Дисертації: "GEOFISICA APPLICATA E IDRAULICA"

1

TINIVELLA, UMBERTA. "L'IMMAGINE SISMICA NELLE STRUTTURE CROSTALI DELLA PROVINCIA GEOTERMICA TOSCANA E LE PROPRIETA' PETROFISICHE DELLE ROCCE." Doctoral thesis, Università degli studi di Trieste, 2006. http://thesis2.sba.units.it/store/handle/item/12182.

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2004/2005
La tesi della dottoranda Umberta Tinivella ha avuto come obiettivo principale lo studio delle relazioni tra i dati sismici a riflessione e la caratterizzazione delle proprietà petrofisiche delle rocce e dei fluidi intrappolati all'interno dello spazio poroso, con particolare riguardo al regime della pressione dei pori. Per questo motivo, sono state utilizzate metodologie di analisi dei dati non standard, quali l'Amplitude Versus Offset (AVO) e l'analisi dei common image gathers (CIO) per determinare il campo di velocità delle onde P e S. Per quest'ultimo punto, sono state utilizzate migrazioni pre-stack in tempo e in profondità. Inoltre, sono stati considerati modelli teorici per meglio interpretare i risultati ottenuti. Tale procedura è stata applicata a· tre linee sismiche a riflessione, acquisite all'interno del progetto CROP (CROP 18A, 18B e 03) e localizzate in Toscana, per caratterizzare le proprietà delle rocce all'interno del campo geotermico presente nell'area, e in particolare il principale marker dell'area e cioè l'orizzonte K. L'elaborato della candidata si concentra principalmente sulla descrizione delle tecniche non convenzionali utilizzate per la caratterizzazione petrofisica, quali l'AVO, la teoria di Biot che descrive la relazione tra le velocità di propagazione delle onde sismiche P .e S e il regime anomalo della pressione dei pori, e la descrizione dell'anisotropia. Quest'ultimo punto è stato necessario in quanto l'analisi dei campi di velocità delle diverse linee hanno evidenziato una anisotropia nella crosta inferiore. Per quanto riguarda l'AVO, generalmente utilizzato per caratterizzare la fase fluida, è stato eseguito uno studio per meglio rappresentare e interpretare i risultati, cioè le sezioni di riflettività. In particolare, i cross-plot sono stati molto utili per identificare i canali preferenziali di risalita di magmi e fluidi dalla crosta profonda, mentre i rapporti tra le riflettività sono stati utilizzati per meglio interpretare le sezioni sismiche. Inoltre, i risultati AVO sono stati utili per comprendere la natura delle principali riflessioni. Infatti, grazie a questo tipo di analisi è possibile associare le riflessioni o a contrasti litologici o a variazioni nel contenuto di fluidi nei pori. Con il presente studio è stato quindi possibile integrare risultati di analisi diverse dei dati sismici a riflessione, quali le migrazioni, le analisi di velocità, le sezioni con la riflettività, i modelli teorici delle velocità in funzione della pressione dei pori e le analisi sui dati di pozzo. Si è ottenuto un modello finale coerente dell'area investigata all'interno della Provincia Geotermica Toscana. La dottoranda ha partecipato a numerosi incontri e workshops organizzati presso l'Università di Siena da parte del coordinatore e delle unità operative del progetto COFIN2000-Relazione fra struttura della crosta continentale e risorse geotermiche nella Toscana Meridionale ed ha avuto modo di seguire l'acquisizione e il controllo di qualità di rilievi sismici 3D nell'area di Larderello, eseguiti dalla DGS per conto dell'ENEL-Green Power. Parte dei risultati ottenuti sono stati presentati a congressi nazionali e internazionali. Di seguito sono riportati i dettagli degli abstracts del gruppo che ha lavorato su questi argomenti. L'asterisco indica che il lavoro è stato presentato dalla dottoranda.
XVIII Ciclo
1967
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2

SALON, STEFANO. "TURBULENT MIXING IN THE GULF OF TRIESTE UNDER CRITICAL CONDITIONS." Doctoral thesis, Università degli studi di Trieste, 2004. http://thesis2.sba.units.it/store/handle/item/12390.

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2002/2003
La tesi è parte integrante di un progetto di ricerca indirizzato allo studio delle caratteristiche del mescolamento turbolento nel Golfo di Trieste in condizioni critiche, ovvero quando le forzanti agenti sulla colonna d'acqua sono costituite da: corrente di marea, effetto della rotazione terrestre e presenza di una stratificazione stabile verticale dovuta a flussi di calore forniti alla superficie libera. Tali condizioni critiche si possono verificare sia in inverno, quando il flusso è forzato solamente dalla corrente di marea e dalla rotazione, sia durante l'estate, quando il contributo della stratificazione risulta essere determinante. Il caso invernale rappresenta l'oggetto della tesi. Poiché il numero di Reynolds oceanografico associato al problema è troppo elevato per poter essere affrontato dalle tecniche numeriche oggi disponibili, l'esperimento viene scalato ad un valore Re = 1.6 x 106 , un ordine di grandezza inferiore rispetto a quello reale. Il sistema viene tuttavia mantenuto in regime turbolento e vengono preservati i parametri fisici caratterizzanti il caso reale (il numero di Keulegan-Carpenter ed il numero di Rossby). Le equazioni filtrate che descrivono il flusso turbolento oscillante-rotante sono risolte mediante resolved large-eddy simulation (LES), parametrizzando le scale di sottogriglia con un modello di tipo dinamico misto. A causa degli elevati sforzi computazionali richiesti per tale studio, il codice adottato è stato totalmente riscritto mediante un paradigma di programmazione parallela. Il primo capitolo della tesi presenta un'introduzione generale che descrive il Golfo di Trieste e le forzanti agenti, il secondo capitolo è dedicato all'inquadramento del problema ed al modello matematico adottato, il terzo capitolo descrive l'implementazione in ambiente parallelo ed i test di validazione. Di seguito vengono discussi i risultati: nel quarto capitolo viene analizzato il flusso puramente oscillante, mentre nel quinto sono descritti gli effetti dovuti alla rotazione del sistema di riferimento. Il sesto capitolo presenta le conclusioni principali. Occorre sottolineare che la simulazione dello strato limite turbolento di Stokes qui descritta rappresenta il primo studio numerico che analizza in dettaglio il campo turbolento di un flusso puramente oscillante ad un numero di Reynolds per il quale la maggiorparte del ciclo di oscillazione è caratterizzata dalla presenza di turbolenza pienamente sviluppata. I risultati sono in buon accordo con le misure sperimentali ed ampliano quanto trovato a tal proposito negli studi presenti in letteratura. Il flusso oscillante-rotante turbolento, secondo caso studiato, per quanto ne sappiamo non è stato finora affrontato da un punto di vista numerico. La rotazione del sistema di riferimento induce un duplice effetto destabilizzante/stabilizzante sul flusso, dipendente dalla direzione della corrente forzante. Tale effetto è stato descritto sia da studi teorici che da lavori precedenti riguardanti lo strato di Ekman stazionario non stratificato. Inoltre, dall'analisi dei nostri risultati si evince come la turbolenza si sviluppi con un carattere fortemente anisotropico. I risultati della presente dissertazione mostrano che: i processi di mescolamento nel Golfo di Trieste in condizioni critiche durante la stagione invernale appaiono caratterizzati da un'intensa attività turbolenta durante le fasi centrali di entrambi i semiperiodi di oscillazione della componente di marea M2, ed interessano più della metà della colonna d'acqua. I livelli di turbolenza tipici del secondo semiperiodo (corrente mareale che fluisce da NE a SW) risultano essere considerevolmente più marcati rispetto al primo, e si osserva attività turbolenta fin quasi alla superficie libera. Il ruolo giocato dalla rotazione risulta essere di fondamentale importanza nell'incremento del mescolamento orizzontale e verticale lungo l'intero ciclo di oscillazione. A differenza del caso puramente oscillante, le tre componenti fluttuanti sono mutualmente correlate fra di loro, e le intensità turbolente contribuiscono ad intensificare il mescolamento anche vicino alla superficie libera. Dal punto di vista metodologico, il presente lavoro ha dimostrato come una resolved LES può fornire risultati accurati anche nello studio di strati limite non stazionari. Inoltre, grazie alla capacità del modello dinamico-misto scelto di adeguarsi alle caratteristiche locali ed istantanee del campo di flusso, esso si è dimostrato essere uno strumento adatto alla simulazione di strati limite di Stokes sia in sistemi di riferimento fissi che rotanti.
The present dissertation is part of a research project aimed at investigate the characteristics of the turbulent mixing in the Gulf of Trieste under critical conditions, namely when the forcings acting on the water column are: the tidal current, the effect of the Earth rotation and the presence of a vertical stable stratification due to heat fluxes supplied at the free surface. Critical conditions can occur both in winter, when only tidal current and rotation influence the flow, and in summer, when also the effect of stratification plays a very important role. The former case is the object of the thesis. Since the Reynolds number of the oceanographic system is too high to be studied by means of the present numerical techniques, the numerical experiment is carried aut at Re = 1.6 x 106 , one arder of magnitude smaller than the effective one, still considering the flow in a turbulent regime and keeping constant the physical parameters characterizing the actual flow, i.e. the Keulegan-Carpenter and the Rossby numbers. The filtered governing equations describing the oscillating, rotating turbulent flow are solved by means of resolved large-eddy simulation (LES), modeling the subgrid-scale stresses through a dynamic-mixed model. Due to the burdensome computational efforts required far such study, the code adopted is implemented in a parallel framework. The work is organized as follows: the first chapter presents a general introduction describing the Gulf of Trieste and the forcings, chapter 2 is devoted to the formulation of the problem and the mathematical model adopted, chapter 3 describes the parallel implementation together with validation tests. The results are presented in two different chapters: the purely oscillating flow is given in chapter 4, whereas the rotating-oscillating one is discussed in chapter 5. Finally, conclusions are given in chapter 6. It has to be remarked that the present simulation of the Stokes boundary layer represents the first numerical study that investigates the details of the turbulent field in a purely oscillating flow at a Reynolds number such that most of the cycle of oscillation is characterized by the presence of fully developed turbulence. Our results are in good agreement with the experimental observations and corroborate the findings of the relevant experimental studies. Moreover, to the best of our knowledge, the turbulent rotating-oscillating flow has been never investigated. The rotation of the reference frame induces a destabilizing effect on the flow, depending on the forcing current direction, which agrees with theory an d precedent studi es regarding the turbulent neutral steady Ekman layer. Furthermore, a highly anisotropie character of turbulence can be drawn from our simulations. The results of the present dissertation show that: mixing processes in the Gulf of Trieste under critical conditions during the winter season are characterized by an intense turbulent activity during the central phases of both the half-periods of oscillation of the M2 tide, along more than half the water column. Levels of turbulence peculiar of the second half-period (tidal current flowing from NEto SW) appear remarkably stronger than those of the first, and the vertical extension where turbulent activity can be observed results increased. The role played by rotation is of fundamental importance in the enhancement of horizontal and vertical mixing throughout the whole tidal cycle of oscillation. Unlike the purely oscillating case, the three fluctuating components are mutually correlated, and turbulent intensities contribute to intensify mixing also near the surface. From the numerical point of view, the present dissertation has also shown t ha t a resolved LES gives accurate results in the case of unsteady boundary layers. Moreover, the dynamic-mixed model adopted appears to be a robust tool for simulating both the Stokes boundary layer, since it is able to adjust to the local and instantaneous characteristics of the flow field, and its rotating counterpart.
XVI Ciclo
1972
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3

BOLZON, GIORGIO. "ANALISI TRIDIMENSIONALE DI FLUSSI PULSANTI ATTRAVERSO ORIFIZI FISSI E MOBILI CON APPLICAZIONI ALLE VALVOLE CARDIACHE." Doctoral thesis, Università degli studi di Trieste, 2004. http://thesis2.sba.units.it/store/handle/item/12389.

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2002/2003
Il presente lavoro di tesi si colloca all'interno di un ampio progetto di collaborazione fra le discipline medico-chirurgiche ed il mondo tecnico-scientifico ed ha la finalità di contribuire per mezzo dell'approccio computazionale alla comprensione dei complessi fenomeni fluidinamici inerenti l'attività cardiaca, tutt'oggi poco chiari. L'obbiettivo di questo lavoro è lo studio dei campi di moto intorno ed immediatamente a valle delle valvole cardiache, data la loro enorme rilevanza clinica, realizzando l'analisi numerica ad alta risoluzione di getti pulsanti attraverso orifizi. Data la complessità del problema di simulare un getto attraverso una valvola mobile, all'interno di un condotto con pareti anch'esse mobili, si è proceduto con lo studio di situazioni semplificate per affrontare in maniera graduale problemi con complessità crescente. Il primo capitolo è dedicato alla descrizione in dettaglio delle caratteristiche del simulatore di flusso commerciale Carnet e dell'algoritmo risolutivo in esso implementato: il modello matematico per le equazioni, la discretizzazione, il metodo ai Volumi Finiti, le proprietà della griglia di calcolo e le particolari procedure utilizzate. Il secondo capitolo è uno studio teorico sulle proprietà dei getti non stazionari, finalizzato all'analisi del primo stadio dello sviluppo della scia tridimensionale a valle di un orifizio. Si considera un modello di valvola molto semplificato, consistente in un diaframma disposto all'interno di un condotto cilindrico ortogonalmente al moto in cui è praticato un orifizio circolare; il campo di moto è analizzato sia in condizione di simmetria assiale che di eccentricità, al fine di rendere il moto più conforme alle condizioni fisiologiche. I risultati, analizzati in termini di velocità e di vorticità, mostrano come una piccola eccentricità sia in grado di generare una struttura vorticosa tridimensionale, che presenta durante la fase di decelerazione caratteristiche inaspettate e particolarmente interessanti per lo studio di alcuni fenomeni come il flusso sanguigno in prossimità del seno di Valsalva. Si procede in seguito a una specifica modellazione di valvola mitrale, definendo un realistico modello di valvola a due lembi e dando una formulazione matematica sia per la complessa geometria tridimensionale della valvola, sia per la legge oraria del moto dei lembi. Per distinguere nel flusso intraventricolare gli effetti sul moto dovuti alla forma valvolare da quelli del movimento, si esamina dapprima il caso di valvola realistica ferma ad un determinato grado di apertura (capitolo 3) e successivamente quello di valvola mobile (capitolo 4), in cui i due effetti sono combinati. Il capitolo 3 riporta una approfondita analisi della griglia di calcolo, adeguata alla particolare geometria del dominio e analizza la spiccata tridimensionalità del campo di moto che, anche nel caso simmetrico, risulta molto influenzato dalla forma dell'orifizio. Il capitolo 4 infine, mostra come la scia vorticosa nel caso di valvola mobile assuma sostanziali differenze rispetto a modelli che ne trascurano il movimento, dimostrando come una corretta modellazione valvolare sia fondamentale nella comprensione e interpretazione di misure cliniche, in particolare dei rilievi ecografici.
XVI Ciclo
1973
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4

ACCAINO, FLAVIO. "MODELLIZZAZIONE DI DATI SISMICI A RIFLESSIONE, RIFRAZIONE E TERRA-MARE PER L'ANALISI DEL RISCHIO VULCANICO E SISMICO NELLA SICILIA ORIENTALE." Doctoral thesis, Università degli studi di Trieste, 1998. http://thesis2.sba.units.it/store/handle/item/13010.

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5

CASTELLARIN, MAURO. "ANALISI DI PROCESSI DI DISPERSIONE LAGRANGIANO ED EULERIANO DI PARTICELLE IN FLUSSI TURBOLENTI." Doctoral thesis, Università degli studi di Trieste, 2003. http://thesis2.sba.units.it/store/handle/item/12705.

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6

PETRONIO, LORENZO. "PROSPEZIONI SISMICHE PER LA VALUTAZIONE DEL RISCHIO SISMICO E VULCANICO DELL'AREA ETNEA E DELL'OFFSHORE IONICO DELLA SICILIA." Doctoral thesis, Università degli studi di Trieste, 1996. http://thesis2.sba.units.it/store/handle/item/13022.

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7

LAURENZANO, GIOVANNA. "NUMERICAL MODELING OF EARTHQUAKE STRONG GROUND MOTION AND SITE EFFECTS EVALUATION IN THE AREA OF VITTORIO VENETO (ITALY)." Doctoral thesis, Università degli studi di Trieste, 2005. http://thesis2.sba.units.it/store/handle/item/13115.

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2003/2004
Il tema di questa tesi di dottorato riguarda la modellazione delle onde sismiche provocate da terremoti e la valutazione di scenari di scuotimento sismico. Lo studio è stato eseguito principalmente nell'ambito del progetto del Gruppo Nazionale Difesa Terremoti (GNDT) denominato 'Scenari di danno nell'area veneto-friulana', il cui principale obbiettivo consiste nella definizione del rischio sismico nell'area suddetta, che è notoriamente esposta a terremoti di carattere distruttivo. Particolare enfasi è stata rivolta alla città di Vittorio Veneto (TV), in virtù della sua rilevanza dal punto di vista storico, artistico ed economico. Con questa tesi è illustrato ed applicato all'area veneto-friulana un approccio di ausilio alla stima della pericolosità sismica, che si avvale di sofisticati metodi numerici per valutare l 'incidenza sul moto forte del suolo atteso dei vari fattori fisici che lo condizionano. Abbiamo valutato separatamente l'effetto dovuto all'estensione della sorgente e quello dovuto alla propagazione del campo d'onda attraverso la struttura geologica e gli effetti dovuti alle caratteristiche dei suoli superficiali. Gli studi eseguiti per questa tesi consistono nel calcolo di scenari deterministici di scuotimento a scala sia regionale sia locale e nella valutazione della risposta sismica a Vittorio Veneto. L'approccio deterministico alla stima della pericolosità sismica significa che vengono calcolati sismogrammi sintetici per una o più sorgenti di riferimento, le quali sono preventivamente individuate e di cui è data una parametrizzazione fisica. Nella tesi viene dapprima brevemente esposta la problematica del calcolo deterministico del moto del suolo atteso per un terremoto, illustrando alcune metodologie utilizzate per il calcolo dei sismogrammi sintetici (Capitolo 2). Per descrivere gli effetti sul moto del suolo dei fenomeni legati all'estensione della sorgente sismica (modalità della propagazione della rottura sulla faglia) è stata perfezionata una tecnica, basata su modelli semplificati della struttura crostale, costituiti da strati piani orizzontali e quindi privi di eterogeneità laterali. Tale tecnica si basa sul calcolo della funzione di Green elastodinamica mediante il metodo dell'integrazione del numero d'onda (wavenumber integration method - WIM) ed è indicata come EXWIM (Extended Source WIM). Questo metodo è stato impiegato per la valutazione di scenari di scuotimento a scala regionale n eli' area di Vittorio Veneto. I risultati di queste modellazioni sono illustrati nel Capitolo 4, dopo una breve introduzione della geologia e sismicità dell'area fatta nel Capitolo 3. Per evidenziare gli effetti sul moto del suolo legati alla complessità della struttura geologica si è dovuto seguire un metodo più raffinato per la modellazione della propagazione delle onde sismiche ossia il metodo agli elementi spettrali (SPEM 2-D). Il metodo permette di simulare la propagazione dell'onda sismica in mezzi bidimensionali eterogenei e di incorporare nella stima del moto del suolo atteso le eventuali conoscenze di dettagli nella struttura geologica ed è stato quindi impiegato per la costruzione di scenari dettagliati di scuotimento a Vittorio Veneto, come descritto nel Capitolo 5. Infine, nel Capitolo 6 è descritta la campagna di misure di rumore ambientale a stazione singola, eseguita a Vittorio Veneto e la sua elaborazione mediante il metodo di Nakamura o HVSR (horizontal-to-vertical spectral ratio) al fine di valutare la distribuzione della risposta sismica sull'area cittadina su base sperimentale. Gli scenari di scuotimento a scala regionale ottenuti tramite in metodo EXWIM, considerano due terremoti di riferimento: uno ha come sorgente sismica la faglia relativa al terremoto storico "del Cansiglio" di magnitudo M=5.8 del18 ottobre 1936, l'altro è relativo ad un ipotetico terremoto associato alla struttura sismogenetica del Montello per la quale si stima una magnitudo M=6.7. Le modellazioni sono state eseguite utilizzando diverse ipotesi di attivazione della sorgente sismica (posizione del punto di nucleazione sulla superficie di faglia e distribuzione del momento sismico). Sono stati calcolati sismogrammi sintetici per un insieme di ricevitori distribuiti su una griglia regolare sul territorio considerato in modo da ottenere delle mappe di scuotimento. Si sono inoltre considerati modelli della struttura crostale diversi in funzione della posizione geografica del ricevitore. Dalle mappe di scuotimento ottenute per le varie ipotesi d'attivazione della sorgente sismica è possibile valutare l 'intervallo dei valori del moto del suolo atteso su base statistica. Gli scenari dettagliati di scuotimento a Vittorio Veneto (Capitolo 5), sono stati ottenuti considerando, come evento di riferimento, il terremoto del Cansiglio del 1936. Sono state eseguite due modellazioni lungo sezioni verticali passanti per la sorgente e per due località della città di Vittorio Veneto, per le quali erano disponibili informazioni di dettaglio sulla struttura geologica di superficie. L'effetto della struttura geologica sul moto del suolo e' stato analizzato tramite sismogrammi sintetici completi ed immagini che mostrano la propagazione del campo d'onda. I risultati indicano che, considerando solamente l'effetto dovuto alla combinazione del profilo di radiazione della sorgente e della propagazione delle onde attraverso la struttura geologica complessa, la zona di Vittorio Veneto corrisponderebbe ad un minimo relativo di moto forte del suolo. D'altro lato è evidente dalle modellazioni una rilevante risposta locale dovuta all'intrappolamento dell'energia sismica all'interno dei depositi quaternari che formano il bacino di Vittorio Veneto. Al fine di caratterizzare la risposta sismica locale di sito sono state inoltre eseguiti nell'ambito del progetto di ricerca, diversi studi per la definizione della geologia di superficie e la distribuzione dei diversi tipi di suolo. Nell'ambito di questa tesi è stata eseguita l'analisi delle misure di rumore ambientale (all'incirca un centinaio di siti) acquisite nell'area di Vittorio Veneto, allo scopo di stimare la risposta locale. Il metodo utilizzato consiste nel calcolo del rapporto spettrale tra la componente orizzontale e verticale del rumore. Nel caso il sito sia caratterizzato da un forte contrasto di impedenza (maggiore di 2.5-3) tra la superficie ed il bedrock, il picco nel rapporto spettrale calcolato corrisponde alla frequenza fondamentale di risonanza del sito stesso. I risultati ottenuti dalla campagna eseguita a Vittorio veneto indicano una buona correlazione tra le frequenze fondamentali ottenute dagli HVSR e i tipi di suolo individuati lungo il bacino. La mappa ottenuta dalle misure di rumore ambientale è stata utilizzata, nell'ambito dello stesso progetto, per la definizione della mappa di microzonazione sismica di Vittorio Veneto. Altri studi concernenti la modellazione delle onde sismiche provocate da terremoti sono stati eseguiti durante il corso di dottorato nell'ambito di diversi progetti di ricerca, quali il progetto GNDT 'Scenari dettagliati e provvedimenti finalizzati alla prevenzione sismica nell'area urbana di Catania', il progetto 'Microzonazione Marche' ed il progetto 'Pegasos'. E' stato eseguito inoltre il processing dei dati di rumore sismico ambientale acquisiti in diversi comuni della provincia di Campobasso, in prossimità di edifici scolastici allo scopo di dare un'indicazione sulla frequenza di risonanza e sulla presenza di possibili effetti di sito. Un sunto di alcuni dei suddetti lavori è riportato nelle Appendici della presente tesi.
XVII Ciclo
1971
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8

QUERIN, STEFANO. "ON THE APPLICATION OF A HYDRODYNAMIC NUMERICAL MODEL TO THE GULF OF TRIESTE FOR OPERATIONAL PURPOSES." Doctoral thesis, Università degli studi di Trieste, 2007. http://hdl.handle.net/10077/14659.

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9

TIRELLI, DANIELE. "ANALISI TEORICA E SPERIMENTALE DI UNA SISTEMAZIONE COSTIERA." Doctoral thesis, Università degli studi di Trieste, 2007. http://thesis2.sba.units.it/store/handle/item/13344.

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2005/2006
La protezione dei litorali risulta tutt'oggi uno dei problemi che maggiormente affligge le coste italiane ed internazionali. Un numero considerevole di coste dell'Unione Europea è in erosione a causa del notevole sviluppo antropico associato al crescente interesse turistico ed economico. Le problematiche inerenti i fenomeni di erosione e ripascimento risultano, spesso, di difficile individuazione e definizione, essendo fenomeni lenti e di cui si valuta, principalmente il valore medio annuo. Il presente lavoro si pone come obiettivo lo studio dei processi idrodinamici in presenza di litorali sabbiosi, con particolare riferimento ai fenomeni di shoaling dei fronti d'onda, al frangimento delle onde ed alla definizione della zona in cui esso avviene. Particolare attenzione viene posta, inoltre, ai fenomeni di dissipazione dell'energia del moto ondoso ed alle correnti che si generano conseguentemente agli attacchi ondosi presi in considerazione. In correlazione con tali fenomeni idrodinamici viene valutato il trasporto solido del materiale sabbioso, sia esso in sospensione, sia esso al fondo, considerato come causa predominante dell'arretramento della linea di riva e dell'instabilità del profilo di spiaggia. Nel lavoro in oggetto si presenta un elaborato in cui si analizza la geometria costiera del litorale di Marina di Massa, i cui dati, seppur parziali, sono stati messi a disposizione dalla Provincia di Massa Carrara - Settore Difesa del Suolo e Protezione Civile. Si opta per una modellazione fisica tridimensionale, a fondo mobile, riproducendo la zona d'interesse mediante l'analogia di Froude, in scala geometrica indistorta pari a 1 :30. Il modello è stato costruito presso il Laboratorio di Ricerca e Sperimentazione per la Difesa delle Coste (LIC) del Dipartimento di Ingegneria delle Acque e di Chimica del Politecnico di Bari e, grazie alla collaborazione con il Prof. Ing. Antonio Felice Petrillo, è stato possibile approfondire l'analisi dei fenomeni idrodinamici instaurantisi in tale contesto. In questa fase si sono sviluppati molteplici argomenti a partire dai fenomeni prettamente idrodinamici quali l'evoluzione dello spettro d'onda durante l'approccio a riva, il set - up, la stima del coefficiente di riflessione· della spiaggia, la stima delle correnti mediante apparecchiatura AD V (Acoustic Doppler Velocimeter) e mediante analisi degli spostamenti di un tracciante inserito nel modello. Viene effettuata una valutazione dei profili ortogonali e paralleli alla riva, con particolare riferimento ai fenomeni erosivi e ripascitivi che si evidenziano al termine delle prove. La modellazione sperimentale, in ultima analisi, ha confermato l'instabilità del profilo di spiaggia e l'erosione incipiente che caratterizza tale tratto di litorale soggetto agli attacchi ondosi simulati. Si evidenziano particolari fenomeni erosivi quali le rip - currents e l'arretramento della linea di riva, con materiale sabbioso fuoriuscente dalle zona protetta e "catturato" dalle correnti long- shore conseguenti al frangimento del moto ondoso di mareggiata. Stanti le notevoli dimensioni del modello realizzato si comprende come esso possa garantire, da un lato, elevata attendibilità dei risultati ottenuti in quanto poco influenzati dalle condizioni al contorno, e dall'altro come esso sia caratterizzato da notevoli difficoltà logistiche in fase di ipotesi e verifica di possibili interventi. Per questo motivo, considerata l'elevata attendibilità dei parametri dedotti dalla modellazione sperimentale, si opta per la costruzione di un modello numerico bidimensionale che possa garantire un confronto con i dati ottenuti dalla modellazione in laboratorio ed, allo stesso tempo, possa fornire una rapida valutazione delle interazioni conseguenti all'intervento preventivamente progettato per garantire stabilità al litorale. In collaborazione con il Prof. Ing. Michele Mossa della sede di Taranto del Politecnico di Bari si utilizza il software MIKE 21 per tale modellazione. La modellistica numerica bidimensionale, in particolar modo in ambito marittimo, richiede un'attenta fase di calibrazione dei parametri maggiormente significativi per garantire elevate attendibilità delle simulazioni effettuate. In fase di taratura viene effettuata un'analisi di sensitività alla variazione dei singoli parametri andando a confrontare i risultati, di volta in volta, con i dati derivanti dall'analisi sperimentale e optando per la simulazione che minimizza gli scarti tra i campi di moto dedotti secondo i due diversi approcci. Si pone particolare attenzione ai fenomeni di ricircolazione che si creano all'interno del dominio di calcolo ed ai fenomeni di rip- currents che si instaurano. A conferma della capacità di riproduzione dei fenomeni idrodinamici instaurantisi, si mettono in relazione le altezze d'onda significativa ed il valore di wave set- up riscontrati con i due diversi approcci, andando a verificare una buona corrispondenza del modello matematico ai dati sperimentali. Una volta validato tale strumento, si utilizza quest'ultimo per determinare il trasporto solido calcolato secondo la formulazione proposta da Bijker, che tiene in conto sia il trasporto solido in sospensione che il trasporto solido al fondo. I risultati ottenuti dalla modellazione del campo di moto, sia su larga scala che in particolare all'interno delle celle, sono congruenti a quanto evidenziato durante la fase di modellistica fisica tridimensionale. Il trasporto solido calcolato fornisce un dimensionamento di massima di quanto materiale si allontana dal litorale una volta uscito dalla zona protetta vicino a riva e trasportato principalmente verso Sud e verso acque più profonde. T al e modellazione sottolinea l'instabilità del litorale esaminato, denotando un evidente carattere erosivo. In ultimo viene analizzato un possibile intervento atto a mitigare il trasporto solido, consentendo una maggiore stabilità del profilo della spiaggia e, quindi, una durata superiore. Si evidenzia come il modello numerico riproduca con buona approssimazione i dati ottenuti dai campionamenti in laboratorio e come, viste le limitazioni fisiche e teoriche insite in entrambi gli approcci, l'accoppiamento di tali modellazioni per la definizione delle criticità erosive sia, al giorno d'oggi, uno dei metodi più affidabili. Il modello teorico costruito, una volta individuato il set di parametri che meglio risponde a quanto evidenziato in fase sperimentale, consente di sopperire alle carenze evidenziate per la modellistica fisica in termini di economicità e snellezza essendo, allo stesso tempo, strettamente legato ad esso e divenendo un utile supporto alla progettazione in ambito costiero.
XIX Ciclo
1977
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10

BRUNO, VITTORIO. "Riscostruzione e valorizzazione del paesaggio archeologico in ambiente costiero mediterraneo tramite tecnologie innovative." Doctoral thesis, Università degli Studi di Milano-Bicocca, 2009. http://hdl.handle.net/10281/7638.

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La prospezione archeologica e lo scavo di un'antica città è un’operazione delicata, lenta e perciò costosa. Spesso, e soprattutto nell'area mediterranea, le città venivano costruite nei pressi della costa per permettere lo svolgimento di attività commerciali lungo le vie di trasporto più comode per le epoche passate. Successivi movimenti relativi tra la terraferma e il mare, in scenario con una sedimentazione accentuata dall'azione dei venti e del mare stesso, hanno portato al ricoprimento di queste città e quasi regolarmente dei loro sistemi portuali. La prospezione archeologica in questi siti è spesso complicata dalla difficile "lettura" della parte a mare e perciò dei rapporti tra strutture su terraferma e strutture a mare. Nasce quindi come importante necessità quella di una prospezione complessiva del sito, che è ovviamente molto costosa e lenta e perciò poco fruibile se non in tempi molto lunghi. Questi siti sono difficilmente valorizzabili. Una prospezione preliminare attuata con metodologie innovative di tipo non distruttivo, può consentire in tempi brevi una visualizzazione complessiva del sito e ad ottimizzare i costi dell'intervento diretto, proponendolo solo su aree di interesse. Quasi tutti i siti di interesse archeologico fino ad oggi sono stati poco studiati con metodi di tipo indiretto a causa dell’impossibilità di operare in acque basse, in quanto le aree di interesse sono quasi sempre all’interno di lagune chiuse con fondali che sono molto spesso al disotto di un metro di profondità. Il presente lavoro di tesi è stato svolto in concomitanza ad un progetto firb che individuava al suo interno alcune aree di interesse archeologico con caratteristiche che rispecchiano quanto esposto poc’anzi. Tale progetto aveva lo scopo di provare vari metodi geofisici per verificarne l’applicabilità in condizioni così estreme e di verificare sui siti indagati l’eventuale esistenza di reperti archeologici sepolti. Per quanto riguarda le strumentazioni utilizzate si è testato l’utilizzo di un ecoscandaglio ad altissima risoluzione (multi beam Reason 8125), un profilatore sismico a riflessione o sub bottom profiler (Innomar Ses 2000 Compact) e di un georesistivimetro equipaggiato con elettrodi galleggianti per rilievi in acqua (Iris Syscal Pro), che verranno descritti nei capitoli successivi. Analizzando in dettaglio la struttura del presente lavoro di tesi, i capitoli sono di seguito descritti. Nel secondo capitolo sono stati trattati i metodi geofisici tradizionalmente utilizzati per la ricerca archeologica a terra, nel terzo capitolo sono stati descritti i metodi indiretti utilizzati in mare per la prospezione archeologica, mentre nel quarto capitolo si spiega come si è tentato di coniugare diversi metodi: di mare e di terra ed applicarli in zone di fondali bassi, difficilmente rilevabili con imbarcazioni convenzionali. Nel quinto capitolo si affronta in particolare il progetto e la costruzione di un prototipo sperimentale di imbarcazione adatto ai rilievi in acque basse. Nel capitolo sesto invece si entrerà in dettaglio dei vari metodi utilizzati nelle campagne di rilievo eseguite. Infine nel settimo capitolo verranno presentati i risultati dei rilievi e nell’ottavo capitolo le conclusioni del presente lavoro di tesi.

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di, Giuseppe Maria Giulia <1976&gt. "Separazione di contributi di onda piana e di campo vicino per l'inversione di dati magnetotellurici." Doctoral thesis, Alma Mater Studiorum - Università di Bologna, 2007. http://amsdottorato.unibo.it/154/1/TesiDottorato.pdf.

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di, Giuseppe Maria Giulia <1976&gt. "Separazione di contributi di onda piana e di campo vicino per l'inversione di dati magnetotellurici." Doctoral thesis, Alma Mater Studiorum - Università di Bologna, 2007. http://amsdottorato.unibo.it/154/.

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Durante, Paolo <1977&gt. "Applicazione ed integrazione di metodi di prospezione geofisica: studio idrogeofisico della Zona Insatura in condizioni idriche controllate." Doctoral thesis, Alma Mater Studiorum - Università di Bologna, 2007. http://amsdottorato.unibo.it/306/1/DURANTE_TESI_2007.pdf.

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Анотація:

Il lavoro è incentrato sull’applicazione ed integrazione di differenti tecniche di indagine geofisica in campo ambientale e ingegneristico/archeologico. Alcuni esempi sono stati descritti al fine di dimostrare l’utilità delle metodologie geofisiche nella risoluzione di svariate problematiche. Nello specifico l’attenzione è stata rivolta all’utilizzo delle tecniche del Ground Penetrating Radar e del Time Domain Reflectometry in misure condotte su un corpo sabbioso simulante una Zona Insatura. L’esperimento è stato realizzato all’interno di un’area test costruita presso l’azienda agricola dell’Università La Tuscia di Viterbo. Hanno partecipato al progetto le Università di Roma Tre, Roma La Sapienza, La Tuscia, con il supporto tecnico della Sensore&Software. Nello studio è stato condotto un approccio definito idrogeofisico al fine di ottenere informazioni da misure dei parametri fisici relativi alla Zona Insatura simulata nell’area test. Il confronto e l’integrazione delle due differenti tecniche di indagine ha offerto la possibilità di estendere la profondità di indagine all’interno del corpo sabbioso e di verificare l’utilità della tecnica GPR nello studio degli effetti legati alle variazioni del contenuto d’acqua nel suolo, oltre a determinare la posizione della superficie piezometrica per i differenti scenari di saturazione. Uno specifico studio è stato realizzato sul segnale radar al fine di stabilire i fattori di influenza sulla sua propagazione all’interno del suolo. Il comportamento dei parametri dielettrici nelle condizioni di drenaggio e di imbibizione del corpo sabbioso è stato riprodotto attraverso una modellizzazione delle proprietà dielettriche ed idrologiche sulla base della dimensione, forma e distribuzione dei granuli di roccia e pori, nonché sulla base della storia relativa alla distribuzione dei fluidi di saturazione all’interno del mezzo. La modellizzazione è stata operata sulle basi concettuali del Differential Effective Medium Approximation.

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Durante, Paolo <1977&gt. "Applicazione ed integrazione di metodi di prospezione geofisica: studio idrogeofisico della Zona Insatura in condizioni idriche controllate." Doctoral thesis, Alma Mater Studiorum - Università di Bologna, 2007. http://amsdottorato.unibo.it/306/.

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Il lavoro è incentrato sull’applicazione ed integrazione di differenti tecniche di indagine geofisica in campo ambientale e ingegneristico/archeologico. Alcuni esempi sono stati descritti al fine di dimostrare l’utilità delle metodologie geofisiche nella risoluzione di svariate problematiche. Nello specifico l’attenzione è stata rivolta all’utilizzo delle tecniche del Ground Penetrating Radar e del Time Domain Reflectometry in misure condotte su un corpo sabbioso simulante una Zona Insatura. L’esperimento è stato realizzato all’interno di un’area test costruita presso l’azienda agricola dell’Università La Tuscia di Viterbo. Hanno partecipato al progetto le Università di Roma Tre, Roma La Sapienza, La Tuscia, con il supporto tecnico della Sensore&Software. Nello studio è stato condotto un approccio definito idrogeofisico al fine di ottenere informazioni da misure dei parametri fisici relativi alla Zona Insatura simulata nell’area test. Il confronto e l’integrazione delle due differenti tecniche di indagine ha offerto la possibilità di estendere la profondità di indagine all’interno del corpo sabbioso e di verificare l’utilità della tecnica GPR nello studio degli effetti legati alle variazioni del contenuto d’acqua nel suolo, oltre a determinare la posizione della superficie piezometrica per i differenti scenari di saturazione. Uno specifico studio è stato realizzato sul segnale radar al fine di stabilire i fattori di influenza sulla sua propagazione all’interno del suolo. Il comportamento dei parametri dielettrici nelle condizioni di drenaggio e di imbibizione del corpo sabbioso è stato riprodotto attraverso una modellizzazione delle proprietà dielettriche ed idrologiche sulla base della dimensione, forma e distribuzione dei granuli di roccia e pori, nonché sulla base della storia relativa alla distribuzione dei fluidi di saturazione all’interno del mezzo. La modellizzazione è stata operata sulle basi concettuali del Differential Effective Medium Approximation.

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Salvi, Francesco <1976&gt. "Metodologia geostatistica per l’individuazione delle aree a rischio radon e analisi della relazione con la geologia del territorio." Doctoral thesis, Alma Mater Studiorum - Università di Bologna, 2008. http://amsdottorato.unibo.it/860/1/Tesi_Salvi_Francesco.pdf.

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Salvi, Francesco <1976&gt. "Metodologia geostatistica per l’individuazione delle aree a rischio radon e analisi della relazione con la geologia del territorio." Doctoral thesis, Alma Mater Studiorum - Università di Bologna, 2008. http://amsdottorato.unibo.it/860/.

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Chini, Marco <1973&gt. "Radar and optical remote sensing techniques for earthquake damage mapping." Doctoral thesis, Alma Mater Studiorum - Università di Bologna, 2008. http://amsdottorato.unibo.it/863/1/Tesi_Chini_Marco.pdf.

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Chini, Marco <1973&gt. "Radar and optical remote sensing techniques for earthquake damage mapping." Doctoral thesis, Alma Mater Studiorum - Università di Bologna, 2008. http://amsdottorato.unibo.it/863/.

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Vassalli, Melissa <1977&gt. "Numerical simulations of magma chamber dynamics at Campi Flegrei, and associated seismicity, deformation and gravity changes." Doctoral thesis, Alma Mater Studiorum - Università di Bologna, 2008. http://amsdottorato.unibo.it/986/1/Tesi_Vassalli_Melissa.pdf.

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Анотація:

Understanding the complex relationships between quantities measured by volcanic monitoring network and shallow magma processes is a crucial headway for the comprehension of volcanic processes and a more realistic evaluation of the associated hazard. This question is very relevant at Campi Flegrei, a volcanic quiescent caldera immediately north-west of Napoli (Italy). The system activity shows a high fumarole release and periodic ground slow movement (bradyseism) with high seismicity. This activity, with the high people density and the presence of military and industrial buildings, makes Campi Flegrei one of the areas with higher volcanic hazard in the world. In such a context my thesis has been focused on magma dynamics due to the refilling of shallow magma chambers, and on the geophysical signals detectable by seismic, deformative and gravimetric monitoring networks that are associated with this phenomenologies. Indeed, the refilling of magma chambers is a process frequently occurring just before a volcanic eruption; therefore, the faculty of identifying this dynamics by means of recorded signal analysis is important to evaluate the short term volcanic hazard. The space-time evolution of dynamics due to injection of new magma in the magma chamber has been studied performing numerical simulations with, and implementing additional features in, the code GALES (Longo et al., 2006), recently developed and still on the upgrade at the Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia in Pisa (Italy). GALES is a finite element code based on a physico-mathematical two dimensional, transient model able to treat fluids as multiphase homogeneous mixtures, compressible to incompressible. The fundamental equations of mass, momentum and energy balance are discretised both in time and space using the Galerkin Least-Squares and discontinuity-capturing stabilisation technique. The physical properties of the mixture are computed as a function of local conditions of magma composition, pressure and temperature.The model features enable to study a broad range of phenomenologies characterizing pre and sin-eruptive magma dynamics in a wide domain from the volcanic crater to deep magma feeding zones. The study of displacement field associated with the simulated fluid dynamics has been carried out with a numerical code developed by the Geophysical group at the University College Dublin (O’Brien and Bean, 2004b), with whom we started a very profitable collaboration. In this code, the seismic wave propagation in heterogeneous media with free surface (e.g. the Earth’s surface) is simulated using a discrete elastic lattice where particle interactions are controlled by the Hooke’s law. This method allows to consider medium heterogeneities and complex topography. The initial and boundary conditions for the simulations have been defined within a coordinate project (INGV-DPC 2004-06 V3_2 “Research on active volcanoes, precursors, scenarios, hazard and risk - Campi Flegrei”), to which this thesis contributes, and many researchers experienced on Campi Flegrei in volcanological, seismic, petrological, geochemical fields, etc. collaborate. Numerical simulations of magma and rock dynamis have been coupled as described in the thesis. The first part of the thesis consists of a parametric study aimed at understanding the eect of the presence in magma of carbon dioxide in magma in the convection dynamics. Indeed, the presence of this volatile was relevant in many Campi Flegrei eruptions, including some eruptions commonly considered as reference for a future activity of this volcano. A set of simulations considering an elliptical magma chamber, compositionally uniform, refilled from below by a magma with volatile content equal or dierent from that of the resident magma has been performed. To do this, a multicomponent non-ideal magma saturation model (Papale et al., 2006) that considers the simultaneous presence of CO2 and H2O, has been implemented in GALES. Results show that the presence of CO2 in the incoming magma increases its buoyancy force promoting convection ad mixing. The simulated dynamics produce pressure transients with frequency and amplitude in the sensitivity range of modern geophysical monitoring networks such as the one installed at Campi Flegrei . In the second part, simulations more related with the Campi Flegrei volcanic system have been performed. The simulated system has been defined on the basis of conditions consistent with the bulk of knowledge of Campi Flegrei and in particular of the Agnano-Monte Spina eruption (4100 B.P.), commonly considered as reference for a future high intensity eruption in this area. The magmatic system has been modelled as a long dyke refilling a small shallow magma chamber; magmas with trachytic and phonolitic composition and variable volatile content of H2O and CO2 have been considered. The simulations have been carried out changing the condition of magma injection, the system configuration (magma chamber geometry, dyke size) and the resident and refilling magma composition and volatile content, in order to study the influence of these factors on the simulated dynamics. Simulation results allow to follow each step of the gas-rich magma ascent in the denser magma, highlighting the details of magma convection and mixing. In particular, the presence of more CO2 in the deep magma results in more ecient and faster dynamics. Through this simulations the variation of the gravimetric field has been determined. Afterward, the space-time distribution of stress resulting from numerical simulations have been used as boundary conditions for the simulations of the displacement field imposed by the magmatic dynamics on rocks. The properties of the simulated domain (rock density, P and S wave velocities) have been based on data from literature on active and passive tomographic experiments, obtained through a collaboration with A. Zollo at the Dept. of Physics of the Federici II Univeristy in Napoli. The elasto-dynamics simulations allow to determine the variations of the space-time distribution of deformation and the seismic signal associated with the studied magmatic dynamics. In particular, results show that these dynamics induce deformations similar to those measured at Campi Flegrei and seismic signals with energies concentrated on the typical frequency bands observed in volcanic areas. The present work shows that an approach based on the solution of equations describing the physics of processes within a magmatic fluid and the surrounding rock system is able to recognise and describe the relationships between geophysical signals detectable on the surface and deep magma dynamics. Therefore, the results suggest that the combined study of geophysical data and informations from numerical simulations can allow in a near future a more ecient evaluation of the short term volcanic hazard.

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Vassalli, Melissa <1977&gt. "Numerical simulations of magma chamber dynamics at Campi Flegrei, and associated seismicity, deformation and gravity changes." Doctoral thesis, Alma Mater Studiorum - Università di Bologna, 2008. http://amsdottorato.unibo.it/986/.

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Анотація:

Understanding the complex relationships between quantities measured by volcanic monitoring network and shallow magma processes is a crucial headway for the comprehension of volcanic processes and a more realistic evaluation of the associated hazard. This question is very relevant at Campi Flegrei, a volcanic quiescent caldera immediately north-west of Napoli (Italy). The system activity shows a high fumarole release and periodic ground slow movement (bradyseism) with high seismicity. This activity, with the high people density and the presence of military and industrial buildings, makes Campi Flegrei one of the areas with higher volcanic hazard in the world. In such a context my thesis has been focused on magma dynamics due to the refilling of shallow magma chambers, and on the geophysical signals detectable by seismic, deformative and gravimetric monitoring networks that are associated with this phenomenologies. Indeed, the refilling of magma chambers is a process frequently occurring just before a volcanic eruption; therefore, the faculty of identifying this dynamics by means of recorded signal analysis is important to evaluate the short term volcanic hazard. The space-time evolution of dynamics due to injection of new magma in the magma chamber has been studied performing numerical simulations with, and implementing additional features in, the code GALES (Longo et al., 2006), recently developed and still on the upgrade at the Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia in Pisa (Italy). GALES is a finite element code based on a physico-mathematical two dimensional, transient model able to treat fluids as multiphase homogeneous mixtures, compressible to incompressible. The fundamental equations of mass, momentum and energy balance are discretised both in time and space using the Galerkin Least-Squares and discontinuity-capturing stabilisation technique. The physical properties of the mixture are computed as a function of local conditions of magma composition, pressure and temperature.The model features enable to study a broad range of phenomenologies characterizing pre and sin-eruptive magma dynamics in a wide domain from the volcanic crater to deep magma feeding zones. The study of displacement field associated with the simulated fluid dynamics has been carried out with a numerical code developed by the Geophysical group at the University College Dublin (O’Brien and Bean, 2004b), with whom we started a very profitable collaboration. In this code, the seismic wave propagation in heterogeneous media with free surface (e.g. the Earth’s surface) is simulated using a discrete elastic lattice where particle interactions are controlled by the Hooke’s law. This method allows to consider medium heterogeneities and complex topography. The initial and boundary conditions for the simulations have been defined within a coordinate project (INGV-DPC 2004-06 V3_2 “Research on active volcanoes, precursors, scenarios, hazard and risk - Campi Flegrei”), to which this thesis contributes, and many researchers experienced on Campi Flegrei in volcanological, seismic, petrological, geochemical fields, etc. collaborate. Numerical simulations of magma and rock dynamis have been coupled as described in the thesis. The first part of the thesis consists of a parametric study aimed at understanding the eect of the presence in magma of carbon dioxide in magma in the convection dynamics. Indeed, the presence of this volatile was relevant in many Campi Flegrei eruptions, including some eruptions commonly considered as reference for a future activity of this volcano. A set of simulations considering an elliptical magma chamber, compositionally uniform, refilled from below by a magma with volatile content equal or dierent from that of the resident magma has been performed. To do this, a multicomponent non-ideal magma saturation model (Papale et al., 2006) that considers the simultaneous presence of CO2 and H2O, has been implemented in GALES. Results show that the presence of CO2 in the incoming magma increases its buoyancy force promoting convection ad mixing. The simulated dynamics produce pressure transients with frequency and amplitude in the sensitivity range of modern geophysical monitoring networks such as the one installed at Campi Flegrei . In the second part, simulations more related with the Campi Flegrei volcanic system have been performed. The simulated system has been defined on the basis of conditions consistent with the bulk of knowledge of Campi Flegrei and in particular of the Agnano-Monte Spina eruption (4100 B.P.), commonly considered as reference for a future high intensity eruption in this area. The magmatic system has been modelled as a long dyke refilling a small shallow magma chamber; magmas with trachytic and phonolitic composition and variable volatile content of H2O and CO2 have been considered. The simulations have been carried out changing the condition of magma injection, the system configuration (magma chamber geometry, dyke size) and the resident and refilling magma composition and volatile content, in order to study the influence of these factors on the simulated dynamics. Simulation results allow to follow each step of the gas-rich magma ascent in the denser magma, highlighting the details of magma convection and mixing. In particular, the presence of more CO2 in the deep magma results in more ecient and faster dynamics. Through this simulations the variation of the gravimetric field has been determined. Afterward, the space-time distribution of stress resulting from numerical simulations have been used as boundary conditions for the simulations of the displacement field imposed by the magmatic dynamics on rocks. The properties of the simulated domain (rock density, P and S wave velocities) have been based on data from literature on active and passive tomographic experiments, obtained through a collaboration with A. Zollo at the Dept. of Physics of the Federici II Univeristy in Napoli. The elasto-dynamics simulations allow to determine the variations of the space-time distribution of deformation and the seismic signal associated with the studied magmatic dynamics. In particular, results show that these dynamics induce deformations similar to those measured at Campi Flegrei and seismic signals with energies concentrated on the typical frequency bands observed in volcanic areas. The present work shows that an approach based on the solution of equations describing the physics of processes within a magmatic fluid and the surrounding rock system is able to recognise and describe the relationships between geophysical signals detectable on the surface and deep magma dynamics. Therefore, the results suggest that the combined study of geophysical data and informations from numerical simulations can allow in a near future a more ecient evaluation of the short term volcanic hazard.

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Muccini, Filippo <1978&gt. "Potential fields study of Marsili basin and Palinuro volcanic complex." Doctoral thesis, Alma Mater Studiorum - Università di Bologna, 2011. http://amsdottorato.unibo.it/3447/1/muccini_filippo_tesi.pdf.

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Анотація:

In this thesis Marsili back-arc basin and Palinuro Volcanic Complex (Southern Tyrrhenian Sea) have been investigated by using magnetic, bathymetric and gravimetric data. A new velocity model of opening of the Marsili basin has been proposed, highlighting the transition from the horizontal spreading of the back-arc to the vertical accretion of the Marsili seamount. Introducing gravity data, Marsili's internal structure has been modeled and a huge portion of the volcano with low density and vanishing magnetization has been detected. Forward modeling of Palinuro Volcanic Complex showed as Palinuro represents the shallowest evidence of a deep tectonic discontinuity and the possible transition domain between the oceanic crust of Marsili Basin and the continental crust related to the Appenninic chain.

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Muccini, Filippo <1978&gt. "Potential fields study of Marsili basin and Palinuro volcanic complex." Doctoral thesis, Alma Mater Studiorum - Università di Bologna, 2011. http://amsdottorato.unibo.it/3447/.

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In this thesis Marsili back-arc basin and Palinuro Volcanic Complex (Southern Tyrrhenian Sea) have been investigated by using magnetic, bathymetric and gravimetric data. A new velocity model of opening of the Marsili basin has been proposed, highlighting the transition from the horizontal spreading of the back-arc to the vertical accretion of the Marsili seamount. Introducing gravity data, Marsili's internal structure has been modeled and a huge portion of the volcano with low density and vanishing magnetization has been detected. Forward modeling of Palinuro Volcanic Complex showed as Palinuro represents the shallowest evidence of a deep tectonic discontinuity and the possible transition domain between the oceanic crust of Marsili Basin and the continental crust related to the Appenninic chain.

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Maraio, Stefano <1985&gt. "Geomorphic Features Revealed by the Acquisition, Processing and Interpretation of HIgh-Resolution Seismic Reflection Profiles across a Large Debris-Flow Fan (Vinschgau/Val Venosta, Italian Alps)." Doctoral thesis, Alma Mater Studiorum - Università di Bologna, 2016. http://amsdottorato.unibo.it/7533/1/Maraio_Stefano_tesi.pdf.

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Анотація:

Researches concerning the Quaternary sedimentary dynamics in the European Alps have become of increasing interest in the late decades, producing a large volume of literature. This thesis uses high-resolution seismic reflection data and seismic stratigraphic methods to examine the formation and evolution of a major alluvial/glacial fan in the eastern Italian Alps. Alluvial fan environments, often pose significant challenges for high-resolution seismic exploration, due to high heterogeneity of deposits and rugged topography. Using both non-conventional field (dense wide aperture array) and processing techniques (Common Reflection Surface stack), we were able to obtain high-quality seismic reflection and refraction images across a representative transect of Venosta Valley. By using stratigraphic, geophysical and morphologic data this work characterizes the fan and valley deposits and their evolution throughout post-glacial times. Using this information, we model the evolution of the valley fill in the framework of post-glacial climate fluctuations. The results provide an understanding of the landscape geomorphic evolution in response to the main climatic changes and also can represent a tool in policy decision regarding natural hazards.

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Maraio, Stefano <1985&gt. "Geomorphic Features Revealed by the Acquisition, Processing and Interpretation of HIgh-Resolution Seismic Reflection Profiles across a Large Debris-Flow Fan (Vinschgau/Val Venosta, Italian Alps)." Doctoral thesis, Alma Mater Studiorum - Università di Bologna, 2016. http://amsdottorato.unibo.it/7533/.

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Анотація:

Researches concerning the Quaternary sedimentary dynamics in the European Alps have become of increasing interest in the late decades, producing a large volume of literature. This thesis uses high-resolution seismic reflection data and seismic stratigraphic methods to examine the formation and evolution of a major alluvial/glacial fan in the eastern Italian Alps. Alluvial fan environments, often pose significant challenges for high-resolution seismic exploration, due to high heterogeneity of deposits and rugged topography. Using both non-conventional field (dense wide aperture array) and processing techniques (Common Reflection Surface stack), we were able to obtain high-quality seismic reflection and refraction images across a representative transect of Venosta Valley. By using stratigraphic, geophysical and morphologic data this work characterizes the fan and valley deposits and their evolution throughout post-glacial times. Using this information, we model the evolution of the valley fill in the framework of post-glacial climate fluctuations. The results provide an understanding of the landscape geomorphic evolution in response to the main climatic changes and also can represent a tool in policy decision regarding natural hazards.

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Marson, Paola <1984&gt. "A statistical framework for modeling the spatial distribution and intensity of orographic precipitation." Doctoral thesis, Università Ca' Foscari Venezia, 2018. http://hdl.handle.net/10579/15563.

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Анотація:

Most precipitation in the mid-latitudes is attributable to convective clouds and frontal systems. Although their development is not induced by the underlying terrain, the orography can play a substantial role in altering their features. The orographic moist flow dynamic interacts synergistically with thermodynamic and microphysical processes as well as with the large-scale flow. A potential consequence is the modification of the spatial distribution of precipitation at the ground, which likely exhibits a highly segmented nature in both space and time. Observed precipitation data are in general too coarse in space to be representative of the topographic variations of the "true" precipitation field. Aiming at describing the spatial distribution of precipitation over complex terrain, we specify a statistical model which does not solely rely on observed data but also incorporates established analytical descriptions of the physical processes involved. We derived a 2-dimensional advection equation for the column integrated hydreometeor density modifying the quasi-analytical upslope model by R.B. Smith, 2003. A Simultaneously Autoregressive model has then been derived discretizing the advection equation and perturbing it by means of a stochastic noise.

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COSTA, BARRETO VIEGAS JENIFFER. "Inversion strategies for seismic surface waves and time-domain electromagnetic data with application to geotechnical characterization examples." Doctoral thesis, Università degli Studi di Cagliari, 2022. http://hdl.handle.net/11584/328808.

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Анотація:

Geophysical methods are broadly used to map the subsurface. Their ability to investigate large areas in a short time and to reach significant depths with good resolution makes them suitable for a wide range of applications: from hydrological studies, mineral exploration, archaeological investigations to geotechnical characterization. Unfortunately, most of the geophysical methods are ill-posed. Thus, to be able to effectively invert the geophysical data and get meaningful models of the subsurface a priori information needs to be included in the process. This is the basic idea behind the inversion theory. This thesis deals with the inversion of two types of geophysical measurements: the Seismic Surface Waves (SSW) data and the Time Domain Electromagnetic (TDEM) observations. The present work consists of two parts: (1) The first one is about possible implementations of the minimum gradient support stabilizer into a SSW inversion routine and its extension to the laterally constrained case. By means of this novel approach, it is possible to tune the level of sparsity of the reconstructed velocity model, providing a solution with the desirable characteristics (smooth or sharp) in both directions (vertically and laterally). The capabilities of the proposed approach have been tested via applications on synthetic and measured data. (2) The second part of the thesis is about the joint interpretation of SSW and TDEM measurements for an improved geotechnical characterization of an area intended for construction. In this case, the SSW results, together with other ancillary data, are used as prior information for the subsequent inversion of TDEM measurements. In this respect, the SSW results have been translated into pieces of information to be used in the TDEM inversion via a petrophysical relationship. This work is coherent with one of the goals of the United Nations Agenda 2030 for sustainable development, specifically, the item 11b, as geotechnical characterization is one of the essential components for the design of civil engineering works, ensuring the necessary safety and resilience to natural disasters and climate change. However, the field of application of the proposed approaches is very broad as they can also be used, e.g., for groundwater mapping, as well as for the evaluation of aquifer contamination. In this respect, the present work is also in line with items 6.1, 6.3 and 6.4 of the 2030 UN Agenda.

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BAI, PENG. "Stochastic inversion of time domain electromagnetic data with non-trivial prior." Doctoral thesis, Università degli Studi di Cagliari, 2022. http://hdl.handle.net/11584/328807.

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Inversion deals with inferring information about the subsurface (by reconstructing its physical properties), given: 1) observed data (usually collected at the surface) and 2) available forward modelling tools (describing physics of the used geophysical methodology). Inevitably, these forward modelling tools are always characterized by some level of approximation, and, in turn, this inaccuracy, unavoidably, affects the inversion results. This thesis presents, in particular in the context of airborne electromagnetic data, the impact and relevance of quantifying this source of (coherent) error. Specifically, a possible strategy to quantify the modelling error is discussed in the thesis. The adopted strategy for the estimation of the modelling error makes use of prior knowledge about the investigated system. The same prior knowledge is necessary in stochastic inversion frameworks. Stochastic inversion provides a natural way for 1) the assessment of the uncertainty of the final results and 2) for incorporating complex prior information into the inversion, from sources that are not the geophysical observations. Since the assessment of the modelling error is based on prior information that is also used in the stochastic inversion approaches, it is a natural choice to adopt these probabilistic strategies. By taking into account the modeling error, the stochastic inversions can eliminate or, at least, minimize, the effects of the forward approximation in the inversion results. In this thesis, through synthetic and field tests, we discuss the stochastic inversion considering the modeling error. What is called prior in the framework of stochastic inversion is assimilable to the training dataset in the context of Neural Networks: to some extent, in both cases, the final solution is by construction “stationary” with respect to the initially provided ensemble used to feed (or train) the inversion algorithm. Based also on these premises, and in the attempt to find a way to address the “definitive” problem of a fully 3D stochastic inversion, we verify the possibility of extremely efficient Neural Network strategy for the inversion of massive airborne geophysical datasets. Some preliminary, but, still, very promising results on this matter are discussed in the second last chapter of this thesis. Also in this case, the conclusions are drawn based on synthetic and experimental data.

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CASCONE, VALERIA. "MONITORAGGIO DELLO SCUOTIMENTO SISMICO MEDIANTE L'USO DI SENSORI A BASSO COSTO DISTRIBUITI." Doctoral thesis, Università degli studi di Padova, 2022. http://hdl.handle.net/11577/3447677.

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Questa tesi affronta tre tematiche finalizzate alla riduzione del rischio sismico. La prima riguarda lo studio della performance di un nuovo prototipo di accelerometro che utilizza la tecnologia MEMS (Micro-Electro-Mechanical-System), l'ASX1000. Il costo di questi dispositivi miniaturizzati è inferiore di almeno 2 ordini di grandezza rispetto ai tradizionali sensori sismici ad alta risoluzione. Sei ASX1000 sono installati nel nord Italia per caratterizzare la sismicità della Pianura Veneta, un bacino alluvionale profondo ed esteso. Dieci sono installati nell'Italia Centrale. In questo lavoro dimostriamo che il prototipo può registrare microsismi fino ad una Magnitudo Locale pari a 1.5. Inoltre, il MEMS ASX1000 può stimare accuratamente i parametri di scuotimento del suolo. Il secondo argomento riguarda la realizzazione di scenari di pericolosità sismica della Pianura Veneta. Abbiamo effettuato uno studio sull'influenza di gradienti di velocità delle onde di taglio sulla risposta sismica in superficie. Questo risultato è fondamentale per il design anti-sismico. Il terzo argomento riguarda l'analisi del rumore ambientale. Abbiamo analizzato il rumore registrato durante il lockdown imposto dal governo italiano per mitigare la diffusione del Coronavirus, in modo da caratterizzare il rumore antropico. Abbiamo poi valutato la possibilità di utilizzare l'ASX1000 per studi di interferometria sismica come metodo utile per ottenere strutture di velocità sismiche. I risultati suggeriscono che questi dispositivi, al momento, non sono idonei ad analisi di sismica passiva. Abbiamo allora applicato l'interferometria sismica alle sequenze di rumore registrate dalle stazioni sismiche ad alta risoluzione della rete sismica nazionale. In questo lavoro mostriamo i risultati preliminari.
This thesis has three different aims with the common final task of seismic risk reduction. The first aim consists in the evaluation of the seismicity detection efficiency of a novel accelerometer prototype adopting the Micro-Electro-Mechanical-System (MEMS) technology, named ASX1000. The cost of this miniaturized device is 2 order of magnitude less than the traditional high-sensitive seismic stations. Six prototypes are installed in Northern Italy to monitor the seismicity in the Venetian Plain that is a large and deep alluvial basin. Ten prototypes are installed in Central Italy. We demonstrate that, for the first time, the ASX1000 MEMS is able to record small local earthquakes with a threshold of ML = 1.5. It provides also an efficient estimate of strong motion parameters. The second aim is related to seismic hazard scenarios of the Venetian Plain. Here, deeper velocity structures, fundamental for seismic site response, are often unknown. Thus, we quantify the effects of different shear-wave velocity gradients' equations, finding variation on the estimated ground motion parameters. This result has an important impact on a-seismic design. The third aim involves ambient noise analysis. Firstly, the Coronavirus outbreak gave the unique opportunity to discriminate the cultural noise from the natural one. Then, we consider the possibility to use the ASX1000 for seismic noise interferometry. This method is important to retrieve subsoil structures in absence of seismic events. The ASX1000 MEMS is a promising geophysical tool, but at the moment it is not suitable for passive analysis. So, we perform noise interferometry with a different dataset, belonging to the high-quality seismic stations of the national seismic network, and we show some interesting preliminary results.

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Rossi, Matteo. "Non invasive hydrogeophysical techniques for vadose zone hydrological characterization." Doctoral thesis, Università degli studi di Padova, 2010. http://hdl.handle.net/11577/3427485.

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Hydrogeophysics is a discipline that emerged and had a great development in the last two decades. The aim of this discipline is the subsurface hydrological and hydrogeological characterization via non-invasive geophysical techniques. Conventional sampling techniques, for characterizing or monitoring the shallow subsurface, are typically sparsely distributed or acquired at an inappropriate scale. Non-invasive geophysical datasets can provide more dense 2D/3D information. The present work focused on the hydrological characterization of the vadose zone, as it is a challenging issue that may be more deeply and extended understood. The dependence of the geophysical response on changes in soil moisture content, e.g. via changes in electrical resistivity or dielectric properties, is the key mechanism that permits the use of non-invasive techniques to monitor the vadose zone in time-lapse mode, i.e. via repeated measurements over time. The use of these techniques in different configurations in the shallow and deep vadose zones can provide high-resolution images of hydrogeological structures and a detailed assessment of dynamic processes in the subsurface environment. The data from non-invasive techniques can subsequently be used to calibrate physical-mathematical models of water flow in the unsaturated zone. The understanding of fluid-dynamics is the key to all hydrologically-controlled environmental problems. The hydrogeophysical approach is based on links that can be established between geophysical quantities and hydrological variables, such as water content and solute concentration, generally in the form of empirical or semi-empirical petrophysical relationships. The classical hydrogeophysical approach in hydraulic parameters evaluation starts from the measured geophysical data to estimate the hydrological state, albeit careful is need at this step: essential is the knowledge achievable from field data and the relative accuracy in the physical translation. Anyway this is the starting point for the hydrological simulation. Subsequently the hydrological modelled parameters may be compared and evaluated with the hydrological quantities obtained from geophysics through the petrophysical relationships. This approach can lead to erroneous parameter inference, if the spatial resolution of the geophysical techniques is not taking into account. A different approach can be proceed, to overcome this issue. In spite of translating geophysical parameters in hydrological quantities, the comparison may be done directly on the not-inverted geophysical data. The geophysical surveys can be simulated with a forward model, starting from the hydrological modelled properties distribution and applying the petrophysical relationship to reconstruct the geophysical spatially-distributed parameters. At this point geophysical measured and simulated data can be compared, with the aim of calibrate and validate the hydrological model under examination. This second approach, not requiring geophysical inversions, is able to overcome artefacts deriving from the inversion procedure; but the resolution of the surveys must be considered, because an hydrological state should not be reproduced from geophysical methodologies, even if the two datasets, both simulated and measured, are in a perfect fitting. The work is divided in two complementary parts. The first part is centred on the hydrological quasi-steady state characterization from cross-hole radar measurements. In many studies cross-borehole zero offset profiles (ZOP) are used to infer subsoil moisture content, which are a key topic in hydrological modelling and consequently in hydraulic parameters estimation. The principal aim of this work is to have a more complete view of how boreholes GPR ZOP measurements are informative of the subsoil geometry and distribution of relative permittivity. This is essential in moisture content estimation, uncertainty quantification and in the initial setting of parameters necessary for starting an hydrological model. For this purpose three different ZOP datasets are analysed: a synthetic dataset and two field-measured datasets. The second part of the work is the hydrogeophysical inversion of a tracer test in the vadose zone, conducted at the Hatfield site (near Doncaster, UK). The path of a tracer in vadose zone may be masked from the variations of the physical status surrounding the dispersive plume; this could lead to erroneous interpretations of the evolving plume. The load of the new water, that moves under gravitational forces, produces the raising of the degree of saturation in the media just below the plume. This incidental effect could significantly contribute to geophysical signals and hydrological characterizations. The aim of this study is the recognition and distinction of the paths of the new injected fluid from the groundwater, already present in the system and activated from pressure variations, in a sort of “piston” effect. The discrimination between the new percolating water and the old pushed-down water is a key issue in aquifer vulnerability and soil pollution migrations, which can affect the vadose zone. In this second part the hydrogeophysical inversion is conducted: the simulated hydrological quantities are used to obtain a geophysical forward model of ZOP surveys, that should be compared with measured ZOP soundings. An estimation of the goodness of the hydrological model is then possible. A particle tracking code is then run to detect the exact evolution of the tracer plume in the subsurface. A comparison with the results from the inverted geophysical datasets is able to discriminate the tracer fluid from the old water of the system and to individuate where the geophysical imaging could be deceptive and misleading. The present work is an example of the hydrogeophysical inversion methods, where great emphasis is focused on the characterization of the hydraulic state preceding the tracer injection test. Anyway the system must be stressed under artificial hydraulic states to force the parameters estimation and to limit the range of probable hydrological models.
L’idrogeofisica è una disciplina che è emersa ed ha avuto un importante sviluppo nelle ultime due decadi. Lo scopo di questa disciplina è la caratterizzazione idrologica ed idrogeologica del sottosuolo attraverso tecniche geofisiche non invasive. Le tecniche di campionamento convenzionali sono di norma spazialmente distribuite ed acquisite ad una scala impropria. Le tecniche geofisiche invece permettono indagini spazialmente più fitte in 2D o 3D. Il presente lavoro si focalizza sulla caratterizzazione idrologica della zona vadosa. I dati ottenuti dalle tecniche geofisiche possono essere utilizzati per calibrare modelli fisico matematici del flusso nella zona del non-saturo. Tale approccio idrogeofisico è basato su relazioni petrofisiche che legano le quantità geofisiche con le variabili idrologiche. Il classico approccio idrogeofisico parte dalle misure geofisiche per ottenere una stima di parametri idrologici, che a loro volta vengono impiegati in modelli idraulici in grado di fornire ulteriori proprietà del sistema idraulico del sottosuolo. I modelli idrologici vengono successivamente validati e calibrati con i risultati delle inversioni geofisiche in time-lapse. Questo approccio prevede l’inversione del dato geofisico, metodo che può portare ad immagini del sottosuolo che contengono artefatti e che non tengono conto della risoluzione della tecnica applicata. Un approccio differente prevede che ai parametri stimati dai modelli idraulici siano applicate le relazioni petrofisiche, al fine di tradurre le quantità idrologiche in quantità geofisiche. A questo punto la simulazione di modelli geofisici diretti permette un confronto immediato con i dati misurati, senza l’ausilio dell’inversione geofisica. Il presente lavoro è suddiviso in due parti. La prima parte è centrata sulla caratterizzazione idrologica dello stato stazionario iniziale attraverso misure radar (GPR). Lo scopo principale del lavoro è quello di quantificare quanto le misure GPR a zero offset profiling (ZOP) siano informative delle geometrie del sottosuolo e delle relative condizioni di contenuto idraulico dei materiali. Questo lavoro è essenziale per ottenere una stima del contenuto idrico del sottosuolo e della relativa incertezza che ne deriva, poiché tali stime sono il punto di partenza delle simulazioni idrauliche. La seconda parte del lavoro è focalizzata sulla inversione idrogeofisica di un test con tracciante salino condotto ad Hatfield (UK). L’approccio idrogeofisico adottato è quello di simulare misure geofisiche direttamente dalla distribuzione dei parametri idrologici calcolati, per ottenere una calibrazione di quelle quantità idrologiche scopo della metodologia applicata. La ricostruzione dell’evoluzione di un plume iniettato nella zona vadosa è interessante ai fini di identificare i possibili percorsi di un contaminante nel sottosuolo. A tale scopo un codice di particle tracking è stato applicato ai risultati dell’inversione idrologica. Il codice di partcle tracking è in grado di distinguere i percorsi dell’acqua iniettata dall’acqua già presente nel sistema e movimentata del cambiamento di pressione in atto, ‘effetto pistone’. Le inversioni delle misure geofisiche non permettono di distinguere il fluido tracciante dai cambiamenti del contenuto idrico dei materiali adiacenti al plume iniettato.

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Gei, Davide. "Investigation and derivation of anisotropic parameters from microseismic reservoir monitoring." Doctoral thesis, Università degli studi di Trieste, 2013. http://hdl.handle.net/10077/8612.

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2011/2012
Un materiale si definisce isotropico quando le sue proprietà non cambiano in funzione della direzione secondo cui vengono misurate. Al contrario, se il mezzo è caratterizzato da una dipendenza direzionale delle sue proprietà, è chiamato anisotropico. Tradizionalmente, l’esplorazione sismica è basata sul processamento e interpretazione di dati acustici relativi a mezzi considerati sismicamente isotropici. Tuttavia, l’isotropia è sempre un modello approssimato per descrivere le formazioni geologiche, specialmente nel caso di bacini sedimentari. L’imaging sismico e la stima delle velocità sismiche nel sottosuolo risultano essere inaccurati quando dati relativi a mezzi anisotropici vengono processati con l’assunzione di isotropia. Conseguentemente è importante definire il modello e l’intensità dell’anisotropia che contraddistinguono l’area in esame e utilizzare queste informazioni per il processamento dei dati sismici. Lo scopo principale di questo studio consiste nella caratterizzazione dell’anisotropia degli scisti bituminosi del giacimento di Abbott, presenti nel Bacino di Arkoma, Oklahoma, USA. I dati consistono in registrazioni sismiche ottenute da due stendimenti di superficie composti da geofoni a sola componente verticale e da accelerometri a tre componenti, acquisite durante la fratturazione idraulica del giacimento. Il monitoraggio sismico di superficie è generalmente meno costoso se comparato al monitoraggio da pozzo, specialmente quando i pozzi di osservazione non sono disponibili e devono essere perforati. La tecnica da superficie è basata sull’acquisizione di dati sismici da centinaia di ricevitori opportunamente distribuiti al suolo ed offre una visione del campo d’onda molto più ampia rispetto al monitoraggio da pozzo, generalmente limitato a qualche decina di ricevitori vicini tra loro. Inoltre, l’analisi dei tempi di arrivo di dati acquisiti da reti di ricevitori di superficie costituisce un metodo più robusto rispetto agli studi di polarizzazione di cui sono oggetto i dati di monitoraggio sismico da pozzo. L’inconveniente è un rapporto segnale rumore sensibilmente più basso a causa delle eterogeneità geologiche presenti in prossimità della superficie. Durante il trattamento degli scisti bituminosi di Abbott, è stato registrato qualche centinaio di eventi microsismici e di questi sono stati analizzati i dieci eventi più forti, oltre che i dati derivanti da scoppi di perforazione. La Vertical Transverse Isotropy (VTI) è, senza dubbio, il modello anisotropico più comune in bacini sedimentari, specialmente in presenza di scisti. La velocità sismica in mezzi VTI varia quando la direzione di propagazione si discosta dalla verticale ma non al variare dell’azimut. L’analisi dei dati sismici relativi alle onde P ha confermato che il modello VTI è quello che meglio si adatta agli scisti di Abbott e/o alle rocce sovrastanti. In mezzi omogenei ed anisotropici di tipo VTI i tempi di arrivo delle onde P ed S si discostano dal moveout iperbolico, che invece caratterizza la propagazione in mezzi omogenei ed isotropici. La non-iperbolicità dei tempi di percorso delle onde sismiche può essere utilizzata per la stima dei parametri di anisotropia. I tempi di arrivo ottenuti dai dati sperimentali possono essere approssimati attraverso l’utilizzo di equazioni analitiche che esprimono i tempi di percorso in funzione dei suddetti parametri di anisotropia. Questa tecnica di inversione è stata testata con dati sintetici e successivamente applicata ai dati del giacimento di Abbott. Dai tempi di arrivo delle onde P ed SH di dieci eventi microsismici sono stati stimati i tre parametri di anisotropia di Thomsen, mentre per quattro scoppi di perforazione è stata applicata l’inversione delle sole onde compressionali. Inoltre è stata accuratamente analizzata la sensibilità del metodo alla presenza di rumore e di eventuale inaccuratezza dei parametri di input. Le inversioni dei tempi di arrivo delle onde P prodotte dagli scoppi di perforazione forniscono parametri di anisotropia tra loro consistenti, mentre i risultati dai tempi di arrivo delle onde compressionali e di taglio relativi agli eventi microsismici sono caratterizzati da una moderata dispersione. Questo risultato può essere spiegato dalla minore accuratezza e più ampia distribuzione spaziale delle sorgenti microsismiche, se paragonate agli scoppi di perforazione. Inoltre, le proprietà elastiche del volume di roccia nell’intorno di ciascuna sorgente microsismica, così come le sue proprietà anisotropiche, variano durante il processo di fratturazione costituendo una possibile causa della dispersione dei parametri di anisotropia stimati. Le inversioni dei tempi di arrivo delle onde SH forniscono elevati valori del parametro di anisotropia associato a questi segnali sismici. Tuttavia è importante sottolineare che si tratta di un’espressione della anisotropia effettiva del mezzo e non di quella intrinseca. Lo shear-wave splitting è considerato un robusto indicatore di anisotropia sismica. Nell’ambito di questo studio, questo fenomeno viene trattato in modo esaustivo, con particolare riguardo ai mezzi VTI. Il tempo di ritardo tra le due onde di taglio soggette a splitting può essere stimato dai dati sismici e quindi invertito per ottenere i parametri di anisotropia. La stima dei tempi di ritardo attraverso il metodo della cross-correlazione fornisce risultati consistenti per ricevitori vicini. L’inversione dei tempi di ritardo è basata sulle approssimazioni dei tempi di percorso delle onde SH ed SV in mezzi debolmente anisotropici e conferma l’anisotropia piuttosto pronunciata già messa in evidenza dalle analisi dei tempi di arrivo delle onde P ed SH. Sono state anche implementate tecniche di analisi dello shear-wave splitting più sofisticate, adatte a modelli di anisotropia più generali. Tuttavia, questi metodi già ampiamente utilizzati per l’analisi di eventi telesismici hanno fornito risultati poco affidabili, principalmente a causa del basso rapporto segnale-rumore caratterizzante i dati del giacimento di Abbott.
A material whose properties do not change with the direction along which they are measured is called isotropic. On the contrary, if the properties of the medium show directional dependency it is called anisotropic. Traditional seismic exploration is based on processing and interpretation of acoustic data and considers seismically isotropic subsoil. However, isotropy is always an approximate model to describe the geological formations, especially in sedimentary basins. Seismic imaging and estimation of subsurface velocities become inaccurate when anisotropic data are treated under the general assumption of isotropy. Consequently it is important to define the model and strength of anisotropy for the study area and use this information in data processing. The main goal of this study is the anisotropy characterization of the Abbott gas shale play located in the Arkoma basin, Oklahoma, USA. The data consist in seismic records obtained from two surface arrays of 1C geophones and 3C accelerometers, respectively, and acquired during the hydraulic fracturing of the reservoir. Surface (or near-surface) monitoring can be less expensive if compared to borehole monitoring when the observation wells must be drilled. The former technique is based on data acquisition from hundreds of receivers widely distributed over the Earth surface and gives a larger field view than borehole monitoring, generally limited to tenth of 3C receivers. Moreover, arrival time analyses of data recorded from surface widely-distributed receiver-networks are generally more robust than polarization studies carried out on borehole microseismic data. The drawback is a significant lower signal-to-noise ratio due to near surface heterogeneities. During the treatment of the Abbott gas shale, a few hundred microseismic events were recorded and the ten strongest events have been analyzed, together with the data from perforation shots. Vertical transverse isotropy (VTI) is, unarguably, the most common anisotropic model for sedimentary basins and particularly for shales. Seismic velocity in VTI media varies with direction of propagation away from the vertical, but not with azimuth. The analysis of the P-waves seismic dataset confirms VTI to be the best-suited model for the Abbott reservoir and/or overburden. P- and S-waves arrival times in homogeneous VTI media deviate from the hyperbolic moveout, which characterize seismic propagation in homogeneous isotropic media. The nonhyperbolicity of the traveltime can be used to estimate anisotropy parameters. The actual arrival times, picked from the experimental data, can be approximated considering analytic traveltime equations, which depend on such parameters. This inversion technique is tested with full wave synthetic data and applied to the Abbott dataset. The three Thomsen anisotropy parameters are estimated from P- and SH-arrival times of ten microseismic events, while only compressional waves are used for the inversion of four perforation shots. Moreover, the sensitivity of the P-wave arrival time inversion to picking noise and inaccuracies of input parameters is thoroughly analyzed. The inversions of the P-wave arrival times of the perforation shots give quite consistent anisotropy parameters, while the results from the compressional and shear waves arrival time inversions of the microseismic events are characterized by moderate scattering. This can be explained by the lower location accuracy and widespread distribution of the microseismic events, compared with the perforation shots. Moreover, the elastic properties of the sismogenic volume, as well as the local anisotropic properties, vary due to the process of fracturing and possibly cause the moderate scattering of the parameters inverted from the microseismic events. The inversions of the SH-wave arrival times result in consistently high values of the anisotropy parameter related to this wave mode. However, it is important to remark that this is the expression of effective and not intrinsic anisotropy. Shear-wave splitting is considered a robust indicator of seismic anisotropy. Such phenomenon is exhaustively addressed and described for VTI media, specifically. The time-delay between the two split waves can be estimated from the seismic records and inverted for anisotropy parameters. The estimation of the splitting times of a seismic event through the cross- correlation method gives consistent results for adjacent receivers. The inversion of the estimated time delays is based on SH- and SV-traveltimes approximations in weakly anisotropic media, and confirms the relatively high degree of anisotropy already highlighted by the P- and SH-wave arrival time analyses. More complex techniques of shear-wave splitting analysis, suitable for more general anisotropic models are also implemented. However, these methods, widely used for teleseismic shear-waves data, give unreliable results mainly because of the low signal-to-noise ratio characterizing the seismic data.
XXV Ciclo
1970

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PIGA, CARLO. "Evoluzione delle tecniche termografiche nella prospezione geofisica: verso la tomografia termica." Doctoral thesis, Università degli Studi di Cagliari, 2008. http://hdl.handle.net/11584/265884.

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All'interno delle tematiche della geofisica, sia l'analisi di fenomeni ondulatori e campi di potenziale, sia il ricorso a metodi analitici o numerici per l'interpretazione degli stessi sono temi ricorrenti che hanno subito un progresso e un avanzamento continuo nel corso dei decenni. I fenomeni termici, possono essere inquadrati formalmente sotto forma di campo di potenziale o di fenomeno ondulatorio e presentano significative analogie a fenomeni fisici rispetto ai quali i metodi geofisici, tanto sotto l'aspetto teorico-matematico quanto sotto quelli tecnici e applicativi, si sono specializzati ad un livello più che avanzato. Le leggi che governano il campo di temperatura e la trasmissione del calore sono formalmente equivalenti a quelle che riguardano il campo di potenziale elettrico e la circolazione di corrente, tanto che il ricorso all'equivalenza elettrica, sia in regime stazionario che periodico, é consueto nella pratica progettuale. Esiste infatti una corrispondenza biunivoca tra le grandezze elettriche e le corrispondenti grandezza termiche ed é possibile passare da un problema all'equivalente senza approssimazione alcuna. Un'ulteriore analogia interessa la trasmissione del calore in presenza di fenomeni oscillatori periodici, frequenti in natura per la presenza dell'albedo e dell'alternarsi delle stagioni. E' possibile in questo caso riconoscere la formazione di onde termiche che si propagano nel mezzo, analogamente a quanto accade per le onde acustiche, ottiche, elettromagnetiche. L'opportunitá di utilizzare questo genere di sollecitazioni per indagare le caratteristiche delle regioni interne del mezzo, nel quale tali sollecitazioni si propagano, sta spingendo la ricerca verso lo studio di un'analogia termica dei fenomeni fisici di rifrazione e riflessione, proprie dell'ottica e della teoria delle onde sismiche. Tuttavia le onde termiche presentano peculiaritá proprie delle onde diffusive e rispondono a leggi simili ma diverse da quelle che governano quelle paraboliche. Durante il lavoro di tesi si é voluto approfondire la possibilitá di servirsi di metodi termici per applicazioni geofisiche, concentrando l'attenzione sull'analogia esistente con fenomeni giá sviluppati, trasponendo quindi il bagaglio di conoscenze acquisito nella loro interpretazione al caso specifico e confrontandolo con le tecniche note di analisi termica.

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Vettore, Luciana. "Prospezioni geofisiche ad alta risoluzione: applicazioni archeologiche ed esportabilità in contesti ambientali." Doctoral thesis, Università degli studi di Padova, 2008. http://hdl.handle.net/11577/3425141.

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In the present work we experienced different aspects of the application of high resolution geophysical methods in archaeology and their application to other fields, as for example the applied geology. We examined many cases, for every single case we tried to reach the best configuration in order to meet the starting demands; the aim of the works we carried over is to reach as much experience as possible, both in terms of instruments and of studied cases and to determine limits and what each technique can potentially bring to different contexts. To apply geophysical methods to archaeology it is necessary to use versatile devices which can operate in very different environments, on grounds and structures made of various materials. For this kind of researches instruments which can investigate from a depth of few centimeters to a depth of several meters and which give detailed results are to be used. We can therefore easily understand that the final results can not come from a single technique, but to the integration of different methods, which can complete each other and give more detailed result, richer in information. Every single case sets the researchers limits and characteristics which come from the environmental conditions, the ground and the structures. All these aspects do not allow to determine in advance the device or the combination of devices to be used; that is why the experience of the researcher is of great importance in the analysis of the problem as it can lead him to choose the best approach to the research. The first part of the present work is an overview of the most used geophysical methods, briefly reporting also their theoretical basis and then a deepening of some techniques of analysis and representation of the geophysical data. The successive chapters are dedicated to the presentation of some archaeological cases: - Case 1: Loron archaeological area, Croatia, different measurements with georadar and magnetometry have been carried over in different configurations. - Case 2: "Terme Neroniane" archaeological area, Montegrotto Terme (PD), in this site many measurements with different georadar, geoelectrical, magnetometrical and electromagnetometrical measurements have been carried over. This site, which has been deeply investigated, it has also been considered as test site and the results of the investigations were for some aspects surprising - Case 3: Grumentum (PZ) and Montearatro (FG) archaeological areas, measurement with magnetometrical and georadar configurations have been carried over, in cooperation with other research institutes. After the archaeological cases, in cooperation with other research institutes, we turned our interest to the possible applications of geophysics to applied geology, in particular to the prevention and protection of the artistic, cultural as well as environmental heritage. In spite of the little time, we examined three aspects, i.e.: - Case 1: Stability of river embankments, under the co-ordination of Professor Genevois, regular teacher of Applied Geology at University of Padova and of Professors Todini and Ghirotti from the University of Bologna. Measurement with different georadar systems and measurements of electrical tomography. - Case 2: Analysis of aquiferous with integrated geophysical methods - European project LIFE-CAMI - carried over during the period of studies at OGS in Trieste. Measurements with geolectrical, 3D seismic, georadar and microgravimetry. - Case 3: Employment of georadar measurements to sinkholes , in cooperation with Professor Cremonini from University of Bologna. The results of all analysis are presented and commented inside each chapter; in the last chapter each work is briefly explained and put then in a wider context, that is the applicability and the importance of geophysics in such fields. Indirect analysis, which became over the last few years more reliable thank to their joined use, are an important instrument of protection, research and revaluation of the historical, environmental and cultural heritage of our country. This kind of analysis also have a very important role of civil protection in monitoring the river embankments, sinkholes phenomenon and many other aspects.

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Ainchil, Jerónimo Enrique <1962&gt. "Coastal plain in Northeastern Buenos Aires province: hydrogeological characteristics." Doctoral thesis, Università Ca' Foscari Venezia, 2009. http://hdl.handle.net/10579/988.

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The concepts of sustainable development, integrated management of coastal zones, initiatives such as the Ramsar Convention, and in general all the efforts aimed at environmental conservation and recovery require information for decision-making. In this context, it is essential to understand the behaviour of environmental components and their interrelation. Data acquisition and information processing are usually expensive processes. Besides, they can last long periods of time. This thesis involves a sequence in which each step makes it possible to advance in better understanding of the different aspects of the coastal zone in NE of Buenos Aires (Argentina) hydrogeology, concluding in the proposal of a model. This model is the necessary basis for decision-making related to economic and social development of the analysed area. This area has an important industry activity. Starting from a geophysical survey, the construction of boreholes is undertaken in order to verify the lithological sequence of the aquifer system. Afterwards, a monitoring network is constructed, and data of levels enabling knowledge of flow conditions and the dynamic relation of aquifer levels are collected. These boreholes also enable us to obtain samples to be analysed and that characterise waters in the system. Moreover, it is possible to reconstruct the history of waters with environmental isotopes. The conclusions highlight the contribution of each technique to the construction of a model and the advantages of constructing a model integrating the information processed by the methodologies used. Finally, it should be noted that it is significant to know the features of natural resources in order to establish regional development policies.
I concetti di sviluppo sostenibile, gestione integrata delle aree costiere, iniziative come la "Ramsar Convention", e più in generale tutti gli sforzi indirizzati alla conservazione ed al recupero ambientale richiedono molteplici informazioni per un’attività decisionale. In questo contesto è essenziale comprendere il comportamento delle componenti ambientali e la loro interazione. L’acquisizione di dati e la elaborazione delle informazioni sono generalmente processi costosi. Inoltre, possono richiedere lunghi tempi di esecuzione. La tesi qui di seguito esposta prevede una sequenza di passi successivi, in cui ogni passo porta ad una maggiore comprensione dei differenti aspetti della idrologia nella zona costiera in NE di Buenos Aires (Argentina), convergendo in una proposta di modello concettuale idrogeologico. Questo modello è la base necessaria per l’assunzione delle decisioni relative allo sviluppo economico e sociale dell’area in esame. Partendo da una indagine geofisica, è necessaria la realizzazione di perforazioni per verificare la litologia del sistema acquifero. In seguito, viene costruita una rete di monitoraggio per mezzo della quale i dati di livello portano alla conoscenza delle condizioni di flusso e delle relazioni nella dinamica tra i livelli degli acquiferi. Questi pozzi per misure freatiche permettono di ottenere campioni d’acqua che, analizzati, caratterizzano le acque del sistema. Inoltre, è possibile ricostruire la storia delle acque attraverso gli isotopi ambientali. Le conclusioni evidenziano il contributo di ogni tecnica adottata alla costruzione di un modello ed i vantaggi derivanti dall’integrazione delle informazioni ottenute. Alla fine, si può concludere che è fondamentale conoscere le caratteristiche delle risorse naturali per indirizzare le politiche di sviluppo regionale.

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FORTE, EMANUELE. "SPERIMENTAZIONE DI METODI GEOFISICI INTEGRATI PER L'ANALISI E LA CARATTERIZZAZIONE DI ACQUIFERI IN AMBIENTI COSTIERI." Doctoral thesis, Università degli studi di Trieste, 2007. http://thesis2.sba.units.it/store/handle/item/12338.

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Colmenares, Jose B. "Pore-scale modelling of electrical phenomena in porous media with implications for induced polarization and self-potential methods." Doctoral thesis, Università degli studi di Padova, 2015. http://hdl.handle.net/11577/3424128.

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In this dissertation theoretical and numerical models are proposed for the induced polarization (IP) phenomenon. The theoretical model takes into account the contribution of Stern layer and membrane polarization in variably saturated sandy soils, while the numerical model can be used to get insight into the origins of the membrane polarization mechanism. In this dissertation the frequency-dependent bulk electrical conductivity of the porous medium is calculated using the Hashin-Shtrickman Average model, which describes the dielectric response of variably saturated porous media. Both stern and membrane polarization can be calculated independently, which allows us to study the effect of different physical parameters to each one. The results show that membrane polarization can be obscured by the Maxwell-Wagner polarization. The model was tested against data from laboratory measurements of sands with variable saturation and a good fit was obtained even though more work has to be done for low saturation levels. Then a numerical model is presented which uses the linearized Poisson-Boltzmann Equation to compute the electrostatic potential of an object in the presence of free ions. The solution is then used to calculate a the dielectric to be used on a numerical solver of Poisson’s equation to calculate the impedance of the system. This result corroborates the assumptions behind the Short Narrow Pore model, a simplified and yet effective model describing membrane polarization. The methodology used requires a much lower computational effort than solving the Poisson-Nerst-Planck equation since there are no coupled systems.
In questa tesi sono proposti modelli teorici e numerici per il fenomeno di polarizzazione indotta (IP). Il modello teorico prende in considerazione il contributo della polarizzazione dello strato di Stern e di membrana in terreni sabbiosi di saturazione variabile, mentre il modello numerico può essere utilizzato per ottenere una migliore comprensione degli origini dal meccanismo della polarizzazione di membrana. La conducibilità elettrica del mezzo poroso dipendente dalla frequenza viene calcolata utilizzando il modello Hashin - Shtrickman, che descrive la risposta dielettrica di mezzi porosi con saturazione variabile. Sia la polarizzazione di Stern e di membrana possono essere calcolati indipendentemente, cosa che ci permette studiare l’effetto di diverse parametri fisici. I risultati mostrano che la polarizzazione di membrana può essere oscurato dalla polarizzazione Maxwell - Wagner. Il modello è stato testato contro dati da misure di laboratorio di sabbia con saturazione variabile con buoni risultati anche se più lavoro deve essere fatto per i livelli di bassa saturazione. Il modello numerico presentato utilizza la equazione linearizzata di Poisson - Boltzmann per calcolare il potenziale elettrostatico di un oggetto in presenza di ioni liberi in soluzione. La soluzione viene quindi utilizzato per calcolare il dielettrico ad essere utilizzato su un risolutore numerico dell’equazione di Poisson per calcolare l’impedenza del sistema. Questo risultato avvalora le ipotesi alla base del modello short narrow pore, un modello semplificato ma efficace che descrive la polarizzazione di membrana. La metodologia utilizzata richiede uno sforzo computazionale molto inferiore che risolvere l’equazione di Poisson-Nerst-Planck poiché non esistono sistemi accoppiati.

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Spagnul, Stefano. "Sviluppo e sperimentazione di metodi innovativi per l'analisi del segnale con applicazioni alla geofisica ed ai controlli non distruttivi." Doctoral thesis, Università degli studi di Trieste, 2015. http://hdl.handle.net/10077/10923.

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2013/2014
La produzione dei semilavorati di acciaio è realizzata attraverso fasi diverse, che comprendono la fusione, la solidificazione e la deformazione a caldo. La fase di solidificazione avviene normalmente nella macchina di colata continua. In questo processo l’acciaio liquido, posto in un grande contenitore chiamato siviera, viene travasato in un polmone, chiamato paniera, che lo distribuisce alle linee di colata. Nella siviera l’acciaio è ricoperto di scoria liquida per proteggerlo dall’ossidazione, per ridurre la dispersione termica e per catturare le impurità flottanti. Quando lo svuotamento sta per completarsi, aumenta il rischio di trascinamento verso la paniera della scoria. Attualmente l’operatore umano attraverso l’uso dei propri sensi decide autonomamente di interrompere il flusso. Sarebbe invece utile disporre di sistemi automatici in grado di sostituirsi all’uomo in modo affidabile. Questa ricerca si pone l’obiettivo di esplorare sperimentalmente la possibilità di applicare tecniche di analisi comunemente applicate in geofisica per identificare l’evento catastrofico rappresentato dal passaggio della scoria. Per comprendere in maggior dettaglio gli spetti fisici coinvolti nel fenomeno è stato intrapreso anche lo studio di tecniche computazionali tipiche della CFD. L’attività di ricerca si è articolata nella realizzazione di un sistema hardware e software in tempo reale che è stato impiegato sia in impianti reali, sia in un modello in scala ad acqua. I risultati ottenuti, applicando la trasformata wavelet e il metodo degli attributi istantanei mediante la trasformata di Hilbert, hanno dimostrato la validità dell’approccio e aprono la strada a futuri approfondimenti.
XXVII Ciclo
1970

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37

Perri, Maria Teresa. "Time-lapse electrical resistivity tomography for the dynamic characterization of hydrogeological systems." Doctoral thesis, Università degli studi di Padova, 2012. http://hdl.handle.net/11577/3425454.

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The saturated and unsaturated zones deeper than a few meters from the surface are difficult to study using traditional hydrogeological techniques alone (conventional soil/water sampling, in-situ test, laboratory measurements): these techniques are invasive, can modify water circulation and may provide too sparse information about subsurface processes, due to the localized and limited nature of their dataset (based on few boreholes). This is the reason why non-conventional methods are gaining popularity; in particular, a key role is played by geophysical methods: they may provide 2D/3D information (both on the subsurface spatial structures - static information - and on the fluid presence and motion - dynamic information), are non-invasive (or minimally invasive), cost-effective, and faster than traditional hydrological techniques. The most commonly applied techniques are: electrical resistivity tomography (ERT), both from the surface and in boreholes and ground penetrating radar (GPR), again in surface and borehole applications. A wide range of hydrological and hydrogeological objectives may be achieved by geophysical methodologies. These objectives can be categorized into three important areas: 1) hydrogeological mapping, 2) hydrological parameter estimation, and 3) hydrological process monitoring. The first area (hydrogeological mapping) aims to define aquifer and aquitard geometry, water table level, fault and fracture zones, and fresh-salt water interfaces. Hydraulic conductivity K (i.e. the most important hydrological parameters) is largely controlled by the heterogeneity of the subsurface; therefore, the delineation of geological structures (paleo-channels, fractures, aquitards and aquicludes), that may constitute or not preferential flow paths becomes highly important in the characterization of the shallow subsurface. The second area (hydrological parameter estimation) concerns the quantitative approaches used to estimate water content, water quality, volumetric-effective parameters. In order to translate the geophysical data into information of hydrological use, two approaches in particular can be adopted: a. empirical relationships can be used to link measurable geophysical quantities (e.g. electrical resistivity or permittivity) directly to hydrological parameters (e.g. hydraulic conductivity); b. geophysical quantities are translated into hydrological quantities (e.g. moisture content or solute concentration) that are used in turn to calibrate hydrological models and determine hydrological parameters. The first approach is typical of early applications and is often of limited value due to inconsistent assumptions. The second approach (and the most common nowadays, also applied in this study) is conceptually more robust: it recognizes that hydrological parameters are defined by hydrological constitutive models and cannot be measured via techniques that are not based on the same physical–mathematical equations. The third area (hydrological process monitoring) consists of imaging subsurface property changes, caused by natural or forced processes. Time-lapse measurements (i.e. data re-acquired in the same place at different times) image the dynamic transformations and have therefore the possibility of investigating the flow and transport processes acting in the shallow subsurface. The data shown here concern the results obtained by this hydrogeophysic approach at three different (in terms of static and dynamic properties) experimental sites: the first two sites are both located in North-Eastern Italy (Veneto Region), in a water works well field near Valdobbiadene (Treviso) and in a natural reserve near Villaverla (Vicenza); the third pilot field is placed in a contaminated area in the northern part of the city of Trento (Trentino – Alto Adige Region), also known as “Trento-Nord” site. The three case - studies proved to be successful examples of the application of boreholes and surface geophysical techniques to support conventional hydrogeological and environmental methods, in the present case represented by saline tracer tests, in complex environments. The ERT surveys yielded important results in this sense, ERT being very sensitive to conductivity contrasts at depth and thus ranking as a powerful tool in studying subsurface dynamics; however, some difficult aspects related to data collection, inversion and interpretation have to be considered. We performed different pilot-scale tests to gain some general insight into the quality of information that can or cannot be retrieved by such an integrated application.
Come ormai noto, lo studio dei processi idrogeologici sub-superficiali risulta essere fortemente limitato qualora allo scopo si utilizzino esclusivamente tecniche idrogeologiche di tipo tradizionale (campionamento suoli/acque da foro, test in-situ, misure di laboratorio): tali tecniche hanno, infatti, sempre mostrato forti restrizioni in tale ambito, principalmente a causa della natura locale delle misure e dal disturbo indotto sui campioni, oltre che dal numero necessariamente vincolato di dati ottenibili. Queste le ragioni tali per cui metodi di tipo non convenzionale stanno acquisendo sempre più popolarità nell’ambito dello studio dei principali processi che interessano la zona satura e la zona insatura del sottosuolo; tra questi metodi, un ruolo di fondamentale importanza è in particolare giocato dalle tecniche di prospezione geofisica. I metodi geofisici si rivelano, infatti, molto utili in quanto, oltre ad avere carattere non invasivo (o minimamente invasivo) ed essere versatili e relativamente economici, hanno la capacità di descrivere due aspetti del mezzo indagato: aspetti statici, ovvero quelli che non variano nel tempo, legati principalmente alle caratteristiche geometriche e alle proprietà fisico-chimiche del mezzo; aspetti dinamici, che variano nel tempo in risposta ai cambiamenti nel grado di saturazione e nella chimica dei fluidi che attraversano il mezzo. Come testimoniato dalla recente letteratura reperibile in materia, le tecniche geofisiche più comunemente applicate ai fini di cui sopra sono: la tecnica di Tomografia di Resistività Elettrica (ERT), applicata sia da superficie sia da foro, e il metodo del Ground Penetrating Radar (GPR), anche in tal caso sia da superficie sia da foro. Gli obiettivi perseguibili nello studio delle caratteristiche geologiche e idrogeologiche dei sistemi sub-superficiali mediante l’applicazione delle tecniche di tipo geofisico sono vari, tuttavia suddivisibili in tre principali categorie: 1) mappatura dei sistemi idrogeologici, 2) stima dei parametri idrologici, 3) monitoraggio dei processi idrologici. La prima area (mappatura dei sistemi idrogeologici) persegue come scopi principali la definizione e caratterizzazione geometrica di acquiferi e acquitardi, l’individuazione ad ampia scala della profondità cui si attesta il livello freatico, la delineazione di zone di faglia e fratture, nonché la delimitazione dei limiti di interfaccia acqua dolce/acqua salata. Il parametro di conducibilità idraulica K (il quale risulta essere la variabile più importante negli studi idrogeologici) è fortemente controllato dalle eterogeneità che caratterizzano il sottosuolo; un’idonea rappresentazione delle strutture sepolte (paleo-alvei, fratture, acquitardi e acquicludi), le quali possono costituire percorsi di flusso preferenziale o ostacoli a quest’ultimo, diviene quindi essere di fondamentale importanza per la caratterizzazione del sottosuolo. La seconda area (stima dei parametri idrologici) riguarda l’approccio qualitativo e/o quantitativo utilizzato ai fini della stima dei parametri idrogeologici dei mezzi in esame. A tal fine, è possibile adottare due approcci differenti, in altre parole: a. collegare quantità geofisiche misurabili (e.g. resistività elettrica o permittività dielettrica) a parametri idrologici fondamentali (e.g. conducibilità idraulica) mediante relazioni dirette (di tipo empirico); b. tradurre quantità geofisiche misurabili (e.g. resistività elettrica, velocità sismica, permittività dielettrica) in quantità idrologiche (e.g. contenuto idrico nel non saturo, concentrazione di soluti nel saturo) utili alla calibrazione di opportuni modelli di flusso o di trasporto e, successivamente, a partire da questi procedere alla stima quantitativa dei parametri di interesse (e.g. conducibilità idraulica). Il primo approccia ritrova le prime applicazioni già a partire dagli anni ’80, mostrando tuttavia deboli risultati, soprattutto a causa del carattere limitativo di alcune assunzioni teoriche di base. Il secondo approccio (attualmente il più utilizzato) risulta essere, invece, concettualmente più robusto, in quanto riconosce il fatto che determinati parametri idrologici sono definiti unicamente sulla base di modelli costitutivi e non possono essere misurati mediante tecniche geofisiche (i.e. mediante tecniche basate su equazioni fisico-matematiche di natura diversa), neppure in maniera indiretta; dall’altro lato sottolinea che determinate altre quantità idrologiche, ovvero quelle definibili solo in termini di massa o di volume, tra le quali il contenuto idrico nel non saturo (i.e. il rapporto tra volume dell’acqua e volume totale del mezzo) e la concentrazione di soluti nel saturo, meglio si prestano ad essere determinate mediante le procedure geofisiche, in quanto direttamente correlabili alle quantità fisiche elementari da queste ultime misurate. La terza area (monitoraggio dei processi idrologici) consiste infine nella mappatura delle variazioni delle proprietà del sottosuolo nel tempo, ovvero delle variazioni causate da processi naturali o forzati. Le misure geofisiche in time-lapse (i.e. misure che prevedono l’acquisizione reiterata di dati nella stessa posizione spaziale ma ad istanti di tempo differenti) permettono lo studio delle trasformazioni dinamiche che interessano i mezzi in esame e quindi offrono la possibilità di investigare sui processi di flusso e di trasporto che agiscono nei primi metri al di sotto della superficie terrestre. I dati mostrati nel presente lavoro si riferiscono ai risultati ottenuti applicando tale approccio idrogeofisico in tre differenti siti sperimentali (in termini di proprietà statiche e dinamiche): i primi due siti sono entrambi collocati nell’Italia Nord – Orientale, all’interno della Regione Veneto, in particolare il primo all’interno del campo pozzi di Valdobbiadene (Treviso), il secondo nella riserva naturale di Villaverla (Vicenza); il terzo campo pilota è invece posto in un’area contaminata a nord della città di Trento (Regione Trentino – Alto-Adige), nota anche con il nome di “Area Trento – Nord”. I tre casi di studio di cui sopra si presentano come validi esempi di applicazione di tecniche di Tomografia di Resistività Elettrica da foro e da superficie a supporto di metodi idrogeologico/ambientali di tipo convenzionale, in questo caso rappresentati dalle prove con tracciante salino. La tecnica ERT ha mostrato, infatti, ottimi risultati in tale ambito nei vari siti sperimentali, essendo questa estremamente sensibile alle variazioni di conducibilità elettrica in profondità e quindi divenendo un importante strumento conoscitivo per le dinamiche sub superficiali; nel presente lavoro saranno tuttavia messi in luce anche aspetti negativi relativi a problematiche legate alla modalità di acquisizione, inversione e interpretazione dei dati ERT. Lo scopo principale del presente studio è di mettere in luce la qualità delle informazioni che possono o non possono essere ottenute da suddette procedure integrate.

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38

PIRODDI, LUCA. "Sistemi di telerilevamento termico per il monitoraggio e la prevenzione dei rischi naturali: il caso sismico." Doctoral thesis, Università degli Studi di Cagliari, 2011. http://hdl.handle.net/11584/266251.

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Bratus, Antonio. "MONITORAGGIO DI DISSESTI FRANOSI CON METODOLOGIA INTEGRATA BASATA SULL'USO DI SISTEMA RADAR INTERFEROMETRICO TERRESTRE (GBSAR)." Doctoral thesis, Università degli studi di Trieste, 2015. http://hdl.handle.net/10077/10925.

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2013/2014
L’analisi critica del monitoraggio di frane con l’utilizzo dell’interferometria radar da terra è stata lo scopo di questa tesi di dottorato di ricerca in geoscienze. Il progetto prende lo spunto dalla possibilità di poter coniugare le esigenze di una struttura preposta al monitoraggio di dissesti franosi, la disponibilità di tecnologie innovative non invasive e la loro fattibilità nel contesto regionale. L’idea di poter utilizzare ed analizzare criticamente i risultati di una serie di monitoraggi è stata quindi presa come linea guida per questo ciclo di dottorato di ricerca in geoscienze. Nell’ambito delle opere di prevenzione da calamità naturali, il Servizio geologico della Regione Autonoma Friuli Venezia Giulia, di cui l’autore è un componente, ha ritenuto di attivare il monitoraggio di tre frane ubicate nel territorio di competenza con l’utilizzo di misure di superficie eseguite con tecnologie basate sull’uso del sistema radar interferometrico con lo scopo di identificare delle zone caratterizzate da movimenti di versante, così da: • integrare le conoscenze pregresse sulla determinazione della forma ed estensione della massa in movimento nonché della distribuzione di pressioni e sforzi; • determinare gli spostamenti differenziali dell’area di frana; • stimare il campo di velocità e la sua interrelazione con fattori esterni quali piogge o temperatura; I siti individuati per questo piano di monitoraggio sono caratterizzati da diverse tipologie di dissesto e di condizioni al contorno. La loro designazione è stata fatta seguendo questo criterio guida. Considerando l’eterogeneità del territorio regionale sono stati scelti: • Ligosullo (UD): il sito in oggetto è rappresentato dal centro urbano di Ligosullo, caratterizzato da un fenomeno di instabilità generalizzato con tassi di deformazione dell’ordine di alcuni cm/anno; • Cimolais (PN): Il sito in oggetto è rappresentato una parete rocciosa, caratterizzata da fenomeni localizzati di crollo; • Erto e Casso, località La Pineda (PN): il sito in oggetto è rappresentato da una parte dell’accumulo di una paleo frana del monte Salta. Caratterizzato da una zona calanchiva in evoluzione, caratterizzata da frane superficiali diffuse. I motivi che hanno individuato il radar interferometrico terrestre come principale metodo di monitoraggio sono legati alle principali caratteristiche della tecnica, ovvero: • sistema remoto che consente di misurare spostamenti del fronte instabile senza la necessità teorica di installare riflettori artificiali e quindi di accedere direttamente alla zona instabile; • capacità di fornire mappe di spostamento dell’intero versante; • misure in near real time: è possibile elaborare i dati acquisiti in maniera automatica e fornire i risultati in tempo quasi reali (con pochi minuti di ritardo rispetto all’acquisizione); • misure in qualsiasi condizione meteorologica, sia di giorno che di notte grazie all’uso di un sistema radar; • misure ad elevata accuratezza (tra il decimo di millimetro ed il millimetro in funzione della distanza) nate dall’applicazione della ricerca spaziale, che consente di determinare l’entità dello spostamento di un oggetto confrontando le informazioni di fase delle onde elettromagnetiche riflesse dall’oggetto in diversi istanti di tempo.
XXVI Ciclo
1970

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40

Boaga, Jacopo. "Seismic noise and controlled source surveys: tools for seismic hazard deterministic approach (field measurements in Venice Plain, Italy)." Doctoral thesis, Università degli studi di Padova, 2008. http://hdl.handle.net/11577/3425085.

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The work concerns the study of surface wave dispersion in order to infer shear wave structural model of a Venice Plain area, Italy. Wave dispersion is studied using controlled source survays and seismic noise cross correlation. The study involves also local earthquakes monitoring and HVSR technique. The structural model obtained is used to compute a detrministic hazard seismic scenario of the studied area.

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41

BIGNARDI, Samuel. "Complete Waveform Inversion Approach To Seismic Surface Waves And Adjoint Active Surfaces." Doctoral thesis, Università degli studi di Ferrara, 2011. http://hdl.handle.net/11392/2388824.

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The idea to exploit the dispersive mechanism of surface waves as a probing tool for investigating subsurface structure was introduced about 30 years ago, and afterwards a very intense research field has developed. Currently many methods known generally as Surface Wave Methods exist, and are well established, most of them assuming layered or depth dependent ground models. In most cases the parallel layer assumption is correct because the soil structure is expected to negligibly depart from a layered structure at a typical surface testing scale for engineering and geotechnical purposes however to exploit the amount of information achievable, it is necessary to extend the research, relaxing at least one of the underlying model assumptions. Indeed in classical SWM’s, surface waves are assumed to be Rayleigh waves, this means that a parallel layered model has been implicitly assumed. As a consequence search for a soil model geometry other than the assumed one can only result in slight perturbations. The only possible deduction is that overcoming limitations of layered models requires to exploit P and S waves which are indeed general solutions of the elastodynamic problem. Geometry can then be retrived by a complete waveform inversion based on a forward model capable of successfully reproducing all of the features of the displacement field in presence of complex scattering phenomena. In this research effort an inversion approach has been introduced which exploits the Boundary Element Method as forward model. Such approach is appealing from a theoretical point of view and is computationally efficient. Although in the present work a monochromatic signal traveling in a system constituted by a layer over an half space was investigated, this method is suitable for any number of layers, and multi-frequency environments. The boundary element approach can be easily generalized to three-dimensional modeling; moreover viscoelasticity can be introduced by the elasticviscoelastic principle of correspondence. Finally BEM can be easily implemented for parallel computing architecture. Synthetic cases of high and low impedance Jump were investigated for typical SWM setups and a first example of application on real data was performed. Finally an elegant analytic form of the minimization flow named Adjoint Active Surfaces was obtained combining Computer Vision technique of Active surfaces and the Adjoint Field method.

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42

Mazza, Isabella. "Sviluppo e sperimentazione metodi innovativi di imaging e caratterizzazione ad alta risoluzione basati su onde di Rayleigh." Doctoral thesis, Università degli studi di Trieste, 2015. http://hdl.handle.net/10077/10922.

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2013/2014
Questa tesi di Dottorato rappresenta la prosecuzione e l'approfondimento delle ricerche che ho iniziato nell'ambito della tesi di Laurea Specialistica in Fisica, nella quale ho studiato a livello numerico e sperimentale le modalità di propagazione di onde di Rayleigh ultrasoniche su superfici metalliche e in mezzi stratificati. Nel presente lavoro di tesi ho approfondito le tecniche di deconvoluzione basate su filtri di Wiener con l'obiettivo di estenderne l'applicazione al trattamento degli ecogrammi ultrasonici caratteristici dei controlli non distruttivi. In questo contesto, ho elaborato una versione ottimizzata dell'algoritmo di spiking deconvolution, che si è dimostrata efficace nelle riduzione del riverbero degli ecogrammi sperimentali. Il lavoro di ricerca relativo al trattamento del segnale è stato complementato da uno studio sperimentale che mi ha consentito di approfondire alcuni aspetti fondamentali della fisica e della tecnologia degli ultrasuoni. In particolare, ho dedicato una parte consistente del lavoro di ricerca alla costruzione e all'ottimizzazione di sonde a ultrasuoni per la generazione di onde longitudinali e di Rayleigh; ho potuto selezionare i materiali ottimali nel corso di uno studio dedicato, condotto in collaborazione con il gruppo di ricerca del Prof. Cesàro, attivo presso il Dipartimento di Scienze della Vita dell'Università degli Studi di Trieste: lo studio ha permesso di analizzare le proprietà termiche dei diversi materiali costituenti le sonde tramite misure di calorimetria differenziale a flusso di calore (DSC). Dopo la fase di costruzione, caratterizzazione e ottimizzazione, ho utilizzato le sonde ultrasoniche per studiare sperimentalmente le modalità di generazione, propagazione e ricezione degli ultrasuoni in sistemi stratificati multifase, costituiti da domini solidi e liquidi. In particolare, ho approfondito il meccanismo di interazione delle onde di volume e di Rayleigh ultrasoniche con una lega bassofondente allo stato liquido. Lo studio sperimentale mi ha permesso di acquisire la sensibilità operativa e critica necessaria per una corretta interpretazione dei segnali misurati, creando la premessa per la successiva analisi dedicata al trattamento del segnale e all'elaborazione di un algoritmo per la riduzione del riverbero. L'algoritmo è stato implementato in Matlab e validato su segnali sintetici e sperimentali, dimostrandone l'efficacia nella riduzione del riverbero e nell'aumento della risoluzione temporale del segnale. I risultati ottenuti potranno essere sviluppati ulteriormente in uno studio successivo, nel quale potranno essere applicati alla ricostruzione tomografica di interfacce complesse di interesse nell'ambito dei controlli non distruttivi.
XXVII Ciclo
1985

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43

Busato, Laura. "Non-invasive monitoring and numerical modeling of the Soil-Plant continuum." Doctoral thesis, Università degli studi di Padova, 2017. http://hdl.handle.net/11577/3425720.

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The Earth’s critical zone (ECZ) is the near-surface domain that regulates the availability of most life-sustaining resources. Among all the subdomains of the ECZ, a crucial role is played by the Soil-Plant continuum (SP), as it is a major performer of the exchanges of mass and energy between soil and plants (and then atmosphere). However, despite its importance and its strong interconnection with human activity, the characterization of this subdomain is still in an early stage, mainly because of the lack of spatial and temporal information regarding the occurring processes. To overcome this issue, we present the combination of geophysical measurements and hydrological modeling in the framework of a hydrogeophysical approach, with the aim of characterizing the active root zone, i.e. the portion of the root system involved in the water uptake. In fact, the water uptake is performed by root hair, the microscopic cell outgrowths whose location is difficult (if not impossible) also after the removal of the root system from the soil. Nevertheless, determining its position is fundamental not only for merely scientific purposes, but most of all for practical applications, as it affects the performing of precision irrigation. Therefore, in this work I propose the identification of the active root zone on the basis of its main effect, i.e. the reduction of soil water content over time. This is achieved by means of 3-D small-scale electrical resistivity tomography (ERT) carried out combining superficial and borehole electrodes. We monitored the processes occur-ring in the root zone of three orange trees located in south-eastern Sicily. These trees are drip irrigated according to different deficit irrigation techniques to improve the exploitation of the water resource, while the plants’ transpiration is monitored thanks to sap flow and eddy covariance measurements. More in detail, in the first case study ERT measurements before and after the cut of the tree are compared, while in the second case study the ERT monitoring is focused on two orange trees drip irrigated with different treatments (i.e. full irrigation and partial root drying). The datasets thus obtained provide interesting insights into the root system activity, given their abundance of information regarding both atmospheric and underground phenomena (i.e. transpiration and root water uptake, respectively). In particular, the ERT time-lapse approach well highlights the portions subject to a decrease in water content, which can be related to the water uptake put in place by the plants. Nevertheless, the interpretation of the resistivity patterns, although combined with agronomic information, can be rather intricate. A proper hydrological modeling provides a solution to this problem, even if choosing the most suitable approach requires a specific mathematical analysis. To do this, we developed a synthetic case study with two identical hydrological models, one of which describing also the activity of an orange tree. These models resemble the real datasets provided by the ERT measurements, without all the uncertainties introduced by the geophysical acquisition and the model calibration. The location of the active root zone is reconstructed from the combination of these two models by means of Taylor series expansion, with particular reference to the effects of the approximation thus introduced. The final aim is to evaluate the proposed numerical procedure for a future application on one of real case study presented in this work.
La Earth's critical zone (ECZ) rappresenta la porzione più esterna del pianeta Terra ed è sede di numerosi processi che regolano la disponibilità della maggior parte delle sostanze necessarie alla vita. Tra i vari sottodomini in cui essa può essere suddivisa, il continuum Suolo-Pianta (SP) svolge un ruolo cruciale, in quanto è uno dei maggiori regolatori degli scambi di massa ed energia tra suolo e piante (e quindi atmosfera). Nonostante la forte interconnessione con l'attività umana, la caratterizzazione del SP è ancora in una fase embrionale, principalmente legata alla mancanza di informazioni sia spaziali che temporali riguardo ai processi che lo caratterizzano. In questo lavoro presentiamo quindi una combinazione di tomografia di resistività elettrica (ERT) e modellazione idrologica secondo l'approccio idrogeofisico, con l'obiettivo di caratterizzare la "active root zone", ossia la porzione del sistema radicale coinvolta nel processo di assorbimento di acqua dal suolo. Più nel dettaglio, questo processo è messo in atto dai peli radicali, delle microscopiche estroflessioni la cui localizzazione è difficile (se non impossibile) anche in seguito alla rimozione del sistema radicale dal suolo. Ciononostante, la sua localizzazione è fondamentale soprattutto da un punto di vista agronomico, poiché necessaria per una corretta applicazione delle tecniche di irrigazione di precisione. In questo lavoro presento quindi due casi studio in cui l'active root zone è identificata sulla base del suo effetto principale, ossia la diminuzione di contenuto idrico del suolo. I casi studio presentati comprendono tre alberi d’arancio situati nel sud-est della Sicilia ed irrigati mediante diverse tecniche di microirrigazione (nota anche come "irrigazione a goccia"). In particolare, nel primo caso studio sono comparate misure ERT acquisite prima e dopo il taglio della pianta, mentre nel secondo caso studio il monitoraggio ERT è focalizzato su due aranci irrigati con diverse tecniche (piena irrigazione e disseccamento parziale delle radici). Il monitoraggio ERT dei processi in atto è effettuato sulla piccola scala (cioè sulla singola pianta) grazie alla combinazione di elettrodi superficiali ed in pozzo, permettendo così una acquisizione ed una rappresentazione tridimensionale del dato geofisico. Parallelamente ha luogo anche il monitoraggio agronomico, grazie al quale la traspirazione è determinata mediante misure di sap flow e di eddy covariance. I dati così ottenuti forniscono molte informazioni rispetto ai diversi processi in atto, sia atmosferici (traspirazione), che nel sottosuolo (assorbimento di acqua dal suolo). In particolare, il monitoraggio ERT in time-lapse è in grado di mostrare quali porzioni del dominio investigato siano soggette ad una diminuzione del contenuto idrico, la quale può essere collegata all’attività radicale. Nonostante la quantità e qualità dei dati a disposizione, l'interpretazione dei risultati (specialmente in termini quantitativi) risulta comunque piuttosto complessa. Una soluzione può essere fornita da un'appropriata modellazione idrologica, sebbene la scelta dell’approccio migliore richieda una specifica analisi matematica. Sotto quest’ottica abbiamo sviluppato un caso sintetico costituito da due modelli idrologici identici, dove uno quali descrive anche l'attività di una pianta d'arancio. Questi modelli hanno lo scopo di ricreare dei dataset riconducibili all'output delle misure ERT, senza però tutte le incertezze introdotte dall’acquisizione geofisica e dalla calibrazione del modello. La ricostruzione della "active root zone" è quindi ottenuta dalla combinazione di questi due modelli mediante l'espansione in serie di Taylor, con particolare attenzione alle approssimazioni così introdotte. L'obiettivo finale è quello di valutare questa procedura numerica per una futura applicazione ad uno dei casi studio reali presentati in questo lavoro.

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CALCINA, SERGIO VINCENZO. "Ambient vibration measurements for non-destructive evaluation of structures by means of seismic methods and ground-based microwave interferometry." Doctoral thesis, Università degli Studi di Cagliari, 2015. http://hdl.handle.net/11584/266845.

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This thesis collects the results of the researches carried out during the Ph.D. course in “Technologies for the Conservation of Architectural and Environmental Heritage” into the School of Civil Engineering and Architecture of the University of Cagliari. The main topics of this research are focused on the experimental dynamic analysis of the structures with prevalent, but not exclusive, interest for the analyses of historic structures. The research deals with several issues concerning both the experimental measurements and the relationships between vibration properties and structural features and materials. The study starts with an introduction, developed into the first chapter, where the general principles of the experimental dynamic analysis methods of structures are presented and summarised, especially for the passive techniques based only on ambient vibrations records. The next chapter presents and describes the main features of the Ground-based Radar Interferometry to perform remote measurements of vibrations, using the phase difference between reflected signals coming from the surface of the same object inside the radar scenario. This technique has been developed in relatively recent years and has seen a considerable spread thanks to the short time need for the measurements and for the capability to retrieve reliable time series of displacement without any contact sensors above the structures. Furthermore the vibration data, acquired with both conventional systems (such as seismic sensors, velocimeters, accelerometers, etc.) and the microwave interferometer IBIS-S (Image By Intereferometry Survey), have been compared. Different case studies have been examined and critically discussed in the following chapters. In particular, chapter three is focused on the analysis of the vibration properties of an earthquake damaged bell tower located near the epicenter of the Emilia earthquake. Both ex ante and ex post conditions respect to the seismic induced damage have been compared. For this purpose a non-contact dynamic survey has been carried out by means of the radar interferometry method. The campaign of measurements has been conducted after the earthquake to describe the dynamic behaviour of the structure with open fractures pattern and with significant structural damages. Finally, a Finite Element model of the structure has been done in order to compare the actual dynamic response of the tower with that one of the undamaged structure. Chapter four looks at the influence of the vibration artificially induced by the coordinated movement of twenty people to improve main dynamic properties identification of the structure. In this case, the measurements have been carried out using the radar sensor by means of four stations located around the examined structure, the Leaning Tower of Pisa. The measurements have been performed in both operational mode using only wind induced vibrations and also with the artificial human forcing, applied at the top floor of the tower. Chapter five describes both the experimental measurements and the numerical modelling carried out in order to derive the dynamic features of two similar bell towers. The comparison between the dynamic behaviour of the towers is aimed at studying the influence of the mechanical properties of different construction materials. In fact, the towers are symmetrically built on both sides of the main façade of a church but the two structures are made using different materials and with different construction techniques. The oldest tower is a stone masonry building and the second one is a Reinforced Concrete structure. In this case, the analyses have been carried out using vibration data acquired by means of both available systems, i.e. the IBIS-S radar interferometer for the 2 measurements related to the upper parts of the structure (not easily accessible) and some seismic transducers for the stations located inside of the building. Chapter six finally presents the vibration measurements performed on a double curvature arch dam with different reservoir water level in order to analyse the variation of the linear dynamic response of the structure related to the water level height on the upstream side of the dam. The experimental surveys are described and the comparison with a numerical modelling is shown.

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Fiaschi, Simone. "Differential Radar Interferometry Applied to the Detection and Monitoring of Geological Hazards." Doctoral thesis, Università degli studi di Padova, 2017. http://hdl.handle.net/11577/3424575.

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We live in a constantly changing environment, characterized by climate changes, extreme weather events and the occurrence of more frequent geological hazards that have a strong negative impact on the territory and society, interrupting services, damaging buildings and infrastructure and jeopardizing the life of millions of people worldwide. For this reason, there is the need to build a society resilient to natural-hazards, which can understand how the natural system behaves and responds to natural and human-induced modifications and can adapt to these changes. The monitoring of the territory is necessary to comprehend the triggering factors and the mechanisms of geological hazards and to plan the most suitable actions to prevent and mitigate the risk. The monitoring of geological hazards with conventional ground-based techniques such as Global Positioning System (GPS) and levelling is usually expensive and time consuming, which limits the number of measured points and the overall duration of the surveys. One of the best way to overcome to these problems is to use remote-sensing techniques to monitor large portion of territory reducing operating costs and time. Advanced Differential Synthetic Aperture Radar Interferometry (A-DInSAR) is one of the best tool to monitor and study ground displacements over very large portions of territory in a cost-effective way. In this Doctoral Thesis, we applied A-DInSAR to the monitoring of the geological instabilities occurring in different areas characterized by unique geological and environmental features. The selected areas include different environments such as vegetate territories, low and steep topography, coastal areas, salty deserts, urbanized land, each of them affected by hazards of natural and anthropic origin such as landslides, subsidence and karstic activity. In each case study, the monitoring activity presented its own challenges that were overcome adopting specific technical solutions in the data processing and management. The aim of this work is to give an overview of the potential of A-DInSAR techniques when applied to the study of geological hazards in different environments. This can be useful to show to local Authorities that A-DInSAR can be fully integrated as part of the activities carried out to manage the territory and to prevent and mitigate the risk related to geological hazards.
Viviamo in un mondo in costante evoluzione, caratterizzato da cambiamenti climatici, eventi naturali estremi e dal verificarsi di sempre più frequenti catastrofi di natura geologica che hanno forte ripercussione sul territorio e sulla società, con l’interruzione di servizi, danni alle strutture e infrastrutture mettendo a rischio la vita di milioni di persone in tutto il mondo. Per questo c’è la necessità di costruire una società resiliente al rischio geologico e che sia in grado di capire in che modo la natura reagisce e si adatta ai cambiamenti sia naturali che causati dalle attività umane. Il monitoraggio del territorio è essenziale per riuscire a comprendere i meccanismi che portano al verificarsi di un evento e in questo modo riuscire a prevenire e mitigare il rischio con azioni ed opere adatte. Il monitoraggio e lo studio di eventi geologici quali subsidenze e frane attraverso tecniche geodetiche da terra come per esempio Global Positioning System (GPS) e livellazione è solitamente molto dispendioso sia in termini di tempo che di denaro, fattore che limita notevolmente il numero di misurazioni che si possono effettuare e la durata complessiva delle attività di monitoraggio. Uno dei metodi migliori per ovviare a questi problemi è l’utilizzo di tecniche di remote-sensing che permettono di investigare aree molto vaste con tempi e costi molto ridotti. Le tecniche Avanzate di Interferometria Radar Differenziale ad Apertura Sintetica (A-DInSAR) sono uno dei migliori strumenti per poter studiare i movimenti della superficie terrestre sia a scala regionale che locale con misurazioni ad elevata accuratezza e precisione in maniera economicamente vantaggiosa. In questa Tesi di Dottorato, le tecniche A-DInSAR sono applicate allo studio fenomeni geologici in diverse aree di studio. Le aree scelte comprendono zone densamente vegetate, pianeggianti e montuose, aree costiere e deserti salati, ognuna delle quali soggetta a instabilità sia naturali che antropiche come frane, subsidenze e fenomeni derivanti da attività carsica. L’applicazione di queste tecniche nei diversi contesti ha presentato difficoltà e sfide che sono state superate adottando specifiche soluzioni durante l’elaborazione dei dati satellitari. Lo scopo principali di questo lavoro è quello di mostrare le potenzialità delle tecniche A-DInSAR applicate in diversi contesti geologici e mostrare quali informazioni possono essere ottenute dall’utilizzo di dati SAR e quale contributo tali informazioni possono portare nell’ambito della pianificazione ambientale e territoriale. Questo può essere molto utile per dimostrare alle Autorità come l’integrazione di monitoraggi basati su tecniche A-DInSAR all’interno delle opere di prevenzione e mitigazione del rischio idrogeologico sia necessario per uno sviluppo sostenibile del territorio.

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Shumilova, Oleksandra. "Neglected aspects in the alteration of river flow and riverine organic matter dynamics: a global perspective." Doctoral thesis, Università degli studi di Trento, 2018. https://hdl.handle.net/11572/368183.

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In the current era of the Anthropocene, human activities are powerful forces that affect the geosphere, atmosphere, and biosphere â€“ globally, fundamentally, and in most cases irreversibly. In freshwaters, land use change, chemical pollution, decline in biodiversity, spread of invasive species, climate change, and shifts in the hydrological regime are among the key drivers of changes. In the 21st century, major water engineering projects such as large dams and water diversion schemes will fundamentally alter the natural hydrological regime of entire landscapes and even continents. At the same time, the hydrological regime is the governing variable for biodiversity, ecosystem functions and services in river networks. Indeed, there will be an increasing conflict between managing water as a resource for human use and waters as highly valuable ecosystems. Therefore, research needs to unravel the challenges that the freshwaters are facing, understand their potential drivers and impacts, and develop sustainable management practices â€“ for the benefit of humans and ecosystems alike. The present thesis focuses on three currently understudied alterations in flow and material dynamics within river networks, namely (i) on the dynamics of floating organic matter (FOM) and its modification in dammed rivers, (ii) on river intermittency and its effects on nutrient and organic matter (OM) dynamics, and (iii) on major future water transfer schemes. Massive construction and operation of dams cause modification of water flow and material fluxes in rivers, such as of FOM. FOM serves as an essential component of river integrity, but a comprehensive understanding of its dynamics is still lacking. River damming, climate change and water extraction for human needs lead to a rapid expansion in number and extent of intermittent rivers worldwide, with major biogeochemical consequences on both regional and global scales. Increased intermittency of river networks also forces people to implement engineering solutions, such as water transfer schemes, which help to supply water to places of demand. Water transfer projects introduce artificial links among freshwater bodies modifying the hydrological balance. Impacts of abovementioned activities on freshwaters have been assessed in single case studies. However, the current knowledge does not allow a generalization of their globally applicable meaning for ecosystems. Furthermore, mostly neglected aspects of these alterations, such as the potential consequences of FOM extraction from rivers, the biogeochemical role of intermittent rivers upon rewetting, and the current scale of water transfers require better understanding before bold conclusions could be made. By combining research methods such as extensive literature reviews, laboratory experiments and quantitative analyses including spatial analyses with Geographic Information Systems, I investigated (1) the natural cycle, functions, and amounts of FOM in rivers fragmented by dams, (2) effects of rewetting events on the pulsed release of nutrients and OM in intermittent rivers and ephemeral streams (IRES), and (3) the potential extent of water transfer megaprojects (WTMP) that are currently under construction or in the planning phase and their role in modifying the global freshwater landscape. In all three cases, I provide a global perspective. The role of FOM in rivers as a geomorphological agent, a resource, a dispersal vector and a biogeochemical component was investigated based on an extensive literature review. Collected information allowed for conceptualizing its natural cycle and dynamics, applicable to a wide range of rivers. Data on FOM accumulations at 31 dams located within catchments of 13 rivers showed that damming leads to FOM entrapment (partly or completely) and modifies its natural cycling. The results of a spatial analysis considering environmental properties revealed that catchment characteristics can explain around 57% in the variation of amounts of trapped FOM. Effects of rewetting events on the release of nutrients and OM from bed sediments and course particulate organic materials (CPOM) accumulated in IRES was studied in laboratory experiments. Using a large set of samples collected from 205 rivers, located in 27 countries and distributed across five major climate zones, I determined the concentrations and qualitative characteristics of nutrients and OM released from sediments and CPOM. I also assessed how these characteristics can be predicted based on environmental variables within sampled IRES. In addition, I calculated area-specific fluxes of nutrients and OM from dry river beds. I found that the characteristics of released substances are climate specific. In the Continental zone I found the highest concentrations of released nutrients, but the lowest quality of OM in terms of its potential bioavailability. In contrast, in the Arid zone the concentrations of released nutrients were the lowest, but the quality of OM the highest. The effect of environmental variables on the concentrations of nutrients and the quality of OM was better predicted for sediments than for other substrates with the highest share of explained variance in the Continental and Tropical zones. On the global scale, dissolved organic carbon, phenolics, and nitrate dominate fluxes released during rewetting events. Overall, this study emphasized that on the global scale rewetting events in IRES represent biogeochemical â€œhot momentsâ€ , but characteristics of released nutrients and OM differ greatly among climate zones. The present thesis fills also a major knowledge gap on the global distribution of large water transfer schemes (referred to as â€œmegaprojectsâ€ ) that are actually planned or under construction. To provide an inventory of WTMP, I collected data from various literature sources, ranging from published academic studies, the official web-sites of water transfer projects, environmental impact assessments, reports of non-governmental organizations, and information available in on-line newspapers. In total, 60 WTMP were identified. Information on spatial location, distances and volumes of water transfer, costs, and purposes of WTMP was collected and compared with those of existing schemes. The results showed that North America, Asia and Africa will be the most affected by future WTMP having the highest densities of projects and the largest water transfer distances and volumes. If all projects were completed by 2050, the total water transfer distances would reach 77,063 km transferring more than 1,249 km3 per year, which corresponds to about 20 times the annual flow of the river Rhine. The outcomes of the thesis provide major implications for environmental management. Natural FOM is an important component for sustaining the ecological and geomorphic integrity of rivers and, therefore, should be managed appropriately. Intermittent rivers must be considered in models quantifying nutrient and OM fluxes in river networks. First flush events in particular release huge amounts of nutrients and OM, which may cause dramatic metabolic effects on downstream receiving waters. Finally, the future WTMP alter the hydrological balance of entire river basins and continents. They require multiple assessments before construction and careful management practices for sustainable operation in order to consider both freshwater as a resource as well as freshwaters as pivotal ecosystems.

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47

Gervasio, Isabella. "Caratterizzazione di sito per la gestione delle risorse idriche sotterranee mediante metodi geofisici integrati." Doctoral thesis, Università degli studi di Trieste, 2012. http://hdl.handle.net/10077/7342.

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2010/2011
Il presente lavoro affronta lo studio di due problematiche idrogeologiche complesse e molto diverse tra loro, mediante un approccio geofisico integrato con le indispensabili indagini geologiche e idrogeologiche: (1) caratterizzazione delle risorse sotterranee solforose in ambiente montano al fine di localizzare una o più aree adatte alla perforazione e quindi all’estrazione di acque solforose; (2) caratterizzazione idrogeofisica di un area golenale soggetta a forti eterogeneità locali che possono influenzare il flusso, alterando consistentemente la conduttività idraulica. I risultati delle indagini geofisiche costituiscono nei casi descritti un indispensabile supporto funzionale per comprendere approfonditamente le aree studiate con particolare riguardo alla ricostruzione dei sistemi acquiferi, circuiti idrogeologici e disponibilità di risorse idriche e termali al fine di realizzare un'azione progettuale ingegneristica mirata e consistente.
XXIV Ciclo
1977

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48

BARTKOWIAK, PAULINA. "DEVELOPMENT OF A NEW LAND SURFACE TEMPERATURE PRODUCT FOR IMPROVING SATELLITE-BASED EVAPOTRANSPIRATION MODELLING IN THE EUROPEAN ALPS." Doctoral thesis, Università degli Studi di Milano-Bicocca, 2022. http://hdl.handle.net/10281/374721.

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Le Alpi sono state colpite dall'intensificarsi della siccità meteorologica negli ultimi anni. A causa delle mutevoli condizioni climatiche, la regione è vulnerabile alle deviazioni nel ciclo dell'acqua, che possono essere osservate nel contesto delle anomalie dell'evapotraspirazione (ET). La temperatura della superficie terrestre (LST) è un fattore chiave nella regolazione dello scambio di acqua ed energia tra terra e atmosfera, che la mette in relazione direttamente con ET. Lo sviluppo di modelli di bilancio energetico a due fonti (TSEB) guidati da dati di telerilevamento termico ha dato un contributo significativo alla stima dell'ET su larga scala. Tuttavia, la loro risoluzione spaziale grossolana e la sensibilità degli strumenti TIR alle condizioni del cielo nuvoloso li rendono insufficienti per ecosistemi complessi, come le regioni di montagna. Per superare queste limitazioni, questa tesi è servita per sviluppare un nuovo prodotto della temperatura della superficie terrestre in cielo sereno con una risoluzione spaziale di 250 m, in alternativa ai dati MODIS LST di 1 km, per la stima dei flussi TSEB a risoluzione fine. Nella prima parte della tesi, lo squilibrio tra la risoluzione spaziale dei dati MODIS LST di 1 km è stato risolto applicando una procedura di sharpening per ottenere LST giornaliero a una risoluzione spaziale di 250 m. A causa delle ridotte capacità dei modelli statistici LST-VNIR in ecosistemi complessi, sono stati utilizzati predittori multi-sorgente, tra cui l'indice di NDVI e il DEM. Ispirato dalla superiorità dell'apprendimento automatico per problemi non lineari, sono state sfruttate le relazioni tra LST a risoluzione grossolana e predittori di 250 m con algoritmo a foresta casuale (RF). I risultati ottenuti indicano un miglioramento del 20% nell'accordo tra Landsat e l'affilato LST rispetto alle statistiche per il set di dati MODIS originale. I modelli LST hanno determinato un RMSE medio di 2,3°C e un MAE di 1,8°C. Al fine di ricostruire gli LST mancanti sotto le nuvole, l'autore ha proposto un nuovo approccio per prevedere i pixel non validi sfruttando la correlazione tra LST a terra e temperatura dell'aria in combinazione con variabili ausiliarie, ad esempio radiazione solare discendente, albedo e LAI sotto cieli nuvolosi a lungo termine. Considerando un'elevata dipendenza del sito determinata da diversi tipi di copertura del suolo, la ricostruzione LST è stata eseguita per stazioni aggregate che rappresentano tre gruppi di vegetazione: praterie, foreste e colture permanenti. Il gap-filling è stato eseguito con due passaggi: modellazione LST basata sul sito da variabili derivate dal suolo sotto cieli nuvolosi e quindi applicazione dei modelli adattati a predittori a griglia a livello di subpixel corrispondenti all'output ridotto. La ricostruzione ha ottenuto prestazioni affidabili con dati locali che producono R2 di 0,84 e RMSE di 2,12°C. Nell'ultima parte della tesi, le mappe LST risultanti sono state incorporate nel modello di bilancio energetico a due fonti di Priestley-Taylor per la stima dei flussi energetici a una risoluzione spaziale di 250 m. Innanzitutto, le prestazioni del modello forzato dalle temperature locali sono state valutate con flussi misurati da torri di eddy covariance. Le simulazioni di riferimento per il calore latente (LE) e sensibile (H) hanno prodotto un RMSE medio di 57 Wm-2 e un bias assoluto medio (MB) di 26 Wm-2. Successivamente, le stime del modello guidate da LST basati su satellite, ovvero il prodotto LST MODIS originale di 1 km e le mappe ridimensionate, sono state convalidate rispetto ai dati in situ. Flussi turbolenti modellati con LST di 250 m hanno portato a RMSE di 86 Wm-2 e MB di 55 Wm-2, che si sono tradotti in una diminuzione dell'8% e del 15% nei rispettivi errori rispetto alle stime TSEB combinate con l'LST MODIS originale.
The European Alps have been affected by intensification of meteorological droughts in recent years. Due to changing climatic conditions, the region is vulnerable to deviations in water cycling, which can be observed in the context of evapotranspiration (ET) anomalies. Land surface temperature (LST) is a key factor in regulating the exchange of water and energy between land and atmosphere, which directly relates it to ET. Development of two-source energy balance (TSEB) models driven by thermal remote sensing data has made a significant contribution to estimate ET at large scale. However, their coarse spatial resolution and sensitivity of TIR instruments to cloudy-sky conditions make them insufficient for complex ecosystems, such as mountain regions. To overcome these limitations, this thesis served to develop a new clear-sky land surface temperature product at 250 m spatial resolution, as an alternative to 1-km MODIS LST data, for estimating fine-resolution TSEB fluxes. In the first part of the thesis, imbalance between spatial resolution of 1-km MODIS LST data was solved by applying a sharpening procedure to obtain daily LST at 250-m spatial resolution. Due to reduced capabilities of LST–VNIR statistical models in complex ecosystems, multi-source predictors, including normalized difference vegetation index (NDVI) and digital elevation model (DEM) were used. Inspired by superiority of machine learning for non-linear problems, relationships between coarse resolution LSTs and 250-m predictors with random forest (RF) algorithm were exploited. The obtained results indicate an improvement of 20% in the agreement between Landsat and the sharpened LST compared to statistics for the original MODIS dataset. The LST models determined averaged RMSE of 2.3°C and MAE of 1.8°C. In order to reconstruct missing LSTs beneath the clouds, the author proposed a novel approach to predict invalid pixels by exploiting correlation between ground-based LST and air temperature in conjunction with auxiliary variables, e.g., downwelling solar radiation, albedo- and LAI-derived products under long-term cloudy-skies. Considering a high site dependency driven by different land-cover types, LST reconstruction was performed for aggregated stations that represent three vegetation groups: grassland, forest and permanent crops. The gap-filling was performed with two steps: site-based LST modelling from ground-derived variables under cloudy skies, and then applying the fitted models to gridded predictors at subpixel level corresponding to the downscaled output. The reconstruction achieved reliable performance with local data yielding R2 of 0.84 and RMSE of 2.12°C. In the last part of the thesis, the resulting LST maps were incorporated into two-source energy balance model of Priestley-Taylor for estimating energy fluxes at 250-m spatial resolution. First, the performance of the model forced by local temperatures was evaluated with measured fluxes from eddy covariance towers. The benchmark simulations for latent (LE) and sensible heat (H) yielded an averaged RMSE of 57 Wm-2 and mean absolute bias (MB) of 26 Wm-2. Next, the model estimates driven by satellite-based LSTs, i.e., original 1-km MODIS LST product and downscaled maps, were validated against in-situ data. Turbulent fluxes modelled with 250-m LSTs resulted in RMSE of 86 Wm-2 and MB of 55 Wm-2, which translated to 8% and 15% decrease in the respective errors when compared to TSEB estimates combined with original MODIS LST.

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Mocnik, Arianna. "Processing and analysis of seismic reflection data for hydrocarbon exploration in the plio-quaternary marine sediments." Doctoral thesis, Università degli studi di Trieste, 2012. http://hdl.handle.net/10077/7763.

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2010/2011
RIASSUNTO Durante i tre anni di Dottorato di Ricerca sono state studiate ed applicate delle specifiche tecniche di analisi del segnale sismico a riflessione mirate alla identificazione di livelli di idrocarburi all’interno di sedimenti marini Plio-Quaternari. Particolare attenzione è stata inoltre dedicata alla correlazione tra questi reservoir di idrocarburi e le strutture geologiche profonde che ne possono aver favorito l’accumulo. Le metodologie utilizzate sono costituite da: 1) metodi diretti, chiamati Direct Hydrocarbon Indicators, che si basano sull’osservazione delle caratteristiche acustiche di un riflettore legato a gas; 2) metodo AVO-Amplitude Variation with Offset, che si basa sull’analisi delle variazioni delle ampiezze di riflessione in funzione dell’offset, fortemente dipendente dalla presenza di idrocarburi; 3) calcolo degli attributi sismici, grazie al quale è possibile estrarre dall'onda sismica informazioni supplementari non direttamente evidenziate nei profili sismici standard osservabili dal dato originale, che contribuiscono a verificare la presenza di gas. E’ questo il caso analizzato nel Canale d’Otranto: lungo il profilo sismico MS-29 si sono riscontrate evidenze di possibili accumuli di idrocarburi all’interno della sequenza Plio-Quaternaria; gli attributi sismici sono stati applicati al bright spot osservato, sia in fase pre-stack che in fase post-stack; il metodo è risultato fondamentale per individuare le caratteristiche di ampiezza, fase e frequenza che caratterizzano un riflettore legato a idrocarburi. L’analisi AVO, ha consentito di rinvigorire l’ipotesi di un livello saturo a gas. Il bright spot osservato è ubicato in corrispondenza del margine della piattaforma carbonatica Apula. Questa avrebbe costituito l’elemento strutturale all'origine della deformazione dei sedimenti in una blanda anticlinale: in essa sarebbero stati intrappolati gli idrocarburi grazie allo sviluppo di fenomeni di compattazione differenziata tra i sedimenti di copertura di bacino e di piattaforma. Anche in Adriatico Centrale l’analisi di un possibile livello a gas lungo il profilo sismico ADRIA-95 ha fatto supporre l’esistenza di orizzonti saturi a gas all’interno della serie sabbiosa-argillosa Plio Quaternaria. In questo caso è stato effettuato l’analisi del bright spot mediante attributi sismici e AVO, i quali hanno confermato l’ipotesi. Oltretutto, sul dato sismico è stato eseguito il re-processing mirato alla definizione delle unità sedimentarie che caratterizzano la sequenza Post-Messiniana dell’area attraversata dal profilo. Sulla base dei risultati ottenuti è stato proposto l’utilizzo degli attributi per il miglior riconoscimento delle geometrie degli strati, da cui si è potuta affinare l’interpretazione dell’assetto geologico. Si è osservato nel dettaglio che l’evidenza di gas risulta collocata in corrispondenza di strati deformati da spinte profonde legate a domi salini triassici. Oltre a questi casi di studio, sono state effettuate delle analisi di possibili livelli saturi in gas riconosciuti lungo profili sismici ubicati nel Bacino Mediterraneo, in particolare nell'offshore della Sardegna Occidentale, nel Canale di Sicilia e nel Bacino Levantino. AVO e attributi sismici sono serviti a validare l’ipotesi di presenza di idrocarburi nei sedimenti Plio-Quaternari, valutando le correlazioni ai diversi contesti geologici in cui si sono impostati. L’effetto delle procedure è stata anche testata al caso specifico dei gas-idrati, con l’obiettivo di definire se un riflettore individuato lungo un profilo sismico della Penisola Antartica, potesse essere un bottom simulating reflector (BSR); questo rappresenta la tipica manifestazione sismica di gas idrato. Le procedure di AVO sono risultate efficaci anche in presenza di idrocarburi che si trovano in specifiche condizioni di temperatura, pressione e composizione. Le medesime procedure di analisi del segnale sismico sono state quindi applicate a dati che furono acquisiti con diverse sorgenti, modalità di registrazione e geometrie di acquisizione, in funzione dei diversi target da raggiungere. Grazie a ciò è stato possibile fare un confronto tra le varie risposte del metodo a questi “parametri" e giudicare le condizioni del dato originale che consentono di ottenere i risultati più soddisfacenti. L'insieme delle analisi effettuate conferma l'utilità di un approccio sempre più avanzato di analisi AVO e di Attributi Istantanei via via più complessi. Suggerisce inoltre l'opportunità di correlare la presenza di idrocarburi agli elementi geologici presenti, riconoscibili attraverso una accurata interpretazione del dato sismico.
ABSTRACT During the three years of the PhD course specific techniques of analysis of seismic reflection data have been studied and applied, aimed at identifying the hydrocarbon saturated levels within Plio-Quaternary marine sediments. Particular attention was also devoted to the correlation between these hydrocarbon reservoirs and some deep geological structures that have favored their accumulation. The used techniques consist of: 1) direct methods, called Direct Hydrocarbon Indicators, which are based on observation of the acoustic characteristics of a gas-related reflector; 2) AVO Amplitude Variation with Offset method, which is based on the analysis of amplitude variations as a function of the offset, strongly influenced by the presence of hydrocarbons; 3) estimation of seismic attributes, from which additional information, not directly evidenced in standard seismic data, can be extracted from the reflected wave, thus contributing to verify gas presence. A first case study has been analyzed in the Otranto Channel: evidences of possible hydrocarbon accumulations along the seismic profile MS-29 have been shown within the Plio-Quaternary sequence. Seismic attributes have been applied to the observed bright spots in both pre-stack and post-stack data; the method has resulted essential to identify the characteristics of amplitude, phase and frequency parameters, that usually contribute to define an hydrocarbon related reflector. AVO analysis has allowed to strengthen the hypothesis of a gas filled layer. The studied bright spots is located over the margin of the Apulia Carbonate platform. This would represent the structural feature at the origin of the sediments deformation in a gentle anticline: here, the hydrocarbons would be trapped due to the development of differential compaction phenomena between the sediments covering the basin and the platform. A possible gas saturated level identified along the seismic profile ADRIA-95 in the Central Adriatic suggested the existence of another reservoir within the Plio-Quaternary sediments. In this case study, the analysis of the bright spots has been achieved with application of seismic attributes and AVO, which have confirmed the hypothesis. Furthermore, re-processing of the seismic data was performed, aimed at the definition of the sedimentary units that characterize the post-Messinian sequence of the area. Based on the obtained results, the attributes analysis were also applied to the improvement of definition of the strata geometries: this allowed the refining of the interpretation. It has been observed, in detail, that the evidence of gas is placed in correspondence of deformed layers by pressures derived from deep Triassic salt domes. In addition to these case studies, some other analysis have been performed after the recognition of possible gas saturated horizons along seismic profiles located in the Mediterranean Basin, especially offshore of West Sardinia, Sicily Channel and in the Levantine Basin. AVO and seismic attributes have been used to validate the hypothesis of the presence of hydrocarbons in Pliocene-Quaternary sediments, also considering the correlations to the different geological contexts in which they are set. Finally, the effect of these procedures was also tested for gas-hydrates, with the aim of defining if a reflector observed along a seismic profile of the Antarctic Peninsula, could be a bottom simulating reflector (BSR), that represents the typical seismic manifestation of gas hydrate. The procedures for AVO are found to be effective even in the typical conditions of temperature, pressure and composition related to the BSRs. The same procedures of seismic signal analysis have been applied to data that were acquired with different sources, recording mode and acquisition geometries, depending on the different target to be reached. Thanks to that, the comparison among the different responses of the methods to these "parameters" has been possible, evaluating the conditions of the original data that could produce the most satisfactory results. All the applied methods confirm the utility of a more and more advanced approach for analysis of AVO and instantaneous attributes increasingly complex. It also suggests the opportunity to correlate the presence of hydrocarbons presence with the geological elements, identified through a rigorous seismic data interpretation.
XXIV Ciclo
1982

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BATTAGLIA, ENZO. "Seismic reflection imaging of near surface structures using the Common Reflection Surface (CRS) Stack Method." Doctoral thesis, Università degli Studi di Cagliari, 2014. http://hdl.handle.net/11584/266406.

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This PhD thesis aims to evaluate whether the Common-Refl ection-Surface (CRS) stack method can be considered as a more cost efficient processing alternative to the conventionally used Common Midpoint (CMP) stack method for processing of shallow and ultrashallow reflection data. The CRS stack is a seismic imaging method established for oil and gas exploration that is similar in concept to the conventional CMP stack method. Unlike the CMP stack, the CRS stack process is not confined to single CMP gathers (offset direction), but also includes neighbouring CMPs (midpoint direction) into the so-called CRS supergathers. The use of CRS supergathers enables stable \data-driven", i.e. without human interactions, velocity analysis and residual static corrections, avoiding the poorly-automated and time-consuming processing steps that are instead required when implementing conventional CMP processing. This makes the seismic imaging process more compatible with budgets available for near-surface geophysical investigations. Improving seismic imaging of near-surface reflection data, while at the same time reducing processing costs and human interaction during processing was the principal objective which guided my work. To investigate the advantages and limitations of exporting the CRS stack from the hydrocarbon exploration field to the near-surface scale, I have firstly analysed and adapted the characteristics of the CRS to the requirements of near-surface reflection data. Then, I have compared the results (seismic sections and velocity fields) obtained by processing with the CMP and the CRS stack methods for two real field datasets (P- and SH-wave)and two synthetic datasets that exhibited very large vertical velocity changes. Finally, I have proposed some original solutions that overcome several of the issues encountered when using CRS stack with near-surface data. The P-wave dataset was collected as part of a hydrogeological investigation with the aim of delineating the hydrogeological framework of a paleolake environment to a depth of few hundred metres. Using the CMP method, several nearly horizontal reectors with onsets from 60 to about 250 ms were imaged. The CRS stack produced a stacked section with greater coherency and lateral continuity than the CMP section, but also spurious alignments of seismic energy which hinder interpretation. Weighing the CRS stacked section with the corresponding CRS coherence and number of CRS stacked traces leads to a considerable reduction of the spurious alignments, resulting in a seismic section more suited to delineate the aquifer and its confining units. The SH-wave ultrashallow dataset was collected to support a geotechnical study to a depth of 10 m. The obtained CMP stacked section imaged a dipping bedrock interface below four horizontal re ectors in unconsolidated, very low velocity sediments. The vertical and lateral resolution was very high, so that despite the very shallow depth the resulting CMP stacked section showed the well-defined pinchout of two layers at less than 10 m depth. The CRS stack improved the continuity of the shallowest reector but showed an excessive smearing effect with some reector portions, including the pinchout, unresolved and not as well defined as in the (very detailed) CMP counterpart. Restricting the CRS stack process to single CMP gathers, preserving the CRS-supergather for the search of stacking parameters, produced a time section very similar to the CMP counterpart. In both cases, I swiftly obtained the CRS stacked sections in a fully automatic way, so with a cost/benefit ratio considerably more advantageous than that of the CMP sections, which required time-consuming prestack velocity analysis as well as residual static corrections. Moreover, using the kinematic wave field attributes determined for each stacking operation I reconstructed velocity fields matching the ones estimated with the CMP processing, even if this required a greater amount of work than that required to produce the CRS stacked sections. Finally, using two synthetic datasets, I addressed the issue of the crossing reection events that appear in data acquired in soils characterized by strong vertical velocity gradients. Although a matter debate for decades, this is an issue still unresolved by use of the conventional CMP method. Using the first synthetic dataset I showed that unlike in conventional CMP processing which cannot accurately process crossing reflection events without generating distortions and artefacts, the data-driven CRS stack imaging process considerably restricts their generation, limiting the reduction of signal-to-noise ratio and of temporal resolution in stacked traces. With the second synthetic dataset I simulated a data acquisition reproducing a case history with a high-velocity contrast in the first 5 m depth. The CRS results that I obtained from the modelled data demonstrated that the CRS stack method may be a reliable alternative for processing crossing reection events, definitely easier and faster than the construction of complicated velocity functions and/or the separated processing of the crossing events. By comparing these results with those obtained using the CMP method I obtained other interesting results, which, however, to validate would necessitate the use of real datasets. The findings of this present study demonstrates that the CRS stack could represent a significant step forward for the reduction of the costs involved in shallow and ultrashallow seismic reflection data processing, one which does not compromise the quality of results. Both these conditions being essential to the increased acceptance of the seismic reection method as a routine investigation method for use in shallow and ultrashallow seismics.

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