Resistenze al moto e fenomeni di mescolamento in correnti defluenti in alvei vegetati

Oggi, al contrario di una volta, la conservazione della vegetazione in alveo è considerata di grande importanza per la ecologia dei sistema naturali e artificiali. Per tale ragione, oggi lo studio degli effetti della vegetazione sul comportamento idrodinamico di un corso d’acqua costituisce una delle conoscenze basilare che si richiede ad ogni ingegnere idraulico. La Unità di Ricerca di Napoli in particolare propone un programma relativo allo studio delle interazioni fluido - vegetazione rigida con particolare attenzione sia alla determinazione delle resistenze al moto ed alle modifiche dei caratteri della turbolenza indotte dalla vegetazione (Linea di Ricerca 1), sia agli effetti della vegetazione sui fenomeni mescolamento e trasporto nel corso d’acqua (Linea di Ricerca 2). Linea di Ricerca 1) La vegetazione rigida sommersa, può essere considerata come una specie di scabrezza superficiale i cui effetti dipendono soprattutto da altezza, densità, distribuzione. L’Unità di Ricerca di Napoli si è già occupata di tale argomento con riferimento al comportamento di uno strato limite in presenza di un fondo vegetato. Quest’ultimo è stato realizzato sia mediante cilindri di ottone radi, disposti secondo regolari geometrie sia mediante un tappeto di erba fitta. All’interno di questa corrente, è stata misurata, lungo verticali collocate in successive sezioni, la distribuzione delle velocità medie locali. Da una opportuna elaborazione dei dati acquisiti, è stato possibile sia ottenere leggi adimensionali relativamente ai diversi schemi di vegetazione, sia valutare la loro scabrezza equivalente in sabbia. La linea di ricerca proseguirà secondo tre indirizzi: i) il primo sarà il completamento del lavoro svolto sullo strato limite ricercando modalità di adimensionalizzazone che consentano di ottenere distribuzioni di velocità indipendenti dai diversi schemi di vegetazione; ii) il secondo sarà relativo al problema della determinazione delle resistenze al moto: da un lato si effettuerà una calibrazione del metodo precedentemente ricordato per la valutazione della scabrezza equivalente in sabbia, e dall’altro si cercherà di determinare espressioni interpolari delle scabrezze equivalenti in sabbia in funzione delle caratteristiche della vegetazione, utilizzando sia misure sperimentali realizzate in sede sia dati di letteratura; iii) la terza infine sarà costituita dalla determinazione sperimentale, mediante tecniche LDA e PIV, delle statistiche idrodinamiche della turbolenza per una corrente defluente su fondo vegetato. Linea di Ricerca 2) Come accennato in premessa, la vegetazione influenza anche i processi di trasporto dei soluti, quali, ad esempio, inquinanti, in un canale a pelo libero. L’Unità di Ricerca di Napoli si è già occupata recentemente della simulazione del campo di moto e di concentrazione sia all’interno di una geometria 2D rappresentativa di una vasca di contatto alla quale è stato applicato un carico impulsivo di un soluto conservativo, sia di una geometria rettangolare 2D, che può in prima approssimazione riprodurre uno shallow flow, dove era presente in una certa sezione una immissione concentrante continua di un soluto, sia, infine, in canale rettangolare con zone morte laterali. Tali simulazioni sono state effettuate con un software commerciale che utilizza un approccio di tipo RANS. Nell’ambito di questa linea di ricerca si lavorerà su vegetazione emergente ai seguenti sviluppi: i) proseguire il lavoro sulla stima del coefficiente di mescolamento trasversale introducendo nella predetta geometria e nella corrispondente geometria 3D degli elementi assimilabili alla vegetazione fluviale; ii) mettere a confronto i diversi approcci di letteratura (eddy viscosity models, RSM, LES) nella simulazione di un canale rettangolare con una zona morta; iii) simulare il processo di scambio fra una zona morta ed un canale con vegetazione; iiii) effettuare esperienze di laboratorio, utilizzando la sonda Cyclops, con l’impiego di traccianti, dei processi di diffusione e dispersione in correnti vegetate.