Idrologia: Ciclo, Distribuzione e Processi

Principali Argomenti di Idrologia (9 CFU)

• L'acqua sul pianeta è distribuita in oceani (oltre il 97%), ghiacciai (circa il 2,4%), acque superficiali e sotterranee (circa l'1%), e vapore acqueo (circa lo 0,03%).
• I processi del ciclo idrologico includono precipitazione, intercettazione, fusione della neve, evapotranspiratione, deflusso superficiale, infiltrazione, percolazione e deflusso di falda.
• L'evaporazione contribuisce per il 90% all'acqua atmosferica, mentre la traspirazione per il 10%.
• Un sistema idrologico è definito da un volume nello spazio che riceve e rilascia acqua, subendo processi vari.
• Il tempo medio di permanenza di una molecola d'acqua nell'atmosfera è di circa 8 giorni. Esiste una notevole differenza di ordine di grandezza nella quantità d'acqua in atmosfera rispetto agli oceani.
• L'infiltrazione è il processo per cui l'acqua entra nel terreno per gravità e capillarità, influenzata da fattori come tessitura del terreno, copertura vegetale e intensità della pioggia.

Bacino Idrografico e Indici Morfometrici

• Il bacino idrografico è la superficie che raccoglie le acque che confluiscono in un punto di chiusura.
• Lo spartiacque delimita il bacino.
• La curva ipsografica rappresenta la distribuzione areale dell'altitudine del rilievo.
• L'altezza media del bacino coincide con la linea di compenso della curva ipsografica.
• L'indice di maturità del bacino indica l'attività erosiva. (IM > 0.6 = giovane, 0.4 < IM < 0.6 = maturo, IM < 0.4 = senile)
• Le sorgenti sono i punti della rete di drenaggio in cui non confluiscono altri rami.
• L'ordine del bacino identifica il ramo di ordine più elevato.
• La legge di Horton descrive la relazione geometrica inversa tra il numero di canali e il loro ordine. La seconda legge di Horton descrive la relazione geometrica tra la lunghezza dei canali e il loro ordine.

Misure di Precipitazione e Portata

• L'altezza di precipitazione è lo spessore di acqua che si accumulerebbe su una superficie piana.
• La durata è il tempo dell'evento.
• L'intensità è l'altezza di precipitazione nell'unità di tempo.
• I pluviometri misurano l'altezza di pioggia.
• I pluviografi registrano l'altezza di pioggia nel tempo.
• Le portate vengono misurate tramite idrometri, che misurano l'altezza dell'acqua, e correntometri, che misurano la velocità.

Regimi Pluviometrici

• I regimi pluviometrici differiscono per distribuzione stagionale delle precipitazioni.
• Esistono diversi regimi in base alle caratteristiche geografiche, (regioni alpine, appenniniche, aree costiere o marine) e in base alle stagioni.
• In genere, i regimi continentali presentano piogge intense concentrate durante le stagioni calde e periodi di scarsa precipitazione nelle stagioni fredde, mentre i regimi marittimi hanno una distribuzione più uniforme nel corso dell'anno.

Suolo e Infiltrazione

• La porosità è il rapporto tra il volume dei vuoti e il volume totale del suolo.
• La permeabilità indica la capacità del suolo di far passare l'acqua.
• L'infiltrazione è il processo per cui l'acqua penetra nel terreno.
• L'evapotraspirazione è la perdita d'acqua dal suolo dovuta all'evaporazione e alla traspirazione delle piante.

Evapotraspirazione

• La velocità di evaporazione è influenzata dal gradiente di energia e dalla differenza di pressione di vapore tra la superficie e l'aria circostante.
• L'albedo, colore, e l'inclinazione della radiazione incidono sulle caratteristiche della superficie.
• L'evapotraspirazione potenziale è la massima quantità di acqua perso attraverso il processo di evaporazione e traspirazione in condizioni di umidità illimitata del suolo.

Piene e Metodi di Stima

• Le piene sono causate da eventi di precipitazione intensa.
• L'idrogramma rappresenta la variazione temporale della portata.
• I metodi per stimare le piene includono studi di frequenza degli eventi estremi, e analisi della risposta del sistema idrologico agli eventi di pioggia.
• I meccanismi per la formazione del deflusso superficiale includono l'infiltrazione e la saturazione.
• I meccanismi possono essere di due tipi:
  • Meccanismo di saturazione superiore
  • Meccanismo di saturazione inferiore

Analisi di Frequenza degli Eventi Estremi

• Il tempo di ritorno indica il tempo medio tra due eventi estremi di una certa intensità o superiore.
• Diverse distribuzioni, note come EV1 (Gumbel), EV2 (Frechèt) ed EV3 (Weibull), possono essere utilizzate per modellare le frequenze degli eventi estremi.

Modelli di Trasformazione Afflussi-Deflussi

• I modelli afflusso deflusso sono necessari per modellizzare e comprendere i tempi con cui l'acqua si muove attraverso un'area.
• Ci sono diverse categorie di modelli (modelli completi, modelli ad equivalenza limitata) basati sulla loro struttura e complessità.

Sollecitazione Meteorica di Progetto

• La CPP (Concentrated Precipitation Pattern) fornisce informazioni sulle altezze di pioggia max. per diverse durate.
• Le serie pluviometriche possono essere storiche o sintetiche.
• Ietogrammi (grafico tempo/intensità), permettono di studiare la precipitazioni.

Modelli di Trasferimento del Deflusso Superficiale

• Livelli di umidità del suolo e il tempo sono fattori chiave nella determinazione degli aspetti di infiltrazione e saturazione.
• Il IUH (Hydrograph Unit Impulse) rappresenta la risposta del sistema idrologico a una scarica istantanea.
• IUH rappresenta la risposta del sistema idrologico, ossia del modello, agli eventi di precipitazione con volume unitario e durata infinitesima.

Studio della distribuzione dell'acqua sulla Terra e dei processi del ciclo idrologico, inclusi precipitazioni, evapotraspirazione e deflusso. Analisi dei sistemi idrologici e del tempo di permanenza dell'acqua in atmosfera. Approfondimento sull'infiltrazione e i fattori che la influenzano.