Responsabile: Luca Carniello, RU, Dipartimento di Ingegneria Civile, Edile e Ambientale

Composizione del GRE:

• Luca Carniello, RU, Dipartimento di Ingegneria Civile, Edile e Ambientale
• Marco Marani, PO, Dipartimento di Ingegneria Civile, Edile e Ambientale
• Stefano Lanzoni, PO, Dipartimento di Ingegneria Civile, Edile e Ambientale
• Andrea Defina, PO, Dipartimento di Ingegneria Civile, Edile e Ambientale
• Daniele Pietro Viero, RTD-A, Dipartimento di Ingegneria Civile, Edile e Ambientale

Aree di ricerca di afferenza:
Scenari energetici e Politiche energetico/ambientali

Laboratori: LABORATORIO DI IDRAULICA E COSTRUZIONI IDRAULICHE

Attività:

Un primo aspetto dell’attività di ricerca riguarda l’analisi delle interazioni correnti – fondo mobile per lo studio dell’evoluzione morfodinamica e geomorfologica degli ambienti a marea. Nell’ambito di tale attività di ricerca è stato realizzato un modello matematico in grado di descrivere alcuni dei processi fondamentali che concorrono alla modificazione della morfologia di un bacino a marea. Oltre che al problema idrodinamico legato alla descrizione delle correnti mareali, particolare attenzione è dedicata al fenomeno di generazione e propagazione delle onde da vento. Si è dimostrato infatti che il loro contributo alla risospensione dei sedimenti è fondamentale soprattutto nelle aree di bassofondo che caratterizzano gli ambienti oggetto di studio. L’attività si è poi concentrata sulla predisposizione di uno schema di calcolo che sia in grado di descrivere il trasporto solido e l’evoluzione del fondo in presenza di miscele bi-granulari a comportamento sia incoerente che coesivo.

È stato inoltre sviluppato un modello concettuale in grado di descrivere le modalità che governano la risospensione e ridistribuzione dei sedimenti all’interno dei bacini lagunari mettendo in luce il ruolo decisivo del moto ondoso generato dal vento che porta alternativamente alla formazione di bassifondi o barene escludendo la formazione stabile di aree poste a quote intermedie.

L’utilizzo dei suddetti modelli ha consentito di studiare l’evoluzione morfologica degli ambienti microtidali e della laguna di Venezia in particolare, che ha subito un importante degrado morfologico dall’inizio del secolo scorso, caratterizzato da un generalizzato approfondimento del fondale lagunare (con conseguenze negative per pesca e qualità delle acque) e dalla perdita di vaste aree di barena. Ciò è particolarmente significativo perché le barene – note come ” blue carbon ecosystems” (cioè dove il carbonio viene fissato attraverso gli ecosistemi oceanici e costieri) – si collocano tra i sistemi di bio-sequestrazione più efficienti sulla Terra. Sorprendentemente, sebbene questi ecosistemi ospitano solo lo 0,05% della biomassa vegetale a terra, la loro elevata efficienza per il sequestro del carbonio consente loro di immagazzinare una quantità di carbonio all’anno paragonabile a quella immagazzinata dal sistema terrestre. Le barene possono accumulare carbonio organico nel loro terreno a velocità fino a 55 volte più elevate delle foreste pluviali tropicali, e lo sequestrano per millenni. È pertanto di fondamentale importanza aumentare la comprensione attuale sull’importante ruolo che gli ecosistemi costieri possono avere sui cambiamenti climatici, come sottolineato dalle negoziazioni sui cambiamenti climatici svoltesi a Parigi alla COP21

Sempre in ambito lagunare, ma seguendo un approccio notevolmente diverso, l’attività di ricerca si è concentrata sull’analisi dei processi che governano la formazione e l’evoluzione delle reti a marea utilizzando un apparato sperimentale messo a punto presso il laboratorio di idraulica del Dipartimento ICEA. Gli esperimenti condotti hanno permesso di comprendere i meccanismi di formazione delle reti e la loro risposta a cicli di innalzamento e abbassamento del medio mare. Lo sviluppo di tale filone di ricerca riguarderà l’analisi degli effetti legati alla coesione dei sedimenti e alla presenza di vegetazione. Parallelamente a queste attività di modellazione fisica sono stati sviluppati modelli concettuali (numerici e/o analitici) per lo studio dell’evoluzione a lungo termine degli ambienti a marea considerando anche l’effetto della vegetazione e dei cambiamenti climatici.

Un diverso aspetto della ricerca riguarda, infine, la modellazione matematica della propagazione delle onde di piena nei fiumi e la valutazione del rischio idraulico connesso mediante l’analisi delle condizioni di stabilità degli argini e lo studio degli eventuali fenomeni di allagamento, legati sia al sormonto delle difese sia a loro cedimenti strutturali per processi di filtrazione e sifonamento con eventuale formazione di brecce. Nell’ambito di questo filone di ricerca è nata la collaborazione con la Regione del Veneto per la predisposizione di un sistema integrato di previsione delle piene che, mediante l’utilizzo in cascata di un modello geomorfologico e di un modello idrodinamico è in grado di descrivere la formazione e propagazione di un’onda di piena a partire dai dati e/o dalle previsioni meteo. Tale sistema integrato è concepito per funzionare in operativo presso il Centro Funzionale Decentrato della Protezione Civile del Veneto.

Elenco ultime cinque pubblicazioni:

LUCA CARNIELLO

1. Pivato M., L. Carniello, J. Gardner, S. Silvestri, and M. Marani (2018), Water and sediment temperature dynamics in shallow tidal environments: The role of the heat flux at the sediment-water interface, Advances in Water Resources, 113 (2018) 126-140, doi:10.1016/j.advwatres.2018.01.009 (5-Year Impact Factor: 4.372).
2. Ghinassi, M., A. D’Alpaos, A. Gasparotto, L. Carniello, L. Brivio, A. Finotello, M. Roner, E. Franceschinis, N. Realdon, N. Howes and A. Cantelli (2017), Morphodynamic evolution and stratal architecture of translating tidal point bars: Inferences from the northern Venice Lagoon (Italy), Sedimentology, doi:10.1111/sed.12425, Accepted manuscript online: 10 OCT 2017. (2016/2017 Impact Factor: 3.638).
3. Ganju, N. K., Z. Defne, M.L. Kirwan, S. Fagherazzi, A. D’Alpaos and L. Carniello (2017), Spatially integrative metrics reveal hidden vulnerability of microtidal salt marshes, Nature Communications, 8, doi:10.1038/ncomms14156 (5-Year Impact Factor: 13.092).
4. Carniello, L., A. D’Alpaos, G. Botter, and A. Rinaldo (2016), Statistical characterization of spatio-temporal sediment dynamics in the Venice lagoon, J. Geophys. Res. Earth Surf., 121 (5), 1049-1064, doi:10.1002/2015JF003793. (2016/2017 Impact Factor: 3.412).
5. Belliard, J.-P., N. Di Marco, L. Carniello, and M. Toffolon (2016), Sediment and vegetation spatial dynamics facing sea-level rise in microtidal salt marshes: Insights from an ecogeomorphic model, Advances in Water Resources, 93 (2016) 249-264, doi:10.1016/j.advwatres.2015.11.020. (2016/2017 Impact Factor: 3.221).

MARCO MARANI

1. Finotello, A., S. Lanzoni, M. Ghinassi, M. Marani, A. Rinaldo, A. D’Alpaos, (2018), Migration rates of tidal meanders recapitulate fluvial morphodynamics, Proceedings of the National Academy of Sciences, 115 (7) 1463-1468; DOI: 10.1073/pnas.1711330115
2. Yousefi Lalimi, F., S. Silvestri, D’Alpaos A., Roner M. and M. Marani, The Spatial Variability of Organic Matter and Decomposition Processes at the Marsh Scale. Under review.
3. M Zhang, X Chen, M Kumar, M Marani, M Goralczyk, (2017), Hurricanes and tropical storms: A necessary evil to ensure water supply?, Hydrological Processes 31 (24), 4414-4428.
4. G Manoli, CW Huang, S Bonetti, JC Domec, M Marani, G Katul, (2017), Competition for light and water in a coupled soil-plant system, Advances in Water Resources 108, 216-230.
5. D’Alpaos,a., M Ghinassi, A Finotello, L Brivio, LG Bellucci, M Marani, (2017), Tidal meander migration and dynamics: A case study from the Venice Lagoon, Marine and Petroleum Geology.

ANDREA DEFINA

1. Viero D.P., Peruzzo P. and A. Defina, Positive surge propagation in sloping channels, Water, 9 (7), 518, doi:10.3390/w9070518, 2017.
2. Viero D.P. and A. Defina, Extended theory of hydraulic hysteresis in open-channel flow, Journal of Hydraulic Engineering, 143, 9, 06017014, doi:10.1061/(ASCE)HY.1943-7900.0001342, 2017.
3. Viero D.P., Pradella I., and A. Defina, Free surface waves induced by vortex shedding in cylinder arrays, Journal of Hydraulic Research, 55, 1, 16-26, doi:10.1080/00221686.2016.1217948, 2016.
4. Peruzzo P., Viero D.P. and A. Defina, A semi-empirical model to predict the probability of capture of buoyant particles by a cylindrical collector through capillarity, Advances in Water Resources, 97, 168-174, doi:10.1016/j.advwatres.2016.09.006, 2016.
5. Viero D.P. and A. Defina, Water age, exposure time, and local flushing time in semi-enclosed, tidal basins with negligible freshwater inflow, Journal of Marine Systems, 156, 16-29, doi:10.1016/j.jmarsys.2015.11.006, 2016.

STEFANO LANZONI

1. Bendoni, M., R. Mel, L. Solari, S. LANZONI, S. Francalanci, and H. Oumeraci (2016), Insights into lateral marsh retreat mechanism through localized field measurements, Water Resources Research, n/a-n/a, doi:10.1002/2015wr017966
2. Hemmati, M., Ghomeshi, M., Ahmadi, H., LANZONI, S. (2015): Scour depth around flat and sloped crest bendway weirs: a laboratory study, International Journal of River Basin Management, http://dx.doi.org/10.1080/15715124.2015.1085870.
3. Tambroni, N., Figueredo da SIlva, J., Duck, R. W., McLelland, S.J., Venier, C., LANZONI, S. (2015). Experimental investigation of the impact ofmacroalgalmats on thewave and current dynamics, Advances in Water Resources, http://dx.doi.org/10.1016/j.advwatres.2015.09.010.
4. Stancanelli, L., LANZONI, S., Foti, E. (2015). Propagation and deposition of stony debris flows at channel confluences, Water Resources Research, 1(7), 5100-5116, DOI: 10.1002/2015WR017116.
5. Bogoni, M., Canestrelli, A., LANZONI, S. (2015). Finite volume modelling of a stratified flow with the presence of submerged weirs, Journal of Applied Water Engineering and Research, 3:1, 43-52, DOI: 10.1080/23249676.2015.1041066

DANIELE PIETRO VIERO

1. Viero D.P., Peruzzo P. and A. Defina, Positive surge propagation in sloping channels, Water, 9 (7), 518, doi:10.3390/w9070518, 2017.
2. Viero D.P., Pradella I., and A. Defina, Free surface waves induced by vortex shedding in cylinder arrays, Journal of Hydraulic Research, 55, 1, 16-26, doi:10.1080/00221686.2016.1217948, 2016.
3. Peruzzo P., Viero D.P. and A. Defina, A semi-empirical model to predict the probability of capture of buoyant particles by a cylindrical collector through capillarity, Advances in Water Resources, 97, 168-174, doi:10.1016/j.advwatres.2016.09.006, 2016.
4. Viero D.P. and A. Defina, Water age, exposure time, and local flushing time in semi-enclosed, tidal basins with negligible freshwater inflow, Journal of Marine Systems, 156, 16-29, doi:10.1016/j.jmarsys.2015.11.006, 2016.

Viero, D. P., P. Peruzzo, L. Carniello, and A. Defina (2014), Integrated mathematical modeling of hydrological and hydrodynamic response to rainfall events in rural lowland catchments, Water Resour. Res., 50, doi:10.1002/2013WR014293

Contatti:

Dipartimento ICEA,

Via Loredan, 20 – 35131 PADOVA – Tel. +39 049 8275757

luca.carniello@dicea.unipd.it

http://www.dicea.unipd.it/servizi/laboratori/laboratorio-di-idraulica-e-costruzioni-idrauliche