Tr = 100 - 200 years). One of the main aims of this study is to foresee the hazard concerning the whole of occurrence of alluvial events, when meteorological scenarios (extreme event or unfavorable succession of moderate events) are combined with possible scenarios of efficiency/vulnerability of defensive measures. Besides, the project aims to investigate the event influence on the system ‘hillslope-network-defense works’ with the purpose to identify interventions and prevention of natural disasters. It’s important to identify specific cases (small-medium basin, <= 100km2) and critical events which have showed set of hydrogeological problems in association with defense systems: - different storm patterns; climate change events; combined rainfall events; - snowmelt and antecedent soil moisture condition; - hydrogeological unfavorable conditions (karst, ecc..) These situations were used to analyze typical tools or methods to define design discharge (corrivation time and others) and call into question the influence of this parameters. Several post event back-analyses suggest scenarios of hazard of an intense event. Field observations were carried out in some cases at outlet of the basin and/or at subasin scale. The work of the thesis allowed to define quick empirical methods to measure the maximum discharge; these methods can be applied in other streams where hydraulic structures can obstruct the passage of unforeseen exceptional discharge. In addition, the project analyzes, for several case studies, if soil bioengineering techniques are functional and efficient during major alluvial events, combined with sediment. Literature already shows outcomes regarding the applicability of these methods in Alpine area; instead, a serious lack of information affects Prealpine areas, in particular concerning bankfull discharge and debris flood, ecc.. The aim, in this case, is to analyze the shear stress resistance of consolidation works (e.g. vegetated double-fence timber walls) in order to improve the design phase. The shear stresses, which were imposed by severe floods in six mountain streams, have been assessed through post event back analysis and field surveys. After the calculation of maximum shear stress at the bottom and at the banks, a dedicated database was created. This one was used to verify the efficiency of the protection works and to estimate their vulnerability accounting for contour shear stresses and form of sediment transport. The shear stress values were analyzed also to research a correlation with some morphological variables of stream reaches (local slope, channel width, stream power). Hydrodynamic modeling, such as FLO-2D, has been carried out to achieve useful information about the hazard conditions and to improve the design of defensive measures.The hazard mapping produced and the information identified by this thesis work will be useful tools for the assessment of Civil Protection acts and actions in organizing prevention and rescue activities. The study areas are located in the North-East Prealpine area (Veneto Region) and Bolzano autonomous Province, precisely in: - Alto Vicentino (Basins: Leogra e tributari); - Rio Secco basin (Brentino-Belluno, VR) - Corin creek basin (Follina, TV) - Rio Gadria basin (Lasa, BZ) - Rio Tulve basin(Val di Vizze, BZ)
Il nostro Paese viene colpito ogni anno da numerosi gravi eventi di dissesto idrogeologico che interessano bacini montani o collinari. Tali fenomeni possono provocare situazioni di pericolosità sulle diverse attività antropiche localizzate nelle zone di influenza dei torrenti. Gli eventi di dissesto idrogeologico che maggiormente interessano il nostro paese, possono essere riassunti in quattro tipologie di fenomeno: a) Frane superficiali e profonde b) Colate detritiche o di fango (Debris o mud -flow) c) Trasporto solido (Debris – flood, bed trasport) d) Piene improvvise (Flash - flood) In questo studio si tratterà più nello specifico del secondo e del terzo fenomeno e in misura minore degli altri due. Talvolta eventi di forte magnitudo si verificano a causa di particolari situazioni (caratteristiche predisponenti a scala di bacino, pattern di precipitazione critici, ecc.) che non corrispondono necessariamente a input idrologici eccezionali (Tempo di ritorno Tr = 100, 200 anni). Uno dei principali obiettivi di questo studio è prevedere la pericolosità complessiva di eventi alluvionali, dove gli scenari meteorologici (un evento estremo, la presenza di fusione nivale, la successione sfavorevole di eventi più moderati) si combinano ai possibili scenari di efficienza/vulnerabilità dei sistemi di difesa. In bacini montani di piccola – media scala (<= 100 km2) è stata analizzata la probabile risposta all'evento conseguentemente alla presenza di situazioni predisponenti come: - lo sviluppo temporale dell'evento piovoso (diversi "storm pattern", scenari in linea con i cambiamenti climatici, multitemporalità di eventi piovosi); - la presenza del manto nevoso sul terreno (snowmelt) e condizioni di umidità antecedente; - idrogeologia sfavorevole (influenza del carsismo e delle falde sotterranee). Focalizzando sulle condizioni predisponenti che possono condizionare il successivo calcolo di progetto, volte anche a stimare la risposta del sistema "versante - reticolo - opere di difesa", si possono approfondire i classici metodi di stima della risposta liquida e solida (ad es. il tempo di corrivazione), in termini di pericolo, per analizzare anche eventi teoricamente di basso Tr ma che eguagliano, come conseguenze, eventi con un Tr più elevato. Si mette in discussione il concetto di Tempo di corrivazione critico (Tc) tramite l'analisi dell'importanza delle condizioni predisponenti. Lo studio della risposta idrologica è stato condotto in a scala di bacino e su fenomeni con scala spaziale e temporale diversa a seconda del territorio colpito dall'evento: - a livello di sezione di chiusura per analisi di scenari di pericolo per territori urbanizzati (mappatura del pericolo, determinazione di strumenti e prescrizioni di Protezione Civile atti a organizzare le attività di prevenzione e le eventuali operazioni di soccorso) - a livello di sottobacini per l'analisi dell’efficienza e dell’eventuale vulnerabilità dei sistemi di difesa presenti nel reticolo idrografico anche secondario (risposta delle opere e limiti di resistenza). Il lavoro è stato supportato da attente e precise indagini di campo condotte rispetto a uno o più eventi secondo la metodologia della back analysis su eventi di particolare impatto territoriale. Con tali informazioni, oltre a poter ben descrivere e ricostruire i vari eventi alluvionali analizzati, è stato possibile disporre di un database di dati conoscitivi e analitici (per ciascuna situazione) utili per ulteriori studi di ricerca o progettazioni all'interno del bacino. A scala di sottobacino, è stata analizzata l’influenza delle opere di Sistemazione Idraulico-Forestale (SIF) sugli eventi alluvionali intensi, con annesso trasporto solido. In area Alpina sono già presenti risultati in letteratura rispetto alla risposta di tali tecniche, per l'area Prealpina, invece - soprattutto in funzione di eventi come piene al bankfull, trasporto solido di massa, ecc. - le informazioni risultano scarse. L'obiettivo, in questo caso, è di ricercare soglie di applicazione delle tecniche di SIF per valori di massima sopportazione di sforzo tangenziale agente. Tali soglie sono utili per classificare le tipologie di intervento applicabili in diverse situazioni. Lo sforzo tangenziale è stato oggetto di un’analisi specifica per ricercare una possibile correlazione con alcuni parametri morfometrici dei tratti analizzati (pendenza del canale, larghezza del canale e stream power). Si sono utilizzate simulazioni idrologiche e idrodinamiche con modelli bidimensionali, come per esempio il modello FLO-2D, per restituire informazioni molto utili per la produzione di mappe di pericolo raffinate e per la realizzazione di opere di difesa mirate. La mappatura e le informazioni raccolte potranno essere utili per la determinazione di strumenti e prescrizioni di Protezione Civile atti a organizzare le attività di prevenzione e le eventuali operazioni di soccorso. Le zone di studio si estendono nell’area Alpina e Prealpina: - Torrenti Leogra e tributari (Alto Vicentino); - Rio Secco (Brentino-Belluno, VR) - Bacino del torrente Corin (Follina, TV) - Bacino del torrente Gadria (Lasa, BZ) - Bacino del torrente Tulve (Val di Vizze, BZ)

Nel presente elaborato di tesi si esporranno le fasi di costruzione ed i risultati del modello idraulico del sistema di distribuzione idrica della città di Cesena, comprendente tutta l’area cittadina e la zona di pianura a nord-ovest adiacente. Il caso di studio è stato reso disponibile dal gestore del Servizio idrico integrato nel territorio Hera S.p.A. Il modello numerico è stato implementato utilizzando il programma Infoworks® WS di HR Wallingford per la progettazione e gestione delle reti idriche. La realizzazione di un modello idraulico richiede la conoscenza topologica della rete e del suo funzionamento, nonché informazioni sul consumo idrico, fondamentali per la determinazione della domanda idrica. Essa comprende il consumo idropotabile delle utenze e la perdita idrica. Per le elaborazioni sono stati utilizzati i programmi open source QGis e RStudio. La variabilità del consumo è stata rappresentata attraverso una curva costruita sulla base del bilancio idrico della rete, mentre quella della perdita attraverso un pattern basato sul metodo del Minimum Night Flow. Compiuta la prima simulazione su un periodo di 7 giorni e ottenuti i primi risultati, si sono rese necessarie delle operazioni di calibrazione eseguite confrontando i dati risultanti dal modello con quelli misurati sul campo. Uno dei vantaggi di un modello numerico è quello di poter indagare le grandezze idrauliche in ogni punto della rete. È stato, infatti, possibile creare vere e proprie mappe tematiche che illustrano la variazione delle grandezze di interesse al variare dello spazio e del tempo. Un altro vantaggio è quello di poter prevedere il comportamento della rete in seguito a delle modifiche. Si è potuto, infatti, applicare lo strumento modellistico ad un’ipotesi di distrettualizzazione del sistema.

La tesi è suddivisa in tre parti. Nella prima parte si descrive il sistema dei canali bolognesi che derivano acqua dal bacino montano del Fiume Reno e dal Torrente Savena, e il sistema di gestione e di monitoraggio utilizzato dal Consorzio dei canali di Reno e Savena. Nella seconda parte si illustra una proposta di sistema di visualizzazione dei dati idro-pluviometrici che si sta valutando, assieme al Presidente del Consorzio e ad Arpa, per il monitor che il Consorzio intende installare al fine di illustrare al pubblico il monitoraggio e l’evoluzione degli eventi di piena e di scarsità idrica/siccità. Nella terza parte, infine, si effettuano la stima e un’analisi della correlazione tra due diversi indici di siccità, meteorologica ed idrologica, per il bacino del Reno chiuso a Casalecchio. Il sistema dell’intero bacino del Reno e della rete dei canali cittadini risulta molto complesso. Vista tale complessità del sistema, si è proposto di distinguere uno scenario di piena e uno scenario di magra. Tra le diverse informazioni da visualizzare nel monitor si intendono anche visualizzare informazioni relative alla disponibilità idrica alla scala del bacino in esame. Per questo è stata svolta l’analisi sugli indici di siccità Standard Precipitation Index (SPI) e Streamflow Drought Index per il bacino del Reno chiuso a Casalecchio . Tali indici hanno portato a dei risultati consistenti con le condizioni idro-metereologiche e con le informazioni sugli impatti al suolo disponibili per alcuni degli eventi più significativi presi in esame. In base ai risultati ottenuti è possibile affermare che gli indici SPI e SDI a scala di bacino hanno una buona correlazione che permette di poter considerare anche la sola caratterizzazione pluviometrica per identificare la situazione della disponibilità idrica del fiume a monte dell’opera di presa del Canale di Reno.

Il trattato riguarda la progettazione di un sistema frenante di una macchina transfer, verranno indicate tutte le fasi che hanno riguardato la progettazione di tale sistema caratterizzato da pistone e disco, verranno descritte le diverse soluzioni ottenute. Infine sarà eseguita una breve verifica sulla tavola rotante della stessa macchina al fine di valutare gli spostamenti.

Il fiume Reno è stato, solo nel corso degli ultimi 100 anni, teatro di numerosi eventi di piena con conseguenze a volte anche catastrofiche per i territori circostanti. La paura per il ricorrente pericolo di nuovi eventi calamitosi rende il tema della prevenzione e protezione dal rischio idraulico una materia molto delicata e passibile di un continuo sforzo per il miglioramento del sistema di intervento e l’attenuazione dei possibili danni a persone e beni. Il presente elaborato sintetizza il lavoro svolto in collaborazione con il Dipartimento di Protezione Civile dell’Emilia-Romagna, riguardante il progetto di riordino dei quadri conoscitivi sul rischio idraulico e idrogeologico a supporto della pianificazione di protezione civile e della gestione dell’emergenza. Il lavoro si è sviluppato reperendo informazioni sull’organizzazione della P.C. in ambito di risposta ad eventi alluvionali e poi simulando, attraverso modelli idraulici sviluppati con programma di calcolo HEC-RAS, un’emergenza idraulica in Destra Reno secondo uno scenario ipotetico che prevede l’allagamento di alcuni territori dei comuni di Pieve di Cento, Castello D’Argile e San Pietro in Casale. I modelli idraulici proposti sono quelli utilizzati per la redazione dei Piani di Gestione del Rischio di Allagamento (PGRA); all’interno di questi è stata simulata una breccia in un punto concordato con il dipartimento di Protezione Civile e si sono studiati i dati relativi a: aree allagate, volumi esondati, tempi di inondazione e ristagno, tiranti idraulici, etc. I dati raccolti sono poi stati utilizzati per procedere ad una campagna di interviste presso alcuni degli enti coinvolti all’interno del servizio di gestione emergenze del territorio in questione. Al centro delle interviste vi è l’analisi della propagazione dell’alluvione nel territorio e la ricostruzione dell’organizzazione del Sistema di protezione Civile e del modello di intervento.

L’attività di tesi verte sull'elaborazione di un controllo, diverso rispetto all'attuale sistema, utilizzato nei freni dinamometrici idraulici della ditta “Borghi & Saveri”. La prima parte del lavoro svolto è stata indirizzata alla comprensione del funzionamento del freno idraulico; l’idea sulla quale ci siamo concentrati comprende l’eliminazione delle valvole di controllo di pressione e portata a monte del freno. Il controllo della portata che fluisce al freno idraulico non è più effettuato tramite una valvola di regolazione a farfalla in uscita dal freno, ma tramite una pompa, equipaggiata di un inverter. Regolando quindi il numero di giri della pompa, si regola la portata di acqua che fluisce al freno e di conseguenza si regola la coppia frenante. Una volta ricercate e montate tutte le componenti, insieme al professor Enrico Corti e all’ingegner Michele Taccioli, abbiamo redatto lo schema d’impianto e indicato le caratteristiche di ogni componente. Poi siamo passati alla messa in posa dell'impianto presso il banco prova dell’azienda “Borghi & Saveri”. Successivamente, abbiamo proceduto al cablaggio di tutta la sensoristica legata all’impianto e, infine, abbiamo svolto svariate prove sul freno idraulico, per capire effettivamente quale leva di controllo fosse la più indicata per questo tipo di sistema. Perciò siamo andati ad analizzare il comportamento del sistema sia con il controllo degli rpm della pompa tramite inverter, sia con il controllo tramite valvola a farfalla in uscita dallo stesso. In ultimo, analizzando i test eseguiti con degli step della pompa, abbiamo creato un controllo per la coppia in regime transitorio: per fare ciò abbiamo limitato il più possibile il ritardo tra la velocità di rotazione della pompa richiesta e la velocità di rotazione della pompa effettiva, per ridurre le oscillazioni della coppia frenante.

Lo studio condotto in questo lavoro di tesi ha lo scopo di analizzare l’applicazione del Sistema con Aeromobile a Pilotaggio Remoto (SAPR) per il monitoraggio idraulico di un corso d’acqua naturale. Il controllo dell’evoluzione dei corsi d’acqua naturali è un argomento di fondamentale importanza per la comunità scientifica, per i tecnici del settore e per le attività di protezione civile. Il contributo fornito dalle nuove tecnologie, come i sistemi a pilotaggio remoto combinato a tecniche ottiche computazionali sempre più performanti, ha consentito di aprire nuove strade migliorando così, la capacità del monitoraggio, semplificando notevolmente ed eliminando le difficoltà che le tradizionali metodologie hanno frequentemente evidenziato. Lo studio però non si è limitato alla sola analisi idraulica, ma ha riguardato anche l’analisi morfologica con l’impiego di tecniche di ricostruzione (software Agisoft Photoscan), basate su immagini riprese da SAPR, con l’obiettivo di verificare la qualità e l’accuratezza metrica offerta dalle nuove metodologie e dalle strumentazioni attualmente presenti sul mercato. Dall’analisi dei risultati relativi ad un particolare caso di studio, emergono chiare e precise informazioni in merito al numero e alla dislocazione plano – altimetrica dei punti di controllo, nonché alle specifiche caratteristiche operative di volo. Inoltre sono state analizzate le problematiche riscontrate in fase di rilievo con drone (come ad esempio tremolio della piattaforma aerea durante il movimento), e di come queste possano inficiare la stabilità del velivolo, la qualità dell’immagine rilevata e la georeferenziazione dei punti. Il tema anche in questo caso è stato affrontato con riferimento a specifiche indagini di tipo sperimentale e con l’impiego di algoritmi di calcolo di tipo computazionale, appositamente programmati. L’analisi per la stabilizzazione e l’ortorettifica delle immagini digitali, ha preceduto lo studio idraulico vero e proprio, il quale ha previsto l’applicazione a diversi casi studio, delle tecniche ottiche più largamente impiegate dalla comunità scientifica, ovvero la “Particle Tracking Velocimetry” (PTV) e la “Large Scale Particle Tracking Velocimetry” (LSPIV). Le indagini sperimentali, relative ai casi di studio appena citati, sono state effettuate di giorno e in condizioni di buona visibilità, ed hanno previsto, in alcuni casi, un rilievo aerofotogrammetrico con SAPR, in altri telecamere fisse istallate al di sopra del corso d’acqua e in piccola parte l’impiego di comuni telefoni cellulari e tablet. Durante le indagini di campo sono state effettuate ulteriori misure con strumentazione di tipo tradizionale, al fine di individuare i valori di velocità, considerati come soglia di riferimento. L’analisi svolta ha permesso di investigare al meglio le peculiarità delle due metodologie e di estrapolare chiare e precise informazioni in merito alla sensibilità dei risultati in funzione, ad esempio, del numero dei fotogrammi, dalla densità di tracciante, dall’algoritmo di calcolo, dall’area d’interrogazione, dal processo di validazione dei vettori velocità dell’insieme di dati ma soprattutto dalla condizione idrodinamica del flusso, espressa ad esempio con il parametro “vorticity” o anche con il numero di Reynolds e il numero di Froude. L’attività di ricerca ha poi riguardato la definizione di specifiche “Linee Guida” ovvero di suggerimenti metodologici utili alla realizzazione in modo continuo e coordinato, del monitoraggio dei parametri idraulici di un corso d’acqua fluviale, attraverso l’impiego del sistema a pilotaggio remoto, combinato con le tecniche ottiche di misura in superficie. Le linee guida si compongono di svariate schede di controllo, molto utili per le applicazioni sperimentali di campo. Le medesime sono state implementate anche per il rilievo morfologico mediante SAPR. Infine, sulla base delle nozioni acquisite e dei soddisfacenti risultati raggiunti, si propone una potenziale applicazione che prevede l’uso dei sistemi a pilotaggio remoto insieme alla tecnica ottica LSPIV, ma senza l’impiego di traccianti distribuiti manualmente dagli operatori, il che rende questa soluzione molto utile per la determinazione dei parametri idraulici principali, come ad esempio la velocità superficiale, in condizioni di flusso non intenso e quindi per la definizione di un sistema utile alla mitigazione del rischio idraulico, in una situazione emergenziale. In questo lavoro oltre alle tecniche ottiche ampiamente trattate e comunemente impiegate nel mondo scientifico, sono state sfruttate le potenzialità di altre tecniche ottiche presenti in letteratura al fine di testarne l’efficacia e comprenderne al meglio il funzionamento.

It is a common opinion that the greater consequences of tourism are related to the physical environment deterioration, through the developer plans on the coasts, the pollution or the consumption of natural resources. Actually, the phenomenon presents much more complex issues that, also in the field to cultural heritage, affect many disciplinary sectors, such as economics, sociology, psychology, and so on. Thus, the general objective of the research is the study and development of sustainable tourism models that can favour the protection and enhancement of the historic landscape, through the study of the Sardinian case. This case study is representative of all those peripheral areas that see tourism as a potential factor for economic development, but which have difficulty in promotion of effective tourism models. The objects of the research are landscape and tourism. The former, according to its modern concept, is the object that better represent the cultural heritage in a holistic, dynamic and relative perspective. Tourism, because of its nature, is a multidisciplinary phenomenon that needs to be faced according the point of view of different research fields, in order to understand all the dynamics that interact between heritage and tourism. In order to synthetize these complex and multidisciplinary notions, and to integrate the different disciplinary approaches, the research reinterprets the Rieglian analysis of values. Riegl’s values are, as we will see, both a theoretical basis and a fundamental component for the methodology. Three main tasks constitute the methodology. The first one aims to contribute to the construction of knowledge in the field of historic conservation and, at the same time, to build up a set of information which is useful for the next methodological steps. It is based on the concept of land as a palimpsest, thus the goal is to read the landscape through its historic layers, and understand two of the three components of landscape, the holistic and dynamic ones. The second methodology is based on the analysis of values, and it aims to deepen the third component of landscape, related to its individual perception as perceived by different people. On the basis of the latter step results and on the heritage classification, the research can finally intervene on intensity and diversity of historic systems and suggest the corresponding guidelines for the protection and enhancement of cultural heritage: a low diversity index should bring policies toward an enhancement strategy, a medium index to reinforcement measures and, finally, a high index to a maintenance approach. Obviously, measures must be evaluated case by case, but the methods could represent an important support tool for the decision-making process. All this course of the research aims to lead to an antifragile and ‘good’ tourism, that means that touristic models have to favour a diversified cultural offer, to share activities between locals and visitors, to not create a fashionable and global-style destination, to develop territorial rather than touristic policies (thus accessible both to locals and tourists), to integrate strategies with local economic structures and activities. So, the work ends up with the exposition of a few touristic opportunities that could foster these aspects, in order to integrate the results of the methodological approach. In conclusion, the work is a contribution to the field of historic conservation referring to the issue of tourism and its influence for cultural heritage. The aim was to develop ideas, measures, strategies in order not to preserve in a passive or static way landscape and heritage, but to consciously guide the process of transformation due to the impact of the touristic sector, avoiding as much as possible the negative effects and favouring, at the same time, the positive factors.

Il seguente elaborato tratta la progettazione del sistema di controllo relativo ad una pressa idraulica per prove di caratterizzazione dei materiali. L’idea alla base è quella di utilizzare l’ambiente di sviluppo Automation Studio per realizzare il software di controllo della macchina e la relativa interfaccia grafica. Alla pressa è richiesto di poter effettuare prove di trazione e di compressione, sia di tipo statico che a fatica, avendo la possibilità di scegliere se controllare: il carico, la posizione, la deformazione. È richiesto inoltre di poter salvare i risultati delle prove all'interno di un file. Durante lo sviluppo del software è stata inoltre implementata una modalità di funzionamento aggiuntiva, la quale permette all'operatore di eseguire le prove a partire dalla storia temporale di un segnale. La parte hardware del sistema risulta già installata e perfettamente operativa, infatti nella prima parte del testo verranno presentati i componenti che costituiscono: il circuito pneumatico, il circuito elettrico, il regolatore PID, la strumentazione installata sulla macchina. La seconda parte è dedicata invece alla descrizione delle varie funzionalità che il software implementa nella macchina. La trattazione è strutturata in modo da assumere il ruolo di manuale d’uso per un eventuale operatore.

Among the soft coastal defense systems it is possible to include the beach drainage system (BDS). It is a low visual impact system, whose functioning is based on the interaction between the groundwater dynamic at coast and the swashing waves on the foreshore. It consists of a series of buried pipes in the sand, that aim to lower the groundwater table. The basic idea is that, by artificially drying the groundwater table in the swash zone, the fluidization of the particles is discouraged as well as the capability of the waves of washing them out. Acting on the influence that the groundwater dynamics (forced by both tides and waves) has on the sand particle mobilization, this tool presents the strong potentiality to be applied as a soft engineering method to stabilize the shoreline, and to be applied, if not alone, at least coupled with other methods (i.e. beach nourishment) in order to increase their life time and to guarantee them better economical and efficient performances. Nontheless, different and controversial results have been obtained from its application during the years around the world, hence progressively it has been leaving. This thesis aims to mathematically investigate the influence of the drain on the groundwater dynamics, in order to estimate its influence on groundwater table, so that it is possible to eventually correlate the drain characteristics to the sediment transport rate. Only the hydrodynamics aspect of the BDS are taken into account herein. The present work deals with the analytical and numerical modeling of the waves-driven hydrodynamics at coast in presence of a BDS. The groundwater dynamics is firstly modeled by a novel analytical simplified approach: a linear equation is applied to finite length domains. Two different boundary conditions are considered: a wall boundary condition is applied in order to simulate the presence of deepen foundations and a drain-like effect boundary condition is applied to take into account the lowered level of the groundwater table. The analytical approach, even if simplified, makes possible to consider the behavior of the groundwater table for a general set of cases, that, if not allow to get a general solution, at least they make possible a comparative analysis. On the other hand, in the second part of the thesis a numerical approach is used to simulate the influence of the BDS on the groundwater dynamics. The numerical modeling of the sandy porous medium has been achieved by means of the open-source OpenFoam$\textsuperscript{\textregistered}$ solver, IHFoam, capable to account for both porous medium and waves generation and absorption. The model was developed in the first place to account for coarse size porous medium, hence a validation activity for finer material has been carried out. The numerical results have been compared against experimental data collected within the frame of a novel experimental campaign, carried out at LIam (Laboratorio di Idraulica ambientale e marittima) of the University of L'Aquila. The presence of the drain was tested and validated as well, by mean of small scale 3D simulations. In the end, the model has been applied to prototype scale cases. The overall results of the thesis are intended to be useful for the technical design of real case BDS projects, then solving the controversial performance observed in the past.

Il lavoro di ricerca esplora il panorama dell’efficienza energetica dei sistemi acquedottistici, soffermandosi a considerare possibili indicatori che possano valutarla in maniera corretta e completa, in particolare nei confronti della presenza di perdite in rete. Si prendono in considerazione con maggiore attenzione, tra tutte le strategie per aumentare l’efficienza energetica, quelle che contemporaneamente producono anche risparmi idrici, come la riduzione della pressione e la ricerca attiva delle perdite . Dopo un inquadramento internazionale, sono stati analizzati mediante mappe tematiche di intensità energetica, i consumi energetici specifici sui sistemi acquedottistici della regione Emilia Romagna per gli anni 2006 e 2007, si è passati ad una analisi critica degli indicatori attualmente in uso. Inoltre per casi di studio sintetici e tutti i casi di studio proposti, si sono valutate curve di relazione tra percentuale di perdita idrica e aumento del consumo energetico, in grado di dare indicazioni su come ciascun sistema reagisce, in termini di aumento dell’energia consumata, all’aumentare del livello di perdita. Questa relazione appare fortemente influenzata da fattori come la modalità di pompaggio, la posizione delle rotture sulla rete e la scabrezza delle condotte. E’ emersa la necessità solo poter analizzare separatamentel’influenza sull’efficienza energeticadei sistemi di pompaggio e della rete, mostrando il ruolo importante con cui questa contribuisce all’efficienza globale del sistema. Viene proposto uno sviluppo ulteriore dell’indicatore GEE Global Energy Efficiency (Abadia, 2008), che consente di distinguere l’impatto sull’efficienza energetica dovuto alle perdite idriche e alla struttura intrinseca della rete, in termini di collocazione reciproca tra risorsa idrica e domanda e schema impiantistico.Questa metodologia di analisi dell’efficienza energetica è stata applicata ai casi di studio, sia sintetici che reali, il distretto di Marzaglia (MO) e quello di Mirabello (FE), entrambi alimentati da pompe a giri variabili.. La ricerca ha consentito di mostrare inoltre il ruolo della modellazione numerica in particolare nell’analisi dell’effetto prodotto sull’efficienza energetica dalla presenza di perdite idriche. Nell’ultimo capitolo si completa la panoramica dei benefici ottenibili attraverso la riduzione della pressione, che nei casi citati viene conseguita tramite pompe asservite ad inverter, con il caso di studio del distretto Bolognina all’interno del sistema di distribuzione di Bologna, che vede l’utilizzo di valvole riduttrici di pressione. Oltre a stimare il risparmio energetico derivante dalla riduzione delle perdite ottenuta tramite le PRV, sono stati valutati su modello i benefici energetici conseguenti all’introduzione nel distretto di turbine per la produzione di energia

Il lavoro di ricerca esplora il panorama dell’efficienza energetica dei sistemi acquedottistici, soffermandosi a considerare possibili indicatori che possano valutarla in maniera corretta e completa, in particolare nei confronti della presenza di perdite in rete. Si prendono in considerazione con maggiore attenzione, tra tutte le strategie per aumentare l’efficienza energetica, quelle che contemporaneamente producono anche risparmi idrici, come la riduzione della pressione e la ricerca attiva delle perdite . Dopo un inquadramento internazionale, sono stati analizzati mediante mappe tematiche di intensità energetica, i consumi energetici specifici sui sistemi acquedottistici della regione Emilia Romagna per gli anni 2006 e 2007, si è passati ad una analisi critica degli indicatori attualmente in uso. Inoltre per casi di studio sintetici e tutti i casi di studio proposti, si sono valutate curve di relazione tra percentuale di perdita idrica e aumento del consumo energetico, in grado di dare indicazioni su come ciascun sistema reagisce, in termini di aumento dell’energia consumata, all’aumentare del livello di perdita. Questa relazione appare fortemente influenzata da fattori come la modalità di pompaggio, la posizione delle rotture sulla rete e la scabrezza delle condotte. E’ emersa la necessità solo poter analizzare separatamentel’influenza sull’efficienza energeticadei sistemi di pompaggio e della rete, mostrando il ruolo importante con cui questa contribuisce all’efficienza globale del sistema. Viene proposto uno sviluppo ulteriore dell’indicatore GEE Global Energy Efficiency (Abadia, 2008), che consente di distinguere l’impatto sull’efficienza energetica dovuto alle perdite idriche e alla struttura intrinseca della rete, in termini di collocazione reciproca tra risorsa idrica e domanda e schema impiantistico.Questa metodologia di analisi dell’efficienza energetica è stata applicata ai casi di studio, sia sintetici che reali, il distretto di Marzaglia (MO) e quello di Mirabello (FE), entrambi alimentati da pompe a giri variabili.. La ricerca ha consentito di mostrare inoltre il ruolo della modellazione numerica in particolare nell’analisi dell’effetto prodotto sull’efficienza energetica dalla presenza di perdite idriche. Nell’ultimo capitolo si completa la panoramica dei benefici ottenibili attraverso la riduzione della pressione, che nei casi citati viene conseguita tramite pompe asservite ad inverter, con il caso di studio del distretto Bolognina all’interno del sistema di distribuzione di Bologna, che vede l’utilizzo di valvole riduttrici di pressione. Oltre a stimare il risparmio energetico derivante dalla riduzione delle perdite ottenuta tramite le PRV, sono stati valutati su modello i benefici energetici conseguenti all’introduzione nel distretto di turbine per la produzione di energia

2009 - 2010
Knowledge of hydrological processes acting in the water balance is determinant for a rational water resources management plan. Among these, the water losses as vapour, in the form of evapotranspiration, play an important role in the water balance and the heat transfers between the land surface and the atmosphere. Mass and energy interactions between soil, atmosphere and vegetation, in fact, influence all hydrological processes modificating rainfall interception, infiltration, evapotraspiration, surface runoff and groundwater recharge. A numbers of methods have been developed in scientific literature for modelling evapotranspiration. They can be divided in three main groups: i) traditional meteorological models, ii) energy fluxes balance models, considering interaction between vegetation and the atmosphere, and iii) remote sensing based models. The present analysis preliminary performs a study of fluxes directions and an evaluation of energy balance closure in a typical Mediterranean short vegetation area, using data series recorded from an eddy covariance station, located in the Campania region, Southern Italy. The analysis was performed on different seasons of the year with the aim to assess climatic forcing features impact on fluxes balance, to evaluate the smaller imbalance and to highlight influencing factors and sampling errors on balance closure. The present study also concerns evapotranspiration fluxes assessment at the point scale. Evapotranspiration is evaluated both from empirical relationships (Penmann-Montheit, Penmann FAO, Prestley&Taylor) calibrated with measured energy fluxes at mentioned experimental site, and from measured latent heat data scaled by the latent heat of vaporization. These results are compared with traditional and reliable well known models at the plot scale (Coutagne, Turc, Thorthwaite). [edited by author]
IX n.s.

The operator’s safety is a very crucial issue in heavy duty machines. The dangerousness of the working environment forces the operator to consider several parameters at the same time, and a large amount of practice and concentration are usually required to operate the machine safely. In fact, man-machine interaction is often very poor in these kind of machines. With the aim of improving this interaction and enhancing safety a stability control system based on a simplified model of the machine and on a 2-degrees-of-freedom force-feedback joystick is proposed. The joystick combines the use of a passive ad an active actuator. Active drives (like motors) can generate high-fidelity sensations but, in general, they have a poor torque/size ratio, they are expensive and can become dangerous for the operator. On the other hand, passive devices (like brakes) can generate higher torques, are cheaper and safer, however they cannot provide energy to the system but only dissipate it; this feature however reduces the range of sensations that can be rendered to the operator. To partially overcome this limitation an elastic element is placed in series with the brake. In the first part of this work the stability control system is introduced and the design of the haptic joystick is presented. The second part describes three different control schemes developed to safely control an industrial lifting machine with this joystick. First experimental data regarding the comparison of the developed control systems are finally illustrated. This works includes also the design of two devices designed to control an electromagnetic brake or an hydraulic-proportionalbrake for future use as passive actuators in the joystick.
La sicurezza dell’operatore è un aspetto che riveste molta importanza nell’ambito delle macchine da cantiere. La pericolosità dell’ambiente di lavoro costringe l’operatore a valutare svariati fattori allo stesso tempo, inoltre per operare i macchinari in sicurezza è in genere richiesto un lungo periodo di apprendimento e molta concentrazione. Infatti, in questo settore, l’interazione uomo macchina è molto limitata. Allo scopo di migliorare l’interazione e aumentare la sicurezza è stato sviluppato un sistema di controllo della stabilità che fa uso di un modello semplificato della macchina e di un joystick a due gradi di libertà capace di restituire sensazioni di forza. Questo joystick fa uso di un attuatore passivo e di uno attivo. In generale gli attuatori attivi (come i motori) sono caratterizzati dalla capacità di generare stimoli ben controllabili, ma hanno un ridotto rapporto peso/potenza, sono costosi e possono essere fonte di pericolo nei confronti dell’operatore. Gli attuatori passivi (come i freni) possono invece generare coppie maggiori, sono meno costosi e sono sicuri in quanto non possono introdurre energia nel sistema ma solo dissiparla; questa caratteristica costituisce però una limitazione alle sensazioni che possono essere restituite all’operatore. Per superare questo limite è stato applicato un elemento elastico in serie al freno. Nella prima parte di questo lavoro viene introdotto il sistema di controllo della stabilità e viene illustrato lo schema costruttivo del joystick aptico. Nella seconda parte sono descritti tre diversi schemi di controllo sviluppati per comandare in sicurezza un sistema di sollevamento industriale. Nella parte finale sono presentati i primi risultati sperimentali effettuati per comparare i vari schemi di controllo che sono stati sviluppati. In questo lavoro è inserito inoltre il progetto di due sistemi che sono stati realizzati per comandare un freno elettromagnetico e un freno idraulico proporzionale che possono essere usati in futuri test come attuatori passivi per il joystick .

La progettazione e la gestione delle reti di drenaggio urbano avviene attualmente attraverso dei modelli numerici che ne rappresentano le caratteristiche principali e permettono di valutare tutti i fenomeni relativi ai deflussi (portate, livelli idrici, inquinanti) che avvengono in seguito ad una sollecitazione di pioggia nota. Quest’ultima è in genere ricavata da misurazioni pluviometriche puntuali assumendo che la pioggia sia uniforme su tutta l’area. Le immagini radar di precipitazione, invece, fornendo una rappresentazione spaziale degli eventi, permettono di coglierne la variabilità all'interno dell’area drenata dalla rete. Attraverso una serie di simulazioni in tempo di pioggia effettuate in InfoWorks per due eventi scelti, sono stati indagati gli impatti che informazioni pluviometriche ottenute da immagini radar a diversa risoluzione (fenomeni distribuiti nello spazio) hanno sul modello della rete di drenaggio urbano della città di Bologna. I risultati hanno permesso di quantificare la risoluzione spaziale ottimale del dato pluviometrico radar per descrivere al meglio il comportamento idrologico-idraulico della rete di Bologna, con particolare riferimento alle sezioni idraulicamente più critiche del sistema (es. scaricatori di piena).

In order to protect river water quality, highly affected in urban areas by continuos as intermittent immissions, it is necessary to adopt measures to intercept and treat these polluted flows. In particular during rain events, river water quality is affected by CSOs activation. Built in order to protect the sewer system and the WWTP by increased flows due to heavy rains, CSOs divert excess flows to the receiving water body. On the basis of several scientific papers, and of direct evidences as well, that demonstrate the detrimental effect of CSOs discharges, also the legislative framework moved towards a stream standard point of view. The WFD (EU/69/2000) sets new goals for receiving water quality, and groundwater as well, through an integrated immission/emissions phylosophy, in which emission limits are associated with effluent standards, based on the receiving water characteristics and their specific use. For surface waters the objective is that of a “good” ecological and chemical quality status. A surface water is defined as of good ecological quality if there is only slight departure from the biological community that would be expected in conditions of minimal anthropogenic impact. Each Member State authority is responsible for preparing and implementing a River Basin Management Plan to achieve the good ecological quality, and comply with WFD requirements. In order to cope with WFD targets, and thus to improve urban receiving water quality, a CSOs control strategy need to be implemented. Temporarily storing the overflow (or at least part of it) into tanks and treating it in the WWTP, after the end of the storm, showed good results in reducing total pollutant mass spilled into the receiving river. Italian State Authority, in order to comply with WFD statements, sets general framework, and each Region has to adopt a Water Remediation Plan (PTA, Piano Tutela Acque), setting goals, methods, and terms, to improve river water quality. Emilia Romagna PTA sets 25% reduction up to 2008, and 50% reduction up to 2015 fo total pollutants masses delivered by CSOs spills. In order to plan remediation actions, a deep insight into spills dynamics is thus of great importance. The present thesis tries to understand spills dynamics through a numerical and an experimental approach. A four months monitoring and sampling campaign was set on the Bologna sewer network, and on the Navile Channel, that is the WWTP receiving water , and that receives flows from up to 28 CSOs during rain events. On the other hand, the full model of the sewer network, was build with the commercial software InfoWorks CS. The model was either calibrated with the data from the monitoring and sampling campaign. Through further model simulations interdependencies among masses spilled, rain characteristics and basin characteristics are looked for. The thesis can be seen as a basis for further insighs and for planning remediation actions.

In order to protect river water quality, highly affected in urban areas by continuos as intermittent immissions, it is necessary to adopt measures to intercept and treat these polluted flows. In particular during rain events, river water quality is affected by CSOs activation. Built in order to protect the sewer system and the WWTP by increased flows due to heavy rains, CSOs divert excess flows to the receiving water body. On the basis of several scientific papers, and of direct evidences as well, that demonstrate the detrimental effect of CSOs discharges, also the legislative framework moved towards a stream standard point of view. The WFD (EU/69/2000) sets new goals for receiving water quality, and groundwater as well, through an integrated immission/emissions phylosophy, in which emission limits are associated with effluent standards, based on the receiving water characteristics and their specific use. For surface waters the objective is that of a “good” ecological and chemical quality status. A surface water is defined as of good ecological quality if there is only slight departure from the biological community that would be expected in conditions of minimal anthropogenic impact. Each Member State authority is responsible for preparing and implementing a River Basin Management Plan to achieve the good ecological quality, and comply with WFD requirements. In order to cope with WFD targets, and thus to improve urban receiving water quality, a CSOs control strategy need to be implemented. Temporarily storing the overflow (or at least part of it) into tanks and treating it in the WWTP, after the end of the storm, showed good results in reducing total pollutant mass spilled into the receiving river. Italian State Authority, in order to comply with WFD statements, sets general framework, and each Region has to adopt a Water Remediation Plan (PTA, Piano Tutela Acque), setting goals, methods, and terms, to improve river water quality. Emilia Romagna PTA sets 25% reduction up to 2008, and 50% reduction up to 2015 fo total pollutants masses delivered by CSOs spills. In order to plan remediation actions, a deep insight into spills dynamics is thus of great importance. The present thesis tries to understand spills dynamics through a numerical and an experimental approach. A four months monitoring and sampling campaign was set on the Bologna sewer network, and on the Navile Channel, that is the WWTP receiving water , and that receives flows from up to 28 CSOs during rain events. On the other hand, the full model of the sewer network, was build with the commercial software InfoWorks CS. The model was either calibrated with the data from the monitoring and sampling campaign. Through further model simulations interdependencies among masses spilled, rain characteristics and basin characteristics are looked for. The thesis can be seen as a basis for further insighs and for planning remediation actions.

Le reti acquedottistiche sono di fondamentale importanza per garantire il trasporto e l’erogazione dell’acqua alle singole utenze, assicurandone la qualità e la quantità. Pertanto la gestione delle reti idriche, in termini di accurata progettazione e manutenzione, deve essere affrontata conoscendo le forzanti del sistema e utilizzando degli strumenti che siano di supporto alle decisioni. È sempre più pressante l’esigenza di disporre di informazioni riguardanti gli utenti delle reti e i loro consumi, oltre che di tecniche e procedure, che permettano agli enti preposti di pianificare in maniera ottimale il trattamento, lo stoccaggio e l’uso dell’acqua potabile. Obiettivo principale di questa tesi è affrontare la previsione e la modellazione delle domande idriche, a sua volta articolata in caratterizzazione della domanda a livello di singola utenza e modellazione idraulica dell’erogazione al nodo della domanda idrica. Per quanto riguarda la previsione delle domande idriche, viene presentato un modello per la previsione delle richieste idriche su una finestra temporale di 24 ore utilizzando esclusivamente una coppia di coefficienti, il cui valore viene aggiornato ad ogni fase di previsione. Questi coefficienti sono stimati utilizzando le informazioni disponibili nelle settimane precedenti al momento della previsione e, pertanto, il modello non richiede alcun processo di calibrazione. La lunghezza delle serie temporali necessarie per implementare il modello è di poche settimane e il modello può essere utilizzato senza che sia necessario raccogliere i dati orari della domanda di acqua per lunghi periodi. Questo modello, insieme ad altri cinque recentemente proposti, è applicato a diversi casi reali per verificarne l'efficacia. Per quanto riguarda invece la caratterizzazione delle domande idriche a livello di singola utenza, si propone una procedura che consente di generare con un approccio probabilistico i consumi di un insieme di utenze, posto che si conoscano i volumi fatturati annui di ciascuna di queste utenze e l’andamento nel tempo del volume consumato dall’insieme delle utenze. Infine, per quanto riguarda la modellazione delle richieste idriche da un punto di vista di simulazione idraulica, in questa tesi si confrontano diversi metodi recentemente proposti per simulazioni istantanee di reti di distribuzione in modalità Pressure Driven, utilizzando l'interfaccia software EPANET; inoltre viene presentato un metodo innovativo. Il metodo proposto si basa sull'inserimento, in ciascun nodo di domanda, di una sequenza di dispositivi costituiti da una General Purpose Valve (GPV), una condotta fittizia, una condotta con una valvola di non ritorno e un serbatoio. Esso differisce dagli altri metodi precedentemente proposti in letteratura - similarmente basati sull'inserimento di sequenze di dispositivi costituite da una valvola e un serbatoio o emitter – per l’utilizzo della GPV; più specificamente, questa valvola consente una rappresentazione flessibile della relazione tra portata e carico, mentre con gli altri metodi questa relazione rimane fissa, in base alla struttura della sequenza di dispositivi utilizzati.
Water distribution networks are of fundamental importance to ensure the transport and supply of water to individual users, ensuring water quality and quantity. Therefore, the management of water networks, in terms of accurate planning and maintenance, must be addressed with the widest possible range of information, because the decisions taken on the matter are supported by specific data. The need to have information regarding network users and their consumption, as well as techniques and procedures, which allow the bodies responsible for optimally planning the treatment, storage and use of drinking water, is ever more pressing. The main target of this thesis is to deal with the forecasting and modeling of water demands, which is articulated in the characterization of the single-user demand and the hydraulic modeling of the supply to the water demand node. Regarding the water demand forecast, a model for the prediction of water requests on a 24-hour time window using only a couple of coefficients, whose value is updated at each forecast stage, is presented. These coefficients are estimated using the information available in the weeks prior to the time of the forecast and, therefore, the model does not require any actual calibration process. The length of the time series needed to implement the model is a few weeks and the model can be parameterized and used without there being any need to collect hourly water demand data for long periods. This model, together with five recently proposed ones, is applied to several real cases to verify their effectiveness. As regards the characterization of water demands at single user level, a procedure that allows the reproduction of water demand for a set of users, given that the volumes invoiced yearly by these same users and the volume of provided water to all these users are known, is proposed. First, an analysis will be conducted on field data, aimed at defining mathematical relationships between the characteristic quantities derived from the time series and the values of the model parameters. Then, following these relationships, the model will be applied to two case studies. Finally, as regards the modeling of water requests from a hydraulic simulation point of view, this thesis compares several recently proposed methods for instantaneous simulations of Pressure Driven distribution networks, using the EPANET software interface; in addition, an innovative method is presented. The proposed method is based on the insertion, in each demand node, of a sequence of devices consisting of a General Purpose Valve (GPV), a pipeline with a non-return valve and a reservoir. It differs from the other methods previously proposed in the literature - similarly based on the insertion of sequences of devices consisting of a valve and a reservoir or emitter - due to the use of the GPV; more specifically, this valve allows a flexible representation of the relation between flow and load, whereas with the other methods this relationship remains fixed, according to the structure of the sequence of devices used.

Il presente lavoro di tesi è il risultato di un'esperienza di tirocinio didattico all'interno dell'azienda Bonfiglioli SpA durante la quale ho avuto modo di approfondire lo studio dei circuiti oleodinamici, in particolare della spola counterbalance, componente meccanico grazie al quale è possibile effettuare la frenata oleodinamica. Quest'ultima consiste nel far funzionare il motore come una pompa trascinata dall'energia cinetica del veicolo la cui mandata viene progressivamente strozzata grazie all'azione della spola fino a creare una ritenuta statica.

For the last thirty-five years, the aquifer system of Central Veneto (Italy) has been involved by an increasing demand of water for domestic and private use and by a relevant reduction of groundwater heads. The regional groundwater model developed is a large scale model taking origins from detailed studies of the hydrogeological system. Its purpose is to provide boundary conditions for the study of flow and transport models at smaller scale and to predict the behaviour of the aquifers in conditions different from the present-day ones (changes in rainfall trend, rivers regime, soil use). The three-dimensional flow model of the aquifer systems is based on a large number of experimental data, concerning both groundwater balance (measured rain in pluviometric stations, water flux dispersed by rivers and irrigation channels, water flux springing out of the springs, water withdrawal from a large number of private and public wells) and hydraulic permeability of aquifers. A three-dimensional geological model of the system has been created by means of geological sections and stratigraphies. The flow simulations are performed using a tetrahedral finite element code. The model is calibrated on the basis of real piezometric heads and is used to analyze the interaction between the unconfined aquifer, located in the northern part of the study area, and the multiaquifer system that originates in this area and proceeds towards the sea. The model simulates reasonably well the water flow aquifers system of Central Veneto and permits to simulate the effects of changes in withdrawal policies and/or boundary conditions relevant to the complex aquifer system. The model will allow the establishment of causal relationships between withdrawal of water (whatever the production layer, and the extracted flow rates) and the fluctuations of piezometric heads anywhere in the system. We have investigated the robustness of the model towards variations of the geological model and towards variations of the hydraulic permeability of aquifers and low permeability lenses. The implemented 3D flow model has allowed to improve the understanding of the regional groundwater system and of its hydrogeological properties. The model permits to predict the response of the system to overpumping, fluctuations in recharges, relevant land use changes, new public derivations: so it is deemed of central importance for the management of water resources in the area.

For the past thirty-five years, the layered aquifer system of Central Veneto (Italy) has seen an increasing demand of water for domestic and private uses and a significant reduction of groundwater heads. During these years the origin and development of important groundwater pollution phenomena in the relevant aquifers has been revealed by a quality monitoring system. These aquifers are particularly vulnerable because of the presence of industrial activity in areas characterized by high permeability soils highly susceptible to contaminants transport. The presenti thesis deals with mathematical models of the relevant processes (flow and transport), jointly with their field validations. The regional groundwater flux model developed is a large scale scheme originating from detailed studies of the hydrogeological system including: accurate reconstruction of the geological model; hydrogeological characterization; estimates of the groundwater fluxes for mass balance. The three-dimensional flow model allows for the establishment of causal relationships between withdrawal of water (whatever the production layer, and the extracted flow rates) and the fluctuations of piezometric heads anywhere in the system. Its purpose is to provide boundary conditions for the study of flow models and specifically of transport models at smaller scale. The chief aim of this work is to develop a three-dimensional transport model of solutes within the heterogeneous aquifer systems, in order to obtain long-term predictions of pollutant migration into geologic deposits characterized by variable hydraulic properties. The transport model is implemented according to different numerical approaches: first, a finite elements method is adopted, secondly a Lagrangian approach (Particle Tracking) is taken into account and, finally, the advection-dispersion equation in groundwater, used to describe solute transport in porous media, is solved by a time-splitting technique. During the present study field experiments have been carried out, which consisted in monitoring solute plume via tracer tests in a heterogeneous aquifer. Concentration data are then used for aquifer parameter identification, necessary for model calibration. The movement of a saline tracer in the subsurface has been monitored via electrical resistivity tomography (ERT) from the surface. The spreading of the solute plume measured in the field experiment permits for an estimate of the actual transport properties in the heterogeneous medium in terms of dispersivity parameters. These parameters are then applied to transport models on a regional scale. The transport model implemented has allowed for a better understanding of the regional groundwater system and of its transport-related properties. The model is suggested to predict well the evolution of real transport phenomena, so it is deemed of a certain importance for the management of water resources in the area.
Negli ultimi anni gli acquiferi dell'Alto Vicentino (Veneto Centrale) sono stati interessati da una crescente domanda idrica accompagnata da un evidente abbassamento dei livelli freatici e da una depressurizzazione delle falde artesiane. Nello stesso periodo l'attività di controllo e di monitoraggio della qualità della risorsa idrica ha fatto emergere alcuni importanti fenomeni di inquinamento che hanno interessato i corpi idrici sotterranei dell'Alto Vicentino, resi vulnerabili dalla presenza di importanti poli industriali in zone ad alta permeabilità, che facilitano il trasporto degli inquinanti in falda. La presente tesi propone modelli matematici (e le loro validazioni) per lo studio della gestione delle risorse idriche negli acquiferi profondi del Veneto Centrale. Il modello matematico generale di flusso sviluppato si prefigge di fornire uno strumento qualitativo per la gestione delle risorse idriche e le condizioni al contorno per l'implementazione di modelli di trasporto. Il modello è stato realizzato sulla base di un'accurata analisi idrogeologica del territorio allo studio, in particolare con la ricostruzione di dettaglio del modello geo-strutturale del sistema multi-acquifero e la stima quantitativa dei termini del bilancio idrologico. L'obiettivo principale del lavoro è lo sviluppo di un modello di trasporto nel sistema acquifero di interesse, che consenta di prevedere l'andamento spazio-temporale di fenomeni di inquinamento in atto o futuri; tale modello è stato implementato con differenti approcci numerici: il metodo agli elementi finiti, l'approccio Lagrangiano (Particle Tracking) e l'approccio time-splitting. Propedeutica all'implementazione del modello matematico di trasporto è la realizzazione di prove sperimentali con traccianti, che consentono di raccogliere informazioni a scala locale sui parametri idro-dispersivi del processo, necessarie alla taratura del modello. Nell'ambito della presente tesi è stato condotto un monitoraggio elettrico ad alta risoluzione per lo studio di dettaglio delle proprietà di trasporto in un'acquifero superficiale, con l'obiettivo di applicare i risultati ottenuti dall'osservazione del comportamento del tracciante iniettato a scala locale nel trasporto a scala regionale. Il modello di trasporto implementato ha permesso di migliorare la conoscenza delle dinamiche di trasporto nel sistema multiacquifero allo studio, e si è dimostrato in grado di riprodurre l'evoluzione di reali episodi di inquinamento in falda: esso appare quindi di interesse applicativo generale nel campo della gestione delle risorse idriche con riferimento al contesto territoriale del Veneto Centrale.

Tra gli strumenti a supporto degli interventi infrastrutturali e della gestione efficiente di un sistema di distribuzione idrica, vi è certamente la disponibilità di un buon modello idraulico. Le curve di consumo descrivono la richiesta idropotabile nel tempo, generalmente nell’arco delle 24 ore, e sono necessarie sia in fase di creazione, sia in fase di calibrazione del modello. L’obiettivo è stato quello di definire una metodologia per la costruzione di curve di consumo a partire dai dati di monitoraggio di una rete di distribuzione idrica. La metodologia sviluppata si basa sul metodo del Minimum Night Flow e sulla relazione che lega la perdita idrica reale alla pressione in rete. L’algoritmo è stato implementato nell’ambiente open source R; consente inoltre di svolgere un’analisi di sensitività sui parametri che influenzano la stima del consumo. Lo studio si inserisce nella costruzione e calibrazione del modello numerico della rete di distribuzione idrica di Rapallo (GE), che il DICAM dell’Università di Bologna sta realizzando in collaborazione con IREN SpA. Sono stati raccolti i dati di monitoraggio di 9 distretti relativi all’estate 2018, associando ad essi informazioni censuarie ISTAT. Sono stati adottati valori del consumo minimo notturno pari a 2.9 e 4.08 l/(ua*h), ottenuto dai consumi in telelettura di Fano (PU). Sono stati posti come parametri variabili il passo della media mobile delle portate per la ricerca del minimo notturno e l’esponente di perdita N. I risultati a livello di distretto, per coppie di passo ed N fissati, sono il coefficiente stagionale; le curve di perdita e consumo giornaliero; la stima della perdita idrica; la curva di consumo adimensionale (demand pattern) mediana. L’analisi di sensitività ha evidenziato come all’aumentare del passo della media mobile, vi sia una conseguente sovrastima delle perdite idriche. Le curve di consumo adimensionale mostrano andamenti tipici, con differenze legate alle caratteristiche dei distretti.

Lo scopo della ricerca è quello di verificare sperimentalmente l’intensità dello scour del fondale sabbioso alla base di un palo a seguito di vari attacchi ondosi e l’efficienza dei sacchi di geotessile riempiti di sabbia (GSCs), metodo innovativo di protezione. I modelli fisici in scala 1:30 sono stati realizzati nel canale per onde del Laboratorio di Idraulica dell’UNIVPM. Sono state testate onde regolari e irregolari, con altezze H=7÷27cm e periodi T=1.8÷2.7s. Il Numero di Keulegan Carpenter KC varia da 2 a 20. I risultati confermano l’esistenza dei regimi proposti da Sumer & Fredsøe (2002), clear-water e live-bed scour. Lo scour si realizza con attacchi ondosi aventi KC>6, coincidente con l’inizio del vortex shedding. Le situazioni ondose più gravose (aventi KC=13.78 e KC=19.57) hanno originato l’abbassamento maggiore. Comparazioni dei dati sperimentali sulla profondità di scour con la formula di Sumer & Fredsøe (2002) mostrano un buon adattamento, anche se lo scour osservato evolve più rapidamente di quello predetto. Va tenuto conto che molte prove risultano influenzate dalla formazione di ripples. La protezione con GSCs è molto efficace in termini di riduzione dello scour (riduzioni dell’ordine del 80-90%). La stabilità dei GSCs è apprezzabile: essi sono stabili per onde con T=2.7s e H<20cm, mentre all’aumentare di H si sono verificati dislocamenti. I risultati sperimentali sono in disaccordo con la teoria di Recio & Oumeraci (2009), che però fa riferimento a strutture radenti. Le misure del gradiente di pressione alla base del palo hanno registrato gradienti negativi nella zona 0°-45°, dove si ha il trasporto degli horseshoe vortices, mentre a 90° e 135° essi tornano ad essere positivi, con probabilità di separazione del flusso all’interno dello strato limite. Dalle formule di Sumer & Fredsøe (1997), sono state ricavate localmente le velocità e stimati i valori di KC, che confermano come nelle zone in cui KC è maggiore si ha uno scavo più significativo.
Laboratory experiments were devoted to investigate the emergence and development of scour at the base of a slender pile immersed within an erodible bed and exposed to waves. The efficiency of geotextile sand containers (GSCs) placed around the base of the pile to prevent local erosion was also analyzed. The experiments were performed in the wave flume of the Hydraulics Laboratory of the UNIVPM. Regular and irregular waves were tested, with heights H=7÷27cm and periods T=1.8÷2.7s. The Keulegan Carpenter Number KC ranged from 2 to 20. The results confirm some far-field nearbed transport for dimensionless shear stresses exceeding the threshold Shields parameter ϑ_cr (live bed scour). The scour occurs with KC>6, corresponding to the onset of vortex shedding. The heaviest wave exposures (with KC=13.78 and KC=19.57) resulted in the deepest lowering recorded. Comparisons of the experimental data concerning the scour depths with the formula proposed by Sumer & Fredsoe (2002) have shown a good agreement. It should be noted that many tests have been influenced by the formation of ripples. The trend of the experimental scour depth is qualitatively similar to that of the theoretical curve of Sumer et al. (1992). However, during the early stages of evolution the experimental scour hole deepens faster that the predictions. The protection with GSCs turns out to be very effective in terms of reduction of scour. Moreover, they were found stable for waves having T=2.7s and H<20cm, while increasing H displacements occurred. The experimental results disagree with the hypotheses proposed by Recio & Oumeraci (2009), estimated by the authors considering the condition of seawall and not properly suitable for the configuration examined. At the base of the pile the negative pressure gradients were recorded in the area 0°-45°, where transport occurs of the horseshoe vortices and the gradients switches back to positive values at 90° and 135°, with likely separation of the flow within the boundary layer. Calculations with the formulae of Sumer & Fredsoe (1997) made it possible to locally compute the flow speeds and estimate KC, which confirmed that in the areas where KC is greater a larger scour is found.

La tesi di ricerca e progettazione indaga il tema del termalismo con particolare riguardo alla conformazione dell’impianto termale più antico della cittadina di Porretta Terme, per l’elaborazione di una proposta progettuale di riattivazione e valorizzazione. Lo storico complesso termale ha subito nelle ultime tre decadi un lento e inesorabile processo di decadimento fino all’attuale stato di completo abbandono. La ricerca ha affrontato i temi direttamente ed indirettamente collegati allo stabilimento in oggetto: è stata studiata sia la storia dello stabilimento e come gli spazi si sono generati in base alle esigenze ed al contesto, sia lo sviluppo di altri stabilimenti termali, per comprenderne analogie e differenze. Nel territorio italiano è sempre più frequente l’abbandono di edifici che un tempo erano elementi identitari e punti di riferimento per la comunità ma che col passare degli anni hanno perso la loro funzione, lasciando grossi “vuoti” all’interno delle città. Innumerevoli sono gli esempi di fabbriche, ex ospedali, edifici pubblici, monumenti architettonici più o meno rilevanti che hanno perso nel tempo il loro ruolo all’interno delle città, sia per impossibilità di adeguamento sia per difficoltà a livello gestionale. Alcuni, per la notevole importanza storico-artistica, riescono a diventare “musei di sé stessi”, altri riescono ad adattarsi a nuove funzioni compatibili, ma la maggior parte di loro, purtroppo, finisce pian piano in uno stato di abbandono e di degrado. Occorre quindi trovare risposte specifiche per queste architetture pensate ad hoc per il contesto, per la comunità e per le mutate esigenze di essa. Fra i tanti edifici, la scelta di operare sull’ex complesso termale delle “Terme Alte” di Porretta, intende dare una visione di un futuro diverso.

Leakage in pressurized water distribution systems is a major issue for water utilities today, because of the huge concerns over public health risks and the economic constraints on energy and resources. This thesis investigates innovative techniques for the detection of leakages in water distribution systems, relying on the calibration of network hydraulic models. The main goal is to suggest a method to reduce the costs of the field surveys currently required from the leakage detection activity on real systems. An inverse model, based on the coupling between Kalman Filter based data assimilation techniques and network hydraulic models, is proposed and critically analyzed. The model is based on the knowledge of pressure heads, pipe flow rates and volume measurements, which can be easily obtained in any network with a limited effort and no technical troubles, with exception of the flow rate measurements. The present work investigates different aspects of the proposed coupled model, related to the data assimilation technique used (Ensemble Kalman Filter or Ensemble Smoother), the type of hydraulic analysis developed (demand driven analysis through standard EpaNET or pressure driven analysis), the type of model parameters to be calibrated (the nodal leakage flow rates or the EpaNET emitter coefficients responsible for the nodal leakage flow rates), besides distinctions on the type of assimilated data and on the number and locations of available measurements. Despite the fact that the success of the proposed technique depends on the specific features and topological structure of the network analyzed, this coupled model applied to synthetic water distribution systems proves to be effective for leakage detection and could be a competitive solution compared to the traditionally used district metering procedures in real world cases.
La gestione delle perdite nelle condotte in pressione è una delle più importanti problematiche nei sistemi di distribuzione, per le preoccupazioni riguardo il rischio per la salute pubblica e per i vincoli economici su energia e risorse. Questa tesi intende analizzare tecniche innovative per l'individuazione delle perdite nei sistemi di distribuzione, basandosi sulla calibrazione dei modelli idraulici delle reti. Lo scopo principale è suggerire un metodo per ridurre i costi delle indagini di campo attualmente richieste dall'attività di ricerca perdite su reti reali. Un modello inverso, basato sull'accoppiamento tra tecniche di assimilazione dati basate sul filtro di Kalman e i modelli idraulici delle reti, è proposto ed analizzato criticamente. Il modello si basa sulla conoscenza di misure di pressione, portata e volume, le quali possono essere facilmente ottenute in ogni rete a costi contenuti e senza problemi tecnici, ad eccezione delle misure di portata. Il presente lavoro analizza differenti aspetti del modello accoppiato proposto, relativamente alla tecnica utilizzata per l'assimilazione dati (Ensemble Kalman Filter o Ensemble Smoother), al tipo di analisi idraulica sviluppata (demand driven attraverso la versione standard di EpaNET o pressure driven), il tipo di parametri da calibrare (le portate di perdita ai nodi oppure i coefficienti di emitter responsabili della perdita ai nodi), oltre che alla distinzione sul tipo di dati assimilati e sul numero e sulle posizioni di misura a disposizione. Nonstante il successo della tecnica proposta dipenda dalle caratteristiche peculiari e dalla struttura topologica della rete analizzata, questo modello accoppiato applicato a reti di distribuzione sintetiche si dimostra efficace per l'individuazione delle perdite e può costituire un'alternativa competitiva rispetto alle tecniche di distrettualizzazione correntemente applicate nei casi reali.

2006/2007
Il lavoro di tesi è stato svolto con lo scopo di utilizzare le tecniche e gli strumenti dell’ICT (Information Communication Technology) assieme a quelle di posizionamento GPS (Global Positioning System) per realizzare un progetto di valorizzazione turistica e culturale di un territorio della bonifica, nello specifico quello delle Valli Grandi Veronesi. Quest’ultimo, nell’ottica della sostenibilità – ampiamente sottolineata nei documenti della Commissione Europea anche nel 2007 - rappresenta una delle poche aree rimasta da conservare in tutte le sue caratteristiche, proprio in una Pianura Padana altamente congestionata. Gli obiettivi posti sono stati due: 1)creare per il Consorzio dei materiali organizzati per una conoscenza tematica sul rapporto uomo – acque (interne e di bonifica) con attenzione alla valorizzazione dei relativi beni culturali e paesaggistici 2) realizzare una guida mobile dedicata per turisti "consapevoli" ed enti territoriali. La tesi si articola in un'introduzione, quattro capitoli, una conclusione, un'appendice e un allegato. - Introduzione Nell'introduzione si evidenziano gli obiettivi della ricerca e l'iter che ha condotto a sviluppare il tema della valorizzazione con tecniche ICT del comprensorio del Consorzio in base al rapporto uomo – acqua. Vengono presi in considerazione i soggetti (istituzioni, enti e privati) coinvolti nel lavoro, indicata la metodologia seguita nella realizzazione dello stesso e gli step intermedi raggiunti nell'arrivare alla realizzazione della guida mobile. Capitolo 1 – "ICT: mobile devices e guide mobili" Prende in considerazione il mercato dell'ICT (high tech) nell’ambito dei portable devices spiegando il perché della scelta di un PDA phone quale strumento per la realizzazione della guida suddetta. Essendosi soffermati sul settore della navigazione per auto, si fornisce una panoramica sulla composizione di un PND (Portable Navigation Device) e quale sia la differenza dello stesso rispetto ai PDA (Personal Digital Assistant) e ai PDA phone. Infine, nell'ultimo paragrafo (1.4 Le guide mobili) viene dato un riepilogo sulle diverse tipologie di guide mobili – con una possibile classificazione – ad oggi realizzate o in progress da enti e istituzioni. Capitolo 2 – "Gli studi propedeutici, anni 2004 e 2005: GPS, Mobile Mapping System e Laser Scanner" Descrive le diverse strumentazioni e tecniche (con i relativi esperimenti) presi in considerazione nell'arco di due anni (2004-2005): il Mobile Mapping System G.I.G.I.one dell'Università degli Studi di Trieste e il laser scanner terrestre; entrambi provati nella provincia di Verona. Questo per indicare l'iter che ha portato a orientarsi verso i portable devices per la navigazione quali strumenti per la localizzazione, rappresentazione e comunicazione degli aspetti salienti caratterizzanti un dato territorio. Capitolo 3 – "Il Comprensorio di Bonifica Valli Grandi e Medio Veronese" Il capitolo è interamente dedicato alla vasta area oggetto di studio descrivendone, in una prima fase, i caratteri generali per addentrasi poi sui lineamenti idrografici e sull’opera di bonifica che lo ha caratterizzato negli ultimi secoli, soffermandosi in particolare su come e perché si siano formate le Valli Grandi Veronesi, specificando anche qual è il ruolo del Consorzio di Bonifica nella gestione del territorio. Capitolo 4 – "Tecnologie ICT e mobile devices per la valorizzazione del territorio del Consorzio di Bonifica. L'itinerario di guida mobile nelle Valli Grandi: dal glossario della bonifica a un percorso nella bonifica" Indica quale sia stata la metodologia seguita nell'effettiva realizzazione dell'itinerario su PDA phone esplicitando le contemporanee fasi di lavoro su piattaforma desktop per ottenere, in aggiunta alla guida mobile, anche un'implementazione con finalità didattico/formative del SIT del Consorzio, attraverso la proposta di contenuti informativi turistico – escursionistici. In questo capitolo, il più articolato, si descrive come è stato rilevato il tragitto dell’itinerario con sistema GPS; si sia creato il database ValliGrandi.mdb; sia stato sviluppato il progetto GIS itinerarionellabonifica.mxd e come il tutto sia stato incluso nel PDA phone con i Geo Appunti e la traccia ValliGrandi.trc. Conclusioni Nelle conclusioni vengono esposte riflessioni sugli step compiuti, con una tabella riassuntiva delle operazioni che hanno coinvolto il concetto di punto di interesse e gli strumenti per effettuarle. Si esplicitano anche ipotesi di utilizzo/divulgazione del lavoro svolto. Appendice – Glossario L’itinerario realizzato ha come tematica il particolare rapporto uomo – acqua che si viene a creare in un ambiente quale quello della bonifica idraulica, ma con le peculiarità della bonifica in esame: quella delle Valli Grandi. Questo ha richiesto, oltre all'acquisizione della conoscenza dei luoghi, un apprendimento dei termini specifici della bonifica. Ecco perché si propone in allegato il glossario che, in fase di lavori, ha preso la forma di un itinerario tematico. Allegato – "L'itinerario di guida mobile nelle Valli Grandi Veronesi: cartografie e descrizione" Il allegato si propone l'itinerario in tre versioni: 1) un'iniziale breve esposizione dell'intero percorso, 2) una descrizione delle singole tratte sia generale sia con due esempi di dettaglio e 3) sei schede di singoli punti interesse a esemplificazione delle informazioni contenute del database ValliGrandi.md, informazioni riportate nella guida mobile su PDA phone. Oltre a questo sono state inserite quattro cartografie a corredo della descrizione e la copia del poster "Paesaggio e ICT: per un’iterazione positiva?" che riassume tutto il lavoro svolto.
The thesis concerns the tourist and cultural enhancement of the Valli Grandi reclaimed area in the province of Verona using ICT tools and techincs combined with the GPS ones. The targets aimed at are: 1) the production of organised materials for a thematic knowledge about the relation man – water paying attention to the enhancement of its cultural and landscape heritage; 2) the creation of a mobile guides for tourists and territorial institutions. The thesis describes in four chapters, one addendum (the reclaimed land glossary) and an attached document the steps followed to achieved the targets. Chapter 1 – "ICT: mobile devices and mobile guides" This chapter describes briefly the ICT market of portable devices and explains why the PDA phone has been chosen as the tool for the mobile guide of the Valli Grandi Veornesi. Telling this a possible classification of the nowadays known mobile guides has been given. Chapter 2 – "Preliminary studies, years 2004-2005: GPS, Mobile Mapping System and Laser Scanner" Chapter two concerns the preliminary studies that led to the choice of a potable navigation device to represent the territory, survey the itinerary and localise the point of interests. Chapter 3 – "The Consorzio di Bonifica Valli Grandi e Medio Veronese area" The Consorzio area is here described giving the perception of how it has transformed in a reclaimed through the centuries. The role and tasks of the Consortium are also explained. Chapter 4 – "ICT technologies and mobile devices for the enhancement of the Consorzio di Bonifica territory. The mobile guide itinerary through the Valli Grandi: from a reclaimed land glossary to a tour in the reclaimed land" It describes the methodology followed in the creation of the PDA phone itinerary explaining the simultaneous steps on desktop PC (to elaborate a tourist implementation of the already existing GIS of the Consortium) and on the PDA phone. It illustrates how the three projects ValliGrandi.mdb, ValliGrandi.trc and intinerarionellabonifica.mxd has been created. Addendum: Glossary It is the dictionary of the reclaimed land terms used in the Valli Grandi territory, terms that has become a tourist itinerary. Attached document This document describes the itinerary both in general and in particular parts. Examples of six point of interest cards are also included.
XX Ciclo
1974

In the last 50 years, flooding has figured as the most frequent and widespread natural disaster globally. Extreme precipitation events stemming from climate change could alter the hydro-geological regime resulting in increased flood risk. Near real-time precipitation monitoring at local scale is essential for flood risk mitigation in urban and suburban areas, due to their high vulnerability. Presently, most of the rainfall data is obtained from ground‐based measurements or remote sensing that provide limited information in terms of temporal or spatial resolution. Other problems may be due to the high costs. Furthermore, rain gauges are unevenly spread and usually placed away from urban centers. In this context, a big potential is represented by the use of innovative techniques to develop low-cost monitoring systems. Despite the diversity of purposes, methods and epistemological fields, the literature on the visual effects of the rain supports the idea of camera-based rain sensors but tends to be device-specific. The present thesis aims to investigate the use of easily available photographing devices as rain detectors-gauges to develop a dense network of low-cost rainfall sensors to support the traditional methods with an expeditious solution embeddable into smart devices. As opposed to existing works, the study focuses on maximizing the number of image sources (like smartphones, general-purpose surveillance cameras, dashboard cameras, webcams, digital cameras, etc.). This encompasses cases where it is not possible to adjust the camera parameters or obtain shots in timelines or videos. Using a Deep Learning approach, the rainfall characterization can be achieved through the analysis of the perceptual aspects that determine whether and how a photograph represents a rainy condition. The first scenario of interest for the supervised learning was a binary classification; the binary output (presence or absence of rain) allows the detection of the presence of precipitation: the cameras act as rain detectors. Similarly, the second scenario of interest was a multi-class classification; the multi-class output described a range of quasi-instantaneous rainfall intensity: the cameras act as rain estimators. Using Transfer Learning with Convolutional Neural Networks, the developed models were compiled, trained, validated, and tested. The preparation of the classifiers included the preparation of a suitable dataset encompassing unconstrained verisimilar settings: open data, several data owned by National Research Institute for Earth Science and Disaster Prevention - NIED (dashboard cameras in Japan coupled with high precision multi-parameter radar data), and experimental activities conducted in the NIED Large Scale Rainfall Simulator. The outcomes were applied to a real-world scenario, with the experimentation through a pre-existent surveillance camera using 5G connectivity provided by Telecom Italia S.p.A. in the city of Matera (Italy). Analysis unfolded on several levels providing an overview of generic issues relating to the urban flood risk paradigm and specific territorial questions inherent with the case study. These include the context aspects, the important role of rainfall from driving the millennial urban evolution to determining present criticality, and components of a Web prototype for flood risk communication at local scale. The results and the model deployment raise the possibility that low‐cost technologies and local capacities can help to retrieve rainfall information for flood early warning systems based on the identification of a significant meteorological state. The binary model reached accuracy and F1 score values of 85.28% and 0.86 for the test, and 83.35% and 0.82 for the deployment. The multi-class model reached test average accuracy and macro-averaged F1 score values of 77.71% and 0.73 for the 6-way classifier, and 78.05% and 0.81 for the 5-class. The best performances were obtained in heavy rainfall and no-rain conditions, whereas the mispredictions are related to less severe precipitation. The proposed method has limited operational requirements, can be easily and quickly implemented in real use cases, exploiting pre-existent devices with a parsimonious use of economic and computational resources. The classification can be performed on single photographs taken in disparate conditions by commonly used acquisition devices, i.e. by static or moving cameras without adjusted parameters. This approach is especially useful in urban areas where measurement methods such as rain gauges encounter installation difficulties or operational limitations or in contexts where there is no availability of remote sensing data. The system does not suit scenes that are also misleading for human visual perception. The approximations inherent in the output are acknowledged. Additional data may be gathered to address gaps that are apparent and improve the accuracy of the precipitation intensity prediction. Future research might explore the integration with further experiments and crowdsourced data, to promote communication, participation, and dialogue among stakeholders and to increase public awareness, emergency response, and civic engagement through the smart community idea.
Negli ultimi 50 anni, le alluvioni si sono confermate come il disastro naturale più frequente e diffuso a livello globale. Tra gli impatti degli eventi meteorologici estremi, conseguenti ai cambiamenti climatici, rientrano le alterazioni del regime idrogeologico con conseguente incremento del rischio alluvionale. Il monitoraggio delle precipitazioni in tempo quasi reale su scala locale è essenziale per la mitigazione del rischio di alluvione in ambito urbano e periurbano, aree connotate da un'elevata vulnerabilità. Attualmente, la maggior parte dei dati sulle precipitazioni è ottenuta da misurazioni a terra o telerilevamento che forniscono informazioni limitate in termini di risoluzione temporale o spaziale. Ulteriori problemi possono derivare dagli elevati costi. Inoltre i pluviometri sono distribuiti in modo non uniforme e spesso posizionati piuttosto lontano dai centri urbani, comportando criticità e discontinuità nel monitoraggio. In questo contesto, un grande potenziale è rappresentato dall'utilizzo di tecniche innovative per sviluppare sistemi inediti di monitoraggio a basso costo. Nonostante la diversità di scopi, metodi e campi epistemologici, la letteratura sugli effetti visivi della pioggia supporta l'idea di sensori di pioggia basati su telecamera, ma tende ad essere specifica per dispositivo scelto. La presente tesi punta a indagare l'uso di dispositivi fotografici facilmente reperibili come rilevatori-misuratori di pioggia, per sviluppare una fitta rete di sensori a basso costo a supporto dei metodi tradizionali con una soluzione rapida incorporabile in dispositivi intelligenti. A differenza dei lavori esistenti, lo studio si concentra sulla massimizzazione del numero di fonti di immagini (smartphone, telecamere di sorveglianza generiche, telecamere da cruscotto, webcam, telecamere digitali, ecc.). Ciò comprende casi in cui non sia possibile regolare i parametri fotografici o ottenere scatti in timeline o video. Utilizzando un approccio di Deep Learning, la caratterizzazione delle precipitazioni può essere ottenuta attraverso l'analisi degli aspetti percettivi che determinano se e come una fotografia rappresenti una condizione di pioggia. Il primo scenario di interesse per l'apprendimento supervisionato è una classificazione binaria; l'output binario (presenza o assenza di pioggia) consente la rilevazione della presenza di precipitazione: gli apparecchi fotografici fungono da rivelatori di pioggia. Analogamente, il secondo scenario di interesse è una classificazione multi-classe; l'output multi-classe descrive un intervallo di intensità delle precipitazioni quasi istantanee: le fotocamere fungono da misuratori di pioggia. Utilizzando tecniche di Transfer Learning con reti neurali convoluzionali, i modelli sviluppati sono stati compilati, addestrati, convalidati e testati. La preparazione dei classificatori ha incluso la preparazione di un set di dati adeguato con impostazioni verosimili e non vincolate: dati aperti, diversi dati di proprietà del National Research Institute for Earth Science and Disaster Prevention - NIED (telecamere dashboard in Giappone accoppiate con dati radar multiparametrici ad alta precisione) e attività sperimentali condotte nel simulatore di pioggia su larga scala del NIED. I risultati sono stati applicati a uno scenario reale, con la sperimentazione attraverso una telecamera di sorveglianza preesistente che utilizza la connettività 5G fornita da Telecom Italia S.p.A. nella città di Matera (Italia). L'analisi si è svolta su più livelli, fornendo una panoramica sulle questioni relative al paradigma del rischio di alluvione in ambito urbano e questioni territoriali specifiche inerenti al caso di studio. Queste ultime includono diversi aspetti del contesto, l'importante ruolo delle piogge dal guidare l'evoluzione millenaria della morfologia urbana alla determinazione delle criticità attuali, oltre ad alcune componenti di un prototipo Web per la comunicazione del rischio alluvionale su scala locale. I risultati ottenuti e l'implementazione del modello corroborano la possibilità che le tecnologie a basso costo e le capacità locali possano aiutare a caratterizzare la forzante pluviometrica a supporto dei sistemi di allerta precoce basati sull'identificazione di uno stato meteorologico significativo. Il modello binario ha raggiunto un'accuratezza e un F1-score di 85,28% e 0,86 per il set di test e di 83,35% e 0,82 per l'implementazione nel caso di studio. Il modello multi-classe ha raggiunto un'accuratezza media e F1-score medio (macro-average) di 77,71% e 0,73 per il classificatore a 6 vie e 78,05% e 0,81 per quello a 5 classi. Le prestazioni migliori sono state ottenute nelle classi relative a forti precipitazioni e assenza di pioggia, mentre le previsioni errate sono legate a precipitazioni meno estreme. Il metodo proposto richiede requisiti operativi limitati, può essere implementato facilmente e rapidamente in casi d'uso reali, sfruttando dispositivi preesistenti con un uso parsimonioso di risorse economiche e computazionali. La classificazione può essere eseguita su singole fotografie scattate in condizioni disparate da dispositivi di acquisizione di uso comune, ovvero da telecamere statiche o in movimento senza regolazione dei parametri. Questo approccio potrebbe essere particolarmente utile nelle aree urbane in cui i metodi di misurazione come i pluviometri incontrano difficoltà di installazione o limitazioni operative o in contesti in cui non sono disponibili dati di telerilevamento o radar. Il sistema non si adatta a scene che sono fuorvianti anche per la percezione visiva umana. I limiti attuali risiedono nelle approssimazioni intrinseche negli output. Per colmare le lacune evidenti e migliorare l'accuratezza della previsione dell'intensità di precipitazione, sarebbe possibile un'ulteriore raccolta di dati. Sviluppi futuri potrebbero riguardare l'integrazione con ulteriori esperimenti in campo e dati da crowdsourcing, per promuovere comunicazione, partecipazione e dialogo aumentando la resilienza attraverso consapevolezza pubblica e impegno civico in una concezione di comunità smart.

Despite significant efforts have been directed toward reducing waste generation and encouraging alternative waste management strategies, landfills still remain the main option for Municipal Solid Waste (MSW) disposal in many countries. Hence, landfills and related impacts on the surroundings are still current issues throughout the world. Actually, the major concerns are related to the potential emissions of leachate and landfill gas into the environment, that pose a threat to public health, surface and groundwater pollution, soil contamination and global warming effects. To ensure environmental protection and enhance landfill sustainability, modern sanitary landfills are equipped with several engineered systems with different functions. For instance, the installation of containment systems, such as bottom liner and multi-layers capping systems, is aimed at reducing leachate seepage and water infiltration into the landfill body as well as gas migration, while eventually mitigating methane emissions through the placement of active oxidation layers (biocovers). Leachate collection and removal systems are designed to minimize water head forming on the bottom section of the landfill and consequent seepages through the liner system. Finally, gas extraction and utilization systems, allow to recover energy from landfill gas while reducing explosion and fire risks associated with methane accumulation, even though much depends on gas collection efficiency achieved in the field (range: 60-90% Spokas et al., 2006; Huitric and Kong, 2006). Hence, impacts on the surrounding environment caused by the polluting substances released from the deposited waste through liquid and gas emissions can be potentially mitigated by a proper design of technical barriers and collection/extraction systems at the landfill site. Nevertheless, the long-term performance of containment systems to limit the landfill emissions is highly uncertain and is strongly dependent on site-specific conditions such as climate, vegetative covers, containment systems, leachate quality and applied stress. Furthermore, the design and operation of leachate collection and treatment systems, of landfill gas extraction and utilization projects, as well as the assessment of appropriate methane reduction strategies (biocovers), require reliable emission forecasts for the assessment of system feasibility and to ensure environmental compliance. To this end, landfill simulation models can represent an useful supporting tool for a better design of leachate/gas collection and treatment systems and can provide valuable information for the evaluation of best options for containment systems depending on their performances under the site-specific conditions. The capability in predicting future emissions levels at a landfill site can also be improved by combining simulation models with field observations at full-scale landfills and/or with experimental studies resembling landfill conditions. Indeed, this kind of data may allow to identify the main parameters and processes governing leachate and gas generation and can provide useful information for model refinement. In view of such need, the present research study was initially addressed to develop a new landfill screening model that, based on simplified mathematical and empirical equations, provides quantitative estimation of leachate and gas production over time, taking into account for site-specific conditions, waste properties and main landfill characteristics and processes. In order to evaluate the applicability of the developed model and the accuracy of emissions forecast, several simulations on four full-scale landfills, currently in operative management stage, were carried out. The results of these case studies showed a good correspondence of leachate estimations with monthly trend observed in the field and revealed that the reliability of model predictions is strongly influenced by the quality of input data. In particular, the initial waste moisture content and the waste compression index, which are usually data not available from a standard characterisation, were identified as the key unknown parameters affecting leachate production. Furthermore, the applicability of the model to closed landfills was evaluated by simulating different alternative capping systems and by comparing the results with those returned by the Hydrological Evaluation of Landfill Performance (HELP), which is the most worldwide used model for comparative analysis of composite liner systems. Despite the simplified approach of the developed model, simulated values of infiltration and leakage rates through the analysed cover systems were in line with those of HELP. However, it should be highlighted that the developed model provides an assessment of leachate and biogas production only from a quantitative point of view. The leachate and biogas composition was indeed not included in the forecast model, as strongly linked to the type of waste that makes the prediction in a screening phase poorly representative of what could be expected in the field. Hence, for a qualitative analysis of leachate and gas emissions over time, a laboratory methodology including different type of lab-scale tests was applied to a particular waste material. Specifically, the research was focused on mechanically biologically treated (MBT) wastes which, after the introduction of the European Landfill Directive 1999/31/EC (European Commission, 1999) that imposes member states to dispose of in landfills only wastes that have been preliminary subjected to treatment, are becoming the main flow waste landfilled in new Italian facilities. However, due to the relatively recent introduction of the MBT plants within the waste management system, very few data on leachate and gas emissions from MBT waste in landfills are available and, hence, the current knowledge mainly results from laboratory studies. Nevertheless, the assessment of the leaching characteristics of MBT materials and the evaluation of how the environmental conditions may affect the heavy metals mobility are still poorly investigated in literature. To gain deeper insight on the fundamental mechanisms governing the constituents release from MBT wastes, several leaching experiments were performed on MBT samples collected from an Italian MBT plant and the experimental results were modelled to obtain information on the long-term leachate emissions. Namely, a combination of experimental leaching tests were performed on fully-characterized MBT waste samples and the effect of different parameters, mainly pH and liquid to solid ratio (L/S,) on the compounds release was investigated by combining pH static-batch test, pH dependent tests and dynamic up-flow column percolation experiments. The obtained results showed that, even though MBT wastes were characterized by relatively high heavy metals content, only a limited amount was actually soluble and thus bioavailable. Furthermore, the information provided by the different tests highlighted the existence of a strong linear correlation between the release pattern of dissolved organic carbon (DOC) and several metals (Co, Cr, Cu, Ni, V, Zn), suggesting that complexation to DOC is the leaching controlling mechanism of these elements. Thus, combining the results of batch and up-flow column percolation tests, partition coefficients between DOC and metals concentration were derived. These data, coupled with a simplified screening model for DOC release, allowed to get a very good prediction of metal release during the experiments and may provide useful indications for the evaluation of long-term emissions from this type of waste in a landfill disposal scenario. In order to complete the study on the MBT waste environmental behaviour, gas emissions from MBT waste were examined by performing different anaerobic tests. The main purpose of this study was to evaluate the potential gas generation capacity of wastes and to assess possible implications on gas generation resulting from the different environmental conditions expected in the field. To this end, anaerobic batch tests were performed at a wide range of water contents (26-43 %w/w up to 75 %w/w on wet weight) and temperatures (from 20-25 °C up to 55 °C) in order to simulate different landfill management options (dry tomb or bioreactor landfills). In nearly all test conditions, a quite long lag-phase was observed (several months) due to the inhibition effects resulting from high concentrations of volatile fatty acids (VFAs) and ammonia that highlighted a poor stability degree of the analysed material. Furthermore, experimental results showed that the initial waste water content is the key factor limiting the anaerobic biological process. Indeed, when the waste moisture was lower than 32 %w/w the methanogenic microbial activity was completely inhibited. Overall, the obtained results indicated that the operative conditions drastically affect the gas generation from MBT waste, in terms of both gas yield and generation rate. This suggests that particular caution should be paid when using the results of lab-scale tests for the evaluation of long-term behaviour expected in the field, where the boundary conditions change continuously and vary significantly depending on the climate, the landfill operative management strategies in place (e.g. leachate recirculation, waste disposal methods), the hydraulic characteristics of buried waste, the presence and type of temporary and final cover systems.

Gli effetti negativi dovuti ai periodi di aridità che caratterizzano i Paesi del bacino del Mediterraneo (Rebetez et al. 2006) determinano nel suolo una ridotta disponibilità di acqua per le piante e quindi l’insorgenza inevitabile di una forma importante di stress abiotico (Nielsen et al., 1996). In particolare, nel bacino del Mediterraneo l'aridità ambientale viene ancor più accentuata da fattori climatici poiché, in corrispondenza del periodo estivo, alle scarse o assenti precipitazioni sono associate elevate temperature che si traducono in un aumento della domanda evapotraspirativa dell’atmosfera. Tali effetti sono più marcati nelle regioni semiaride del bacino del Mediterraneo e più in particolare nella regione sud-orientale della penisola iberica, nell'intero Mezzogiorno italiano, nella Sardegna, nella Corsica, nella Grecia e nella gran parte della Turchia meridionale e centrale. In questi ambienti l'aridità può avere serie conseguenze negative sul funzionamento e sull’efficienza degli ecosistemi, siano essi naturali o agrari. In un ecosistema naturale la pressione ambientale influenza molto la biodiversità, in quanto in tali condizioni solo le specie in grado di sviluppare strategie come la resistenza, l’evitanza o la tolleranza alla condizione di stress hanno maggiori possibilità di sopravvivere. In un agro-ecosistema, invece, i periodi di deficit idrico che si verificano all’interno del ciclo colturale rendono necessaria l’adozione di adeguate strategie di gestione delle risorse idriche in agricoltura. Le risposte delle piante allo stress idrico sono state ampiamente studiate, soprattutto a causa dei loro effetti inibitori sulla produttività degli ecosistemi naturali ed agricoli. Forse il fatto più importante è che uno dei primi processi influenzati dallo stress idrico è l’assorbimento di acqua nelle cellule al fine di favorire i processi di distensione delle pareti cellulari e quindi l’accrescimento dei tessuti vegetali (Salisbury, 1998). L'analisi della risposta della pianta alle condizioni di deficit idrico è di difficile interpretazione e la causa può essere imputata al comportamento caotico che si riscontra nei processi di scambio idrico che si verificano tra il suolo, la pianta e l’atmosfera (Baldocchi, 1994). La complessità caotica è dovuta, non soltanto al notevole numero di variabili che entrano in gioco, ma soprattutto ai fenomeni di autoregolazione interna che si verificano tra le diverse componenti del sistema stesso. In particolare, la pianta, in virtù della capacità di mettere in atto espedienti volti a resistere, evitare o tollerrare le condizioni di deficti idrico, non può essere considerata come un semplice elemento idraulico continuo che mette in connessione l’acqua presente nel suolo con il vapore acqueo contenuto nell’atmosfera. A tale scopo l’analisi del sistema continuo Suolo-Pianta-Atmosfera rappresenta l’approccio scientificamente più valido per la descrizione degli scambi idrici tra questi comparti. All’interno del sistema continuo SPA l’assorbimento di acqua da parte delle radici è influenzata dalla diffusione di questa nell’atmosfera, ma anche dalla velocità con cui l’acqua può muoversi dal suolo alle radici. Così la velocità di traspirazione dipende non solo dall’apertura stomatica e dai fattori atmosferici che influenzano la traspirazione, ma anche dalla velocità con cui l’acqua viene assimilata per via radicale. Al fine di semplificarne lo studio, le relazioni idriche esistenti tra i comparti del sistema SPA sono state interpretate anche sulla base di analogie con altri sistemi fisici, quale può essere un circuito elettrico e nel quale il movimento dell’acqua è governato da regole analoghe a quelle che regolano il flusso di corrente elettrica, come descritto dalla legge di Ohm. Gli avanzamenti tecnico-scientifici nella micrometeorologia, nella misura dei flussi traspirativi, nella spettrometria e nel monitoraggio dei contenuti idrici del suolo, permettono di poter studiare in dettaglio il comportamento dei singoli comparti del sistema SPA. Secondo un approccio olistico, le conoscenze acquisite sulle relazioni idriche tra i tre comparti del sistema SPA, possono essere integrate attraverso formulazioni matematiche, che sono pertanto offerte come strumento per rispondere ai due fondamentali interrogativi che sono alla base dell’irrigazione di precisione: Quando e quanto irrigare. A tale scopo i modelli integrati di bilancio agro-idrologico, forniscono consigli utilizzabili nell’applicazione funzionale dell’acqua irrigua, nel rispetto sia dei vincoli fisiologici legati alla sensibilità agli stress idrici della coltura, che di quelli imposti dalla natura fisica del suolo (D’Urso, 2009). Con riferimento al comparto “pianta” nel sistema SPA, particolare importanza riveste la risposta alle condizioni di deficit idrico. Nei modelli di simulazione agroidrologica, di solito tale risposta viene implementata nei processi di attingimento idrico da parte delle radici, importanti per l’ottenimento dei flussi traspirativi effettivi a partire da quelli potenziali. Lo studio di questi processi è di rilevante importanza soprattutto in ambienti dove gli apporti idrici non risultano ottimali e nei quali pertanto sussiste, per buona parte del ciclo fenologico colturale, una condizione di stress idrico. Nasce pertanto la necessità di verificare sperimentalmente la rispondenza delle funzioni di stress idrico in ambienti come quello Mediterraneo, nel quale la condizioni deficitarie di umidità del suolo perdurano nel corso del ciclo fenologico della coltura. Nel presente studio, dopo aver analizzato in dettaglio i comparti del sistema continuo Suolo-Pianta-Atmosfera, descritto analiticamente i processi di scambio idrico che si sviluppano all’interno di ciascun comparto e presentato le più innovative tecniche per il monitoraggio dello stato idrico, viene affrontata la tematica relativa alle funzioni di stres. Con riferimento alla coltura dell’olivo, viene in particolare approfondito l'effetto di diverse schematizzazioni della funzione di stress attraverso misure di campo legate allo stato idrico del suolo (contenuti idrici e potenziali matriciali) e della pianta (potenziali xilematici e flussi traspirativi). Viene inoltre verificata la possibilità applicativa a scala puntuale sia di un modello agroidrologico a fondamento fisico, SWAP (van Dam, 2000), che della procedura semplificata descritta nel quaderno FAO n. 56 (Allen, 1996). A tale scopo, viene eseguita la validazione degli stessi modelli mediante confronto misurato-simulato dei regimi di umidità del suolo, dei flussi evapotraspirativi, misurati con uno scintillometro, e di quelli traspirativi acquisiti direttamente sulla pianta con la tecnica sap-flow. Nella presente tesi è infine presentata una banca dati basata su osservazioni sperimentali di pieno campo inerenti la variabilità temporale dei principali parametri biofisici della coltura, che intervengono nella descrizione dei processi di scambio idrico nel sistema SPA.

Sebbene l’agricoltura irrigua sia ritenuta una delle principali fonti di sfrutta-mento di entrambi le risorse idriche ed energetiche, è’ ampiamente accettato che es-sa svolge un ruolo fondamentale per lo sviluppo socio-economico di molti paesi dell' area mediterranea. Data la sua importanza, in un contesto in cui le risorse idriche sono sempre più soggette a pressioni crescenti a causa delle diverse sfide globali (ad esempio, il cambiamento climatico, la crescita demografica e lo sviluppo eco-nomico), vi è urgente necessità di gestire in maniera sostenibile le risorse idriche destinate a scopi irrigui al fine di garantire elevate rese produttive. Tuttavia, le dinamiche complesse che si instaurano all’interno di un sistema di gestione idrica ad uso irriguo rendono la gestione sostenibile delle risorse idriche di difficile attuazione. Tali sistemi, infatti, sono caratterizzati da un elevata complessità dovuta al compor-tamento di numerosi attori da cui l’utilizzo di risorse naturali dipende e che influisce sulla dinamica del sistema stesso. Non basta, dunque, guardare solo agli aspetti quantitativi dell’utilizzo di risorse idriche (e.g., impatti ammbientali), ma, al fine di supportare la loro gestione sostenibile, è indispensabile anche un’attenta conoscen-za del sistema e della sua dinamica. Da qui deriva, la necessità di affrontare le prob-lematiche della gestione delle risorse idriche in maiera olistica mediante approcci in-tegrati e multidisciplinari. Tra gli emergenti approcci integrati e multidisciplinari, in ambito scientifico si è af-fermato recentemente il paradigma del nesso tra Acqua-Energia-Cibo, che si configu-ra come un adeguata metodologia capace di supportare la gestione sostenibile delle risorse idriche attraverso l’analisi dei complessi legami tra le risorse naturali inte-grando gli aspetti gestionali della risorsa su scala intersettoriale. Partendo da queste premesse, al fine di affrontare olisticamente le problematiche del-la gestione sostenibile delle risorse idriche ad uso irriguo, il seguente studio di ricer-ca propone una metodologia innovativa e integrata in grado di operazionalizzare il paradigma di Acqua-Energia-Cibo a scala locale. In particolare la metodologia im-plementata è in grado di valutare le multi-implicazioni dell'uso dell'acqua irrigua at-traverso l'identificazione dei principali fattori che influiscono sul prelievo e lo sfrutta-mento delle risorse idriche. Per cui, al fine di studiare le dinamiche che si instaurano in un sistema di gestione idrica ad uso irriguo, è stato implementato un modello concettuale attraverso l’utilizzo di diagrammi causa-effetto (i.e., Causal loop Dia-grams), considerando un caso di studio rappresentativo situato al Sud Italia nella re-gione Puglia. Tale analisi ha consentito la conoscenza e la definizione dei confini so-ciali ed ambientali del sistema considerato indispenzabile per la definizione degli in-dicatori di sostenibilità rappresentativi della dinamica del sistema. Dunque, tre indici di sostenibilità basati sul concetto di "impronta" sono stati definiti per quantificare l'implicazione multidimensionale della pratica irrigua. In primo luogo, l'Indice di “Im-pronta idrica ad uso irriguo” mira a valutare l'impatto dell'uso dell'acqua irrigua sulle risorse idriche disponibili di una determinata area. In secondo luogo, l'Indice di “Im-pronta Energetica per l’irrigazione” quantifica la quantità di energia consumata per i prelievi e il pompaggio dell'acqua rispetto ai ricavi unitari delle colture. Infine, l'Indice di “Impronta economica” permette la valutazione dei benefici economici della produzione agricola rispetto ai costi dell'acqua utilizzata per l'irrigazione. Tutti gli indi-ci sono stati espressi sia in forma aggregata che separata al fine di valutare gli impatti e i benefici legati all'uso di specifiche fonti idriche quali ad esempio superficiali e sot-terranee. Infine, l'integrazione degli approcci di cui sopra viene inoltre proposta come ele-mento innovativo del seguente lavoro di ricerca, per supportare la gestione sos-tenibile delle risorse idriche. Difatti, gli indici rappresentano uno strumento im-portante per valutare quantitativamente lo stato dello sfruttamento delle risorse, ma rivelano poco della dinamiche di un dato sistema irriguo, la cui conoscenza è indis-pensabile per valutare l’efficacia dell’implementazione di una data politica di sos-tenibilità. I risultati ottenuti consentono di trarre alcune conclusioni generali dettagliatamente spiegate nei seguenti capitoli di tesi. In primo luogo, la fitta rete di relazioni tra i di-versi attori decisionali coinvolti influenza fortemente la dinamica del sistema. In se-condo luogo, i comportamenti degli attori sono influenzati sia da fattori esterni (prez-zo di mercato del raccolto e disponibilità idrica) che da vincoli interni (ad esempio, tariffe idriche). Infine, l'efficacia a medio-lungo termine di una determinata politica è influenzata dalla dinamica del Sistema. Pertanto l’integrazione tra aspetti qualitativi della dinamica del sistema con gli aspetti quantitative di utilizzo di risorse idriche si è rivelata di fondamentale importanza per conoscere l'efficacia dell’implementazione di una plausibile politica di sostenibilità nel breve, medio-lungo termine.
Irrigated agriculture plays a vital role for socio-economic development of the Mediterranean area, although it is the largest exploiter of both water and energy re-sources. Given its importance, in a context in which water resources experience in-creasing pressure due to different global challenges (i.e., climate change, growth population and economic development among others), there is an urgent need of sustainable management of irrigation water resources. Nevertheless, it is extremely challenging, especially at the local scale, due to several complex and interconnected dynamics establishing in a given irrigation system. In such systems, multiple actors are indeed involved in decision-making processes, and the use of natural resources strongly depends on their behaviors affecting the dynamics of the system itself. As result, facing sustainable management of water resources issues through only a technical knowledge is not enough. Whereas, a careful knowledge of the system and its dynamics is essential for supporting a sustainable management of water re-sources. For the above reasons, integrated approach are needed for dealing with ho-listically water management issues. Among the recent integrated approaches devel-oped in scientific literature the Water-Energy-Food Nexus is surely an useful method-ology for supporting sustainable management of water resources by studying com-plex linkages among resources and integrating management and governance across sector and scale. In order to holistically evaluate sustainable resource management, this study proposes an innovative integrated methodology capable to operationalize the Water Energy Food Nexus (WEFN) at local level evaluating the multi-dimensional implications of irrigation use by identifying the main factors controlling the selection and exploitation of water sources. In detail, a model based on Causal Loop Diagrams (CLD) was implemented in a case study, used as reference, located in Southern Italy in order to get a deeper insight into a complex irrigation system. Moreover, three sustainability indices based on the “footprint” concept were defined in order to quan-tify the multidimensional implication of irrigation practice. Firstly, the Irrigation Water Footprint Index aims to evaluate the impacts of irrigation use on the available water resources of a given area. Secondly, the Energy Footprint for Irrigation Index quanti-fies the amount of energy consumed for water withdrawals and pumping, compared to the unit crop revenue. Finally, the Irrigation Water-Cost Footprint Index supports the evaluation of the economic benefits of agricultural production, compared with the costs of water for irrigation. All indices can be expressed both in an aggregated and disaggregated form to assess the impacts and benefits related to the use of specific water sources. Moreover, the integration of the aforementioned approaches is also proposed as the innovative element for supporting the sustainable management of water resources. Indeed, indices are important instrument to quantitatively evaluate the state of resources exploitation, but they reveal little of a given irrigation system dynamics, which are essential to quantify for identifying the effectiveness of a given sustainability policy. The obtained results reveal some general conclusions. As first finding, a dense network of relationships among different decisional actors involved strongly influence the dynamic of the system. Moreover, it is clear that actor behav-iors is affected by external drivers (i.e., crop market price and water availability) and internal constraints (e.g., water tariff). At the end, the mid-long time effectiveness of a given policy is affected by system dynamic.