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Indirizzo: Via G Duranti 93, 06125 Perugia   Tel: +39 075 585 /3620/3894   Fax: +39 075 585 3892

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campo sperimentale

DESCRIZIONE

Il campo sperimentale di Ingegneria delle Acque, nella ubicazione attuale, è stato attivato nel 2004 come struttura per fini didattici, di ricerca e di consulenza nel campo dell’idrologia e dell’idraulica agraria e forestale. Il campo si trova in un’area collinare, ad un’altitudine di circa 328 m s.l.m., nei pressi della sede del Dipartimento di Ingegneria Civile e Ambientale ed occupa un’area di circa un ettaro, inserita in una zona con bassa densità di costruzioni.

Il campo sperimentale ospita la stazione denominata HYDROLNET-Perugia che è inserita tra le reti di monitoraggio della “International Soil Moisture Network” (ISMN), una rete di monitoraggio delle principali grandezze meteorologiche e del contenuto d’acqua del suolo che acquisisce dati a livello mondiale e favorisce scambi di elevato contenuto scientifico (http://ismn.geo.tuwien.ac.at/).

Più in dettaglio, nel campo sperimentale sono state attrezzate due aree di acquisizione dati: una piattaforma di cemento armato delle dimensioni 6x4 mq utilizzata come base di appoggio per le diverse apparecchiature della stazione meteorologica e un sistema sperimentale rappresentato da due parcelle di suolo a debole pendenza presso le quali sono acquisiti dati di varie grandezze in gioco nei principali processi idrologici (infiltrazione, deflusso superficiale, intermedio e profondo, evapotranspirazione).

La stazione meteorologica è dotata di vari sensori per la misura di grandezze meteorologiche e di un sistema di acquisizione e memorizzazione dei dati con una frequenza di campionamento prescelta. In particolare sono installate le seguenti strumentazioni:

  • pluviometro a vaschette basculanti, modello PMB2 della società CAE, installato ad      un’altezza di circa 2 metri, dotato di una vasca di raccolta di circa 1000 cm2 e di una sensibilità di 0.2 mm;
  • evaporimetro WMO classe A, costituito da una vasca circolare in acciaio anodizzato di 1207 mm di      diametro e 254 mm di altezza e sensore di livello di tipo piezometrico;
  • banderuola girevole attorno ad un asse verticale posizionato a circa 2 metri dal suolo per la      misura della direzione del vento;
  • anemometro a tre coppe girevoli attorno ad un asse verticale posizionato a circa 2      metri dal suolo per la misura dell’intensità del vento;
  • sensore capacitivo/resistivo per la misura combinata della temperatura e dell’umidità relativa dell’aria a circa 2 metri dal suolo;
  • sensori 107 Temperature      Probe      della Campbell Scientific per la misura della temperatura del suolo a varie profondità;
  • piranometro LI-200SL della società LI-COR per la misura della radiazione solare ricevuta dall’intero emisfero;
  • datalogger CR1000X, sistema di acquisizione e memorizzazione dei dati con frequenza di campionamento di 5 minuti con alimentazione a batterie collegate ad un pannello fotovoltaico. 

Il sistema sperimentale realizzato per lo studio di vari processi idrologici è costituito da due parcelle a debole pendenza, ciascuna costituita da suolo verticalmente omogeneo ottenuto attraverso la selezione granulometrica di differenti suoli naturali e il successivo opportuno rimescolamento. I suoli così ottenuti sono classificati come “limoso” e “limo sabbioso” (USDA, Linsley et al., 1992). Le due parcelle, che hanno dimensioni di circa 9x9 mq e profondità 0,7 m. ospitano diversi sensori atti alla misurazione di grandezze che descrivono l’evoluzione spazio-temporale del contenuto d’acqua nel suolo e altri processi idrologici che sono fondamentali nel bilancio idrologico. In particolare gli elementi costitutivi del sistema sono:

  • sistema TDR (Time Domain Reflectometry), della Soilmoisture Equipment Corporation per la misura del contenuto d’acqua      volumetrico, costituito da 32 guide d’onda interrate di lunghezza pari a 20, un multiplexer a 64 canali e un sistema di acquisizione (modello TRASE BE) con frequenza di campionamento di 30 minuti;
  • misuratori a vaschette basculanti del deflusso superficiale, intermedio e profondo;
  • datalogger CR1000X, per l’acquisizione e la memorizzazione dei dati di deflusso superficiale/intermedio/profondo con frequenza di campionamento di 5 minuti;
  • generatore artificiale di pioggia realizzato attraverso degli spruzzatori tenuti in pressione da una cassa d’aria;
  • struttura in cemento armato per l’alloggio di tutte le attrezzature hardware/software di gestione dei vari sensori.

FINALITÀ E ATTIVITÀ SVOLTE NEL CAMPO SPERIMENTALE

Attività di ricerca

Il campo sperimentale di Ingegneria delle Acque e di Idraulica Agraria e Forestale svolge attività di ricerca sia in campo sperimentale che teorico in relazione alle seguenti tematiche:

  • evoluzione spazio-temporale del contenuto d’acqua nel suolo e sua influenza nella trasformazione pioggia-portata;
  • metodi avanzati di stima del processo di evapotranspirazione reale nel suolo;
  • bilancio idrologico a scala di parcella e di bacino idrografico;
  • modellazione del processo di infiltrazione alla scala locale e areale, su suoli verticalmente omogenei e stratificati;
  • verifica sperimentale dei modelli di infiltrazione alla scala locale e areale;
  • analisi spazio-temporale degli eventi pluviometrici.

L’attività è documentata dalle pubblicazioni scientifiche, dai progetti di ricerca e dalle convenzioni riguardanti tali tematiche.

Attività conto terzi

Il campo sperimentale offre strumentazioni e apparati utili come base di partenza per l’attività conto terzi relativa a:

  • valutazione dei trend climatici;
  • stima delle piogge estreme;
  • calibrazione di modelli idrologici a scala di parcella e di bacino idrografico;
  • valutazione  delle principali componenti del bilancio idrologico;
  • messa a punto di strumentazioni innovative per la misura di grandezze      meteorologiche;
  • sperimentazioni sulle tecniche di irrigazione di colture.

RECENTI PUBBLICAZIONI SU RIVISTA INTERNAZIONALE

- Dari, J., Morbidelli, R., Saltalippi, C., Massari, C., Brocca, L., Spatial-temporal variability of soil moisture: Addressing the monitoring at the catchment scale, Journal of Hydrology, 570, 436-444, https://doi.org/ 10.1016/j.jhydrol.2019.01.014, 2019.

- Piacciafuoco, T., Morbidelli, R., Flammini, A., Saltalippi, C., Corradini, C., Strauss, P., Blöschl, G., On the estimation of spatially representative plot scale saturated hydraulic conductivity in an agricultural setting, Journal of Hydrology, 570, 106-117, https://doi.org/ 10.1016/j.jhydrol.2018.12.044, 2019.

- Morbidelli, R., Corradini, C., Flammini, A., Saltalippi, C., Dari, J., Govindaraju, R.S., Rainfall infiltration modeling: A review, Water, 10 (12), Article number 1873, 20 pp, doi:10.3390/w10121873, 2018.

- Morbidelli, R., Saltalippi, C., Flammini, A., Corradini, C., Wilkinson, S.M., Fowler, J., Influence of temporal data aggregation on trend estimation for intense rainfall, Advances in Water Resources, 122, 304-316, https://doi.org/10.1016/j.advwatres.2018.10.027, 2018.

- Flammini, A., Morbidelli, R., Saltalippi, C., Picciafuoco, T., Corradini, C., Govindaraju, R.S., Reassessment of a semi-analytical field-scale infiltration model through experiments under natural rainfall events, Journal of Hydrology, 565, 835-845, https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2018.08.073, 2018.

- Morbidelli, R., Saltalippi, C., Flammini, A., Govindaraju, R.S., Role of slope on infiltration: a review, Journal of Hydrology, 557, 878-886, doi: 10.1016/j.jhydrol.2018.01.019, 2018.

- Rahmati, M., Weihermuller, L., … (other authors) … Corradini, C., Flammini, A., Morbidelli, R., Saltalippi, C., … (other authors) …, Development and Analysis of Soil 1 Water Infiltration Global Database, Earth Syst. Sci. Data, 10(3), 1237-1263, doi: 10.5194/essd-10-1237-2018, 2018.

- Flammini, A., Corradini, C., Morbidelli, R., Saltalippi, C., Picciafuoco, T., Giraldez, J.V., Experimental Analyses of the Evaporation Dynamics in Bare Soils under Natural Conditions, Water Resources Management, 1153-1166, doi: 10.1007/s11269-017-1860-x, 2018.

- Morbidelli, R., Saltalippi, C., Flammini, A., Cifrodelli, M., Picciafuoco, T., Corradini, C., Govindaraju, R.S., In-Situ Measurements of Soil Saturated Hydraulic Conductivity: Assessment of Reliability Through Rainfall-Runoff Experiments, Hydrological Processes, 31(17), 3084-3094, doi: 10.1002/hyp.11247, 2017.

- Morbidelli R., Saltalippi, C., Flammini, A., Cifrodelli, M., Corradini, C., A laboratory experimental system for infiltration studies, Hydrology Research, 48(3), 741-748, doi: 10.2166/nh.2016.066, 2017.

- Ojha, R., Corradini, C., Morbidelli, R., Govindaraju, R.S., Effective Saturated Hydraulic Conductivity for Representing Field-Scale Infiltration and Surface Soil Moisture in Heterogeneous Unsaturated Soils Subjected to Rainfall Events, Water, 9(2), Article number 134, 17 pp, doi: 10.3390/w9020134, 2017.

- Morbidelli, R., Saltalippi, C., Flammini, A., Cifrodelli, M., Picciafuoco, T., Corradini, C., Govindaraju, R.S., Laboratory investigation on the role of slope on infiltration over grassy soils, Journal of Hydrology, 543, 542-547, doi: 10.1016/j.jhydrol.2016.10.024, 2016.

- Grisan, S., Polizzotto, R., Raiola, P., Cristiani, S., Ventura, F., Di Lucia, F., Zuin, M., Tommasini, S., Morbidelli, R., Damiani, F., Pupilli, F., Bellucci, M., Alternative use of tobacco as a sustainable crop for seed oil, biofuel, and biomass, Agronomy for Sustainable Development, 36, 4, doi:10.1007/s13593-016-0395-5, 2016.

- Morbidelli, R., Saltalippi, C., Flammini, A., Corradini, C., Brocca, L., Govindaraju, R.S., An investigation of the effects of spatial heterogeneity of initial soil moisture content on surface runoff simulation at a small watershed scale, Journal of Hydrology, 539, 589-598, doi: 10.1016/j.jhydrol.2016.05.067, 2016.

 - Ojha, R., Prakash, A., Corradini, C., Morbidelli, R., Govindaraju, R.S., Temporal moment analysis for stochastic-advective vertical solute transport in heterogeneous unsaturated soils”, Journal of Hydrology, 521, 261-273, doi: 10.1016/j.jhydrol.2014.11.076, 2015.

- Morbidelli, R., Saltalippi, C., Flammini, A., Cifrodelli, M., Corradini, C., Govindaraju, R.S., Infiltration on sloping surfaces: Laboratory experimental evidence and implications for infiltration modeling, Journal of Hydrology, 523, 79-85, doi: 10.1016/j.jhydrol.2015.01.041, 2015.

- Morbidelli, R., Saltalippi, C., Flammini, A., Rossi, E., Corradini, C., Soil water content vertical profiles under natural conditions: matching of experiments and simulations by a conceptual model, Hydrological Processes, DOI: 10.1002/hyp.9973, ISSN: 0885-6087, 2014

- Brocca, L., Camici, S., Melone, F., Moramarco, T., Martinez-Fernandez, J., Didon-Lescot, J.-F., Morbidelli, R., Improving the representation of soil moisture by using a semi-analytical infiltration model,  Hydrological Processes, 28, 2103-2115, DOI: 10.1002/hyp.9766, ISSN: 0885-6087, 2014

- Morbidelli, R., Corradini, C., Saltalippi, C., Flammini, A., Govindaraju, R.S., The role of slope on the overland flow production, WIT Transactions on Ecology and the Environment, 172, ISSN: 1743-3541, doi: 10.2495/RBM130061, 2013

- Brocca, L., Zucco, G., Moramarco, T., Morbidelli, R., Developing and testing a long-term soil moisture dataset at the catchment scale, Journal of Hydrology, 490, 141-151, doi: 10.1016/j.jhydrol.2013.03.029, 2013

- Govindaraju, R.S., Corradini, C., Morbidelli, R., Local and field-scale infiltration into vertically non-uniform soils with spatially-variable surface hydraulic conductivities, Hydrological Processes, 26 (21), 3293-3301, ISSN: 0885-6087, doi: 10.1002/hyp.8454, 2012

- Brocca, L., Tullo, T., Melone, F., Moramarco, T., Morbidelli, R., Catchment scale soil moisture spatial-temporal variability, Journal of Hydrology, 422, 63-75, doi: 10.1016/j.jhydrol.2011.12.039, 2012

- Govindaraju, R.S., Corradini, C., Morbidelli, R., Overland Flow and the Runon Process, In Tommy S.W. Wong (Editor): Overland Flow and Surface Runoff, Nova Science Publisher Inc., NY, Chapter 4, ISBN: 978-1-61122-868-7, 2012

- Morbidelli, R., Corradini, C., Saltalippi, C., Flammini, A., Rossi, E., Infiltration-soil moisture redistribution under natural conditions: experimental evidence as a guideline for realizing simulation models, Hydrology and Earth System Science, 15, 2937-2945, ISSN: 1027-5606, 2011

- Corradini, C., Morbidelli, R., Flammini, A., Govindaraju, R.S., A parameterized model for local infiltration in two-layered soils with a more permeable upper layer, Journal of Hydrology, 396 (3-4), 221-232, ISSN: 0022-1694, 2011

- Corradini, C., Flammini, A., Morbidelli, R., Govindaraju, R.S., A conceptual model for infiltration in two-layered soils with a more permeable upper layer: From local to field scale, Journal of Hydrology, 410, 62-72, ISSN: 0022-1694, 2011

- Brocca, L., Melone, F., Moramarco, T., Morbidelli, R., Spatial-temporal variability of soil moisture and its estimation across scales, Water Resources Research, 46, W02516, doi: 10.1029/2009WR008016, 2010

- Essig, E.T.,  Corradini, C., Morbidelli, R., Govindaraju, R.S., Infiltration and deep flow over sloping surfaces: Comparison of theoretical and experimental results, Journal of Hydrology, 374, 30-42, ISSN: 0022-1694, 2009

- Brocca, L., Melone, F., Moramarco, T., Morbidelli, R., Antecedent wetness conditions based on ERS scatterometer data, Journal of Hydrology, 364(1-2), 73-87, ISSN: 0022-1694, 2009

- Brocca, L., Melone, F., Moramarco, T., Morbidelli, R., Soil moisture temporal stability over experimental areas of Central Italy, Geoderma, 148(3-4), 364-374, ISSN: 0016-7061, 2009.

- Morbidelli, R., Corradini, C., Saltalippi, C., Govindaraju, R.S., Laboratory experimental investigation of infiltration by the run-on process, Journal of Hydrologic Engineering-ASCE, 13(12), 1187-1192, ISSN: 1084-0699, 2008.

- Melone, F., Corradini, C., Morbidelli, R., Saltalippi, C., Flammini, A., Comparison of theoretical and experimental soil moisture profiles under complex rainfall patterns, Journal of Hydrologic Engineering-ASCE, 13(12), 1170-1176, ISSN: 1084-0699, 2008.

 

PROGETTI FINANZIATI

-  Programma di Sviluppo Rurale per l’Umbria 2007-2013 “Sperimentazione di tecniche agronomiche innovative e valutazione comparativa di varietà di tabacco da seme per la produzione di olio”, Seconda fase di attuazione della misura 1.2.4 “Cooperazione per lo sviluppo di nuovi prodotti, processi e tecnologie nei settori agricolo, alimentare e in quello forestale”, responsabile scientifico: R. Morbidelli;

-  Progetto finanziato dalla Fondazione Cassa di Risparmio di Perugia (bando 2008): "La difesa dalle piene fluviali: realizzazione di un sistema sperimentale per la simulazione di piogge complesse su parcelle in campo", responsabile scientifico: C. Corradini;

-  Progetto finanziato dalla Fondazione Cassa di Risparmio di Perugia (bando 2006): "Analisi sperimentale finalizzata alla definizione di modellistica per il preannuncio delle piene in tempo reale su piccoli bacini della Media – Alta Valle del Tevere", responsabile scientifico: C. Corradini;

-  PRIN 2006: "Assimilazione di osservazioni remote al suolo per la calibrazione di modelli idrologici distribuiti e la previsione delle piene improvvise", coordinatore scientifico nazionale: F. Castelli.

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