Littérature scientifique sur le sujet « Modello di erosione »

Il caso della Sicilia Orientale può essere utilizzato per ragionare su un modello di lettura delle modalità con cui nell'ultimo quarantennio si sono verificate diverse crisi ecologiche e sul modo con cui si sono affermati molti processi di impoverimento ed erosione delle risorse. Il quadro che emerge è quello di un'area mediterranea in cui la crisi industriale degli anni Settanta del Novecento non ha prodotto un alleggerimento della pressione sull'ambiente locale, si sono solo modificate le modalità di sfruttamento. I principali processi che si sono realizzati, come la dismissione industriale, la crisi dell'agricoltura, la nascita dei nuovi poli commerciali e l'espansione urbana, hanno avuto uno stretto legame con le grandi trasformazioni globali e hanno partecipato alla produzione di una crisi ambientale. Il risultato semba essere un quadro in cui l'insieme delle attività umane è stato segnato dai processi di accumulazione per spoliazione e dall'estrazione di valore dalla biosfera.

Il Joint Research Center (JRC) utilizza il modello Revised Universal Soil Loss Equation (RUSLE) per stimare il potenziale di erosione idrica nell’UE, utilizzando i dati spaziali raccolti dallo European Soil Data Center (ESDAC). L’analisi di sensitività è uno strumento utilizzato per valutare la robustezza del modello e per definire le priorità dei fattori. Dipende dall’estensione dello spazio dei parametri analizzato e, in particolare per modelli non lineari e non additivi come RUSLE è preferibile utilizzare il metodo della varianza. Infatti, l’obiettivo dello studio era: (a) verificare la robustezza di RUSLE nello spazio dei parametri dell'UE, (b) definire i fattori più rilevanti su cui focalizzare l'attenzione (valutazione delle politiche), (c) valutare l'interazione tra questi fattori e (d) aggiornare le mappe dei fattori RUSLE sul territorio dell’UE. I dati spaziali forniti da ESDAC per ciascun fattore RUSLE sono stati analizzati per definire la loro distribuzione di probabilità. Successivamente, lo spazio dei parametri è stato campionato nella sua interezza ed eseguito sull'intero dataset del modello. Infine, è stato utilizzato l'output del modello per: (a) tracciare il comportamento del modello in base ai cambiamenti nei singoli fattori, (b) calcolare l'indice di sensibilità della varianza al primo ordine, (c) calcolare l'ordine di sensibilità della varianza totale e (d) analizzare le interazioni rilevanti tra fattori. I risultati mostrano che il fattore di gestione della copertura C ha la maggiore influenza sulle stime dell'erosione, seguite dal fattore di erosività delle precipitazioni R e il fattore aggiornato di erodibilità del suolo Kst, che rappresentano rispettivamente ~ 0,60, ~ 0,17 e ~ 0,04 della varianza delle stime di erosione. L'analisi degli effetti totali mostra che R, Kst, fattore topografico LS e C interagiscono tutti tra loro. Il fattore delle pratiche antierosive P sembra poco rilevante sulla scala dell’UE.

L’oggetto di questa tesi è stato lo studio della mineralogia dei sedimenti fluviali ed eolici attuali generati dall’erosione della catena Himalayana, con lo scopo di definire con precisione le segnature composizionali dei diversi domini tettono-stratigrafici dell’orogene. All’approccio basato sulla identificazione e quantificazione delle associazioni di minerali pesanti (densità > 2.90 g/cm3), sono stati affiancate diverse tecniche analitiche complementari, che comprendono la petrografia e la geochimica del sedimento totale, lo studio di dettaglio al microscopio elettronico a scansione e allo spettroscopio Raman delle caratteristiche minerochimiche dei quattro principali gruppi di minerali pesanti che caratterizzano i sedimenti himalayani e orogenici in generale (anfiboli, epidoti, granati, e pirosseni), l’ analisi dei rapporti isotopici di samario e neodimio scolta in collaborazione con Peter Clift presso l’ Istituto Oceanigrafico Woods Hole, oltre all’ analisi geocronologica su zirconi detritici svolta in collaborazione con Pieter Vermeesch presso l’Università di Londra (UCL) affiancata anche da dati analoghi su rutilo, monazite, e titanite ottenuti con la collaborazione di Xiumian Hu e Ronghua Guo presso l’ Università di Nanjing. Le principali aree di studio hanno compreso il Deserto di Thal nel Pakistan centro-settentrionale e gli affluenti del Fiume Indo nel suo corso di montagna dal Ladakh fino al Punjab e gli affluenti principali del Fiume Yarlung (il nome tibetano del Brahmaputra) in Tibet meridionale. Sono stati studiati anche campioni di arenarie Cenozoiche provenienti sia dalle Alpi Occidentali che dal Tibet meridionale. I risultati presentati in questa tesi sono stati pubblicati a primo nome in un volume speciale della rivista internazionale Minerals, sono stati sottomessi nel mese di Settembre e sempre a primo nome a Sedimentary Geology, o sono in preparazione per una prossima sottomissione ad altra prestigiosa rivista internazionale.
Sediments and sedimentary rocks can be considered as geological archives that faithfully reflect their provenance information if the bias introduced by physical and chemical processes during transport and deposition can be properly recognized and corrected for. The sediment provenance analysis both in modern and ancient settings is crucial to trace the sediment sources, reconstruct paleoclimate and paleoenvironment, and interpret the evolution of the Earth’s surface. Modern sediments, unaffected by diagenesis and eroded, tansported and deposited under climatic conditions that are fully known, can provide valuable information on the interactions among the different controlling factors that govern source-to-sink systems. Rivers draining the Himalayan orogen provide the good opportunity to trace the source fingerprinting that is documented in modern fluvial and eolian sand and how these signatures reflect the erosion patterns of the modern and paleo-river systems. A multidisciplinary approach based on petrography, minerology, geochemistry and geochronology is emphasized in this research, in order to obtain a comprehensive provenance information. Our research area focused on the modern sands from two river system: Yarlung River and Indus River. In the Yarlung River system, the Nian River was chosen to investigate the petrographic, mineralogical and chronological signature of sediments from Tethys Himalaya, Greater Himalaya, Kangmar gneiss dome and Transhimalayan ophiolitic suture. Different tectonic domains are characterized by distinct heavy mineral assemblages, e.g., the first-cycle sillimanite and garnet in Greater Himalaya, and clinopyroxene, olivine and enstatite in the forearc ophiolites. Sand carried by the Nian River and its major tributaries, mainly reflects Tethys Himalayan characteristics, consistent with the geochronological results. Erosion rates were also evaluated and circumscribed in the middle Yarlung River catchment. The average erosion rate in the Nianchu catchment is estimated at 0.07-0.10 mm/a, twice as that in the middle Yarlung and Lhasa River catchments, which is principally ascribed to the high erodibility of Tethys Himalayan strata. In the Indus River system, minerochemical analysis of amphibole, garnet, epidote and pyroxene grains, and geochronological analysis of detrital zircons, associated with analysis on petrography, bulk-sediment geochemistry and isotopic geochemistry, in aolian sand from Thal Desert and fluvial sand in selected tributaries draining one specific tectonic domain in the upper Indus catchment, were carried out to discriminate compositional signatures, decipher the provenance information, and trace the erosional evolution of the western Himalaya syntaxis. The compositional fingerprints of Thal Desert sand are characterized by litho-feldspatho-quartzose to quartzo-feldspatho-lithic detrital modes and very rich amphibole-dominated heavy-mineral assemblages. The high heavy mineral concentration, less negative εNd, abundant zircon ages at 40-100 Ma, and specific mineral varietal fingerprints, consistently reflect that the Kohistan arc has acted as the main sediment source. Karakorum appears to contribute less while Himalaya shows higher influence on the Thal Desert sands than modern river sands from the Indus. As a Quaternary repository of wind-reworked Indus River sand at the entry point in the Himalayan foreland basin, Thal Desert sands document higher erosion rates than today in the glaciated areas formed largely by batholites granitoids of the Asian active margin. The close compositional and chronological connection between the Thal Desert and the ancient Indus Delta and Fan deposits, shed new light on the reconstructing of paleodrainage and the understanding of relationship between climatic and tectonic forcing that controlled the erosional evolution of the western Himalayan-Karakorum orogen.

In campo motoristico, negli ultimi anni, la ricerca si è orientata allo studio approfondito dell'efficienza di combustione, individuandone in primo luogo i principali aspetti limitanti. Primo tra tutti la detonazione che, essendo dannosa per i componenti del motore (e in particolare quelli della camera di combustione), è adesso al centro di molti studi. L'obiettivo è di conoscerla a fondo in modo da poterne arginare gli effetti. Questa tesi si colloca in un ampio progetto volto a perseguire tale risultato. Infatti, lo studio del danno che viene indotto sui componenti della camera di combustione (i pistoni in particolare), della sua morfologia, della localizzazione prevalente e i principali parametri ai quali esso risulta correlabile, fanno parte dell'attività sperimentale esposta in questo lavoro. Essa si concentra inoltre sul degrado termico della lega dei pistoni a seguito di prove a banco sul motore, che si pongono l'obiettivo di provocare elevati livelli di detonazione e su eventuali benefici che derivano dal poterne accettare episodi di entità incipiente. A tale proposito, viene esposto e validato un modello di temperatura dei gas di scarico Real Time, tramite il quale è possibile calcolare la temperatura di essi una volta noto il punto motore.

Il lavoro di tesi sviluppato nell’ambito del dottorato si pone come obiettivo generale quello di generare un flusso di lavoro che consenta l’impiego della fotogrammetria aerea da drone, per la quantificazione dei tassi di erosione, utilizzando differenti parametri per ottenere modelli digitali del terreno con elevata accuratezza. Per raggiungere tale scopo è stata messa a punto una tecnica fotogrammetrica che tiene conto di alcune variabili da utilizzare in fase di acquisizione ed elaborazione dei dati. Successivamente, per applicare e validare tale tecnica, sono state selezionate tre aree test su cui effettuare le misure. Il lavoro di tesi è suddiviso in due parti: A e B. La parte A tratta i concetti base dell’erosione, della fotogrammetria e le metodologie più utilizzate, e si sviluppa su tre capitoli: • capitolo 1: fornisce una disamina generale sull’erosione del suolo, così come sulle misure e sui modelli maggiormente utilizzati per poter stimare tale fenomeno; • capitolo 2: si sofferma sui principali metodi di interpolazione e sul calcolo dell’accuratezza di un modello, dopo un excursus sui diversi tipi di modelli digitali che vengono utilizzati per la rappresentazione del territorio; • capitolo 3: riporta i principi della fotogrammetria, le caratteristiche delle immagini e gli strumenti di acquisizione, le camere digitali, oltre alla storia e alle origini della fotogrammetria. Infine vengono descritti innovativi sistemi di acquisizione aerea di prossimità che, grazie ai molteplici vantaggi che offrono, si stanno diffondendo molto rapidamente nell’ambito dei rilievi topografici. Nella parte B, relativa alla parte sperimentale, viene riportata la ricerca effettuata con le relative applicazioni, in particolare: • capitolo 4: descrive i risultati ottenuti, dopo la descrizione dei parametri utilizzati per lo sviluppo della tecnica fotogrammetrica; • capitolo 5: descrive le tre aree test selezionate, l’applicazione della tecnica fotogrammetrica sviluppata ed i relativi risultati ottenuti.
The present work aims at creating a work protocol that allows the use of aerial drone photogrammetry for the assessment of erosion rates, by using different parameters to obtain digital terrain models with a high accuracy. To achieve this purpose, a photogrammetric technique based on some variables to be used in the phases of data acquisition (flight altitude, camera and type of acquisition: photos and videos) and processing (four different interpolation methods), was developed. Three areas were selected for measurements to test and validate this technique. The thesis is divided into two parts: A and B. Part A reports the basic theories and aspects of soil erosion, the photogrammetry and the most used methodologies to evaluate soil erosion. This part is divided into three chapters: • chapter 1: is focused on the general concepts about soil erosion, as well as on the most used measures and models to estimate this phenomenon; • chapter 2: is focused on the illustration of different types of digital models used for the terrain representation, main interpolation methods and the calculation of the model accuracy; • chapter 3: is focused on the drone photogrammetry, with special reference to photogrammetry theory, image characteristics and acquisition tools, digital cameras, as well as the origins of photogrammetry. Finally, innovative aerial proximity acquisition systems are described. Part B includes the experimental design, in particular: • chapter 4: focuses on the development of the photogrammetric procedure for the realization of high-precision digital terrain models, and includes the description of the parameters used for the development of the photogrammetric technique and related results; • chapter 5: reports characteristics of the three selected test areas, the application of the photogrammetric technique and related results obtained; • chapter 6: the conclusions of the PhD work are reported

Le trasformazioni ambientali indotte dall' uomo, hanno causato in molte parti del mondo un significativo incremento dei processi geomorfologici e della conseguente produzione di sedimenti. Le regioni del Mediterraneo sono particolarmente interessate dal fenomeno erosivo, essendo caratterizzate da lunghi periodi con assenza di precipitazione seguiti da eventi intensi in presenza di versanti acclivi, costituiti spesso da suoli erodibili. L'erosione ed il deposito di sedimenti hanno conseguenze sia in loco sia a valle. Gli effetti indotti in loco sono particolarmente importanti nelle aree coltivate, in cui la redistribuzione delle particelle di suolo eroso all'interno di un appezzamento di terreno, la perdita di suolo, la rottura degli aggregati, la riduzione di sostanza organica e dei nutrienti provocano una diminuzione della fertilita' e della produttivita' del suolo stesso che puo' causare la riduzione dell' attivita' agricola, l'aumento dell'uso di fertilizzanti e infine l'abbandono del terreno. I problemi che si manifestano a valle, sono relativi alla deposizione di sedimenti nella parte valliva del corso di acqua riducendo la sua capacita' di trasporto idrico, accentuandone i rischi di esondazione e riducendo la capacita' di invaso dei serbatoi artificiali. La progettazione di interventi nel bacino idrografico di alimentazione finalizzata al controllo dello interrimento nei serbatoi puo' essere supportata dall'utilizzo di modelli di previsione dell'erosione a scala di bacino. Tra i modelli di previsione utilizzati a livello internazionale, il modello SWAT (Soil and Water Assessment Tool) e' quello attualmente tra i piu' utilizzati nel mondo. Il presente lavoro e' stato finalizzato alla caratterizzazione del bacino di alimentazione del serbatoio Ragoleto, ad analizzare l'andamento temporale dei deflussi mensili e del processo di interrimento dell'invaso nonche' a trarre indicazioni in merito alla applicabilita' e validita' del modello SWAT per la previsione del deflusso superficiale e dell'interrimento in ambiente Mediterraneo. I volumi defluiti mensilmente dal serbatoio Ragoleto, dal 1963 al 2008, sono stati valutati mediante l'applicazione dell'equazione di bilancio. I dati di interrimento osservati nel bacino Ragoleto sono stati ricavati dai rilievi batimetrici eseguiti dal 1963 al 2009 con diverse tecnologie. Il modello SWAT e' stato applicato al bacino di alimentazione del serbatoio Ragoleto per stimare i deflussi a scala mensile ed annua (dal 1980 al 2008), nonche' i volumi di sedimento cumulati nel tempo (dal 1963 al 2008). La performance del modello e' stata valutata tramite parametri statistici di sintesi e di differenza (relativi a scarti ed errori) applicati al periodo di calibrazione e validazione scelti. Il modello e' riuscito a stimare i volumi di deflusso annuo sia nel periodo di calibrazione che validazione a scala annua e mensile in maniera soddisfacente senza modificare i valori di CN suggeriti dal modello. Si evidenzia comunque una sottostima degli eventi piu' significativi (> 50 mm), che e', almeno in parte, legata alla natura deterministica che caratterizza anche i modelli fisicamente basati. La media dell'interrimento simulato nell'intero periodo e' risultata pari a 67.000 t, ovvero inferiore di circa il 7 % del valore osservato (pari a 72 .000 t) con valori soddisfacenti del coefficiente di efficienza, utilizzando il valore di default per il fattore colturale della Universal Soil Loss Equation. I volumi di interrimento medi annui sono risultati sottostimati dal 1980 al 2005 (fino a 64% su un periodo di 16 anni) e sovrastimati nel restante periodo (fino a 113% su un periodo di circa 2 anni). Il diverso comportamento del modello per il periodo 1980-1990 e i seguenti potrebbe essere attribuito, almeno in parte, ai cambiamenti di uso del suolo che si sono verificati nel bacino. I risultati complessivamente conseguiti consentono di affermare che il modello SWAT puo' essere utilizzato per la stima del deflusso e del volume di interrimento nel serbatoio Ragoleto. Per verificare l'esportabilita' del modello sarebbe auspicabile una valutazione in altri serbatoi siciliani con caratteristiche simili.
Human-induced environmental change at a global scale is causing a spectacular increase of geomorphic process activity and sediment fluxes in many parts of the world. The Mediterranean region is particularly susceptible to erosion. This is because it is subject to long dry periods followed by heavy bursts of erosive rainfall, falling on steep slopes with fragile soils, resulting in considerable amounts of soil erosion. The consequences of soil erosion and sediment deposition occur both on- and off-site. On-site effects are particularly important on agricultural land where the redistribution of soil within a field, the loss of soil from a field, the breakdown of soil structure and the decline in organic matter and nutrients result in a reduction of cultivable soil depth and a decline in soil fertility. The net effect is a loss of productivity, which at first, restricts what can be grown and results in increased expenditure on fertilizers, but later may lead to land abandonment. Off-site problems result from sedimentation downstream, which reduces the capacity of rivers and retention ponds, enhances the risk of flooding and muddy floods and shortens the design life of reservoirs. Projects to control the sedimentation in reservoirs can be supported by erosion prediction models applied to the contributing watershed. SWAT actually is one of the most used erosion prediction model in the world. The work aims to characterize the hydrological response of the Ragoleto reservoir contributing watershed, to analyze monthly runoff and reservoir sedimentation, and to verify the applicability of SWAT model in order to simulate runoff and reservoir sedimentation in Mediterranean areas. Monthly runoff data to the Ragoleto reservoir, from 1963 to 2008, were evaluated by using the balance equation. Reservoir sedimentation data were evaluated by using bathymetric surveys, carried out from 1963 to 2009. The SWAT model was applied to the Ragoleto reservoir contributing watershed in order to simulate annual and monthly runoff volumes (from 1980 to 2008) and cumulated sediment values (from 1963 to 2008). The performance of the model was evaluated by qualitative and quantitative approaches applied to the calibration and validation periods. The simulation of annual and monthly runoff volumes was satisfactory for both calibration and validation periods using the CN default values. The underestimation found for the most significant events (> 50 mm) can be at least in part due to the deterministic nature that characterized also physically based models. The simulated reservoir sedimentation during the whole period of simulation resulted equal to 67.000 t, 7% smaller than the observed value (equal to 72.000 t), by using the default C factor of the Universal Soil Loss Equation. The mean annual sedimentation values resulted underestimated from 1980 to 2005 (up to 64% in 16 years) and overestimated in the rest of the period (up to 113% in two years). The different model behavior between the period 1980-1990 and the following could be at least in part due to the land use changes. The overall results so far achieved encourage the efforts aiming to support the transferability of SWAT model in Mediterranean environment as a practical tool in approaching reservoir sedimentation problems.