Comprendere il trasporto dei sedimenti per proteggerci contro gli effetti del cambiamento climatico
Il trasporto dei sedimenti nei fiumi, negli estuari e lungo la costa può produrre importanti cambiamenti morfologici che aumentano il verificarsi di inondazioni e mareggiate improvvise. Inoltre, i cambiamenti morfologici nelle riserve idriche e nelle vicinanze di strutture costruite dall’uomo potrebbero danneggiare la fornitura idrica e le reti energetiche, aumentando drasticamente il rischio di cedimento strutturale. Ciò risulterà in perdite economiche, minacce alla vita umana, alterazioni del tessuto sociale e danni agli ecosistemi naturali. Gli impatti sul trasporto dei sedimenti saranno anche aggravati dal cambiamento climatico. Pertanto, è estremamente importante possedere conoscenze avanzate del trasporto dei sedimenti e formare i futuri ingegneri in questo campo. Il progetto SEDITRANS (Sediment transport in fluvial, estuarine and coastal environment), finanziato dall’UE, ha creato una rete europea per coordinare le attività di ricerca e formazione che affrontano le sfide poste dal trasporto dei sedimenti. La rete comprendeva 6 partner accademici e 4 partner industriali, e ha fornito a 12 ricercatori all’inizo della carriera e a 4 ricercatori esperti un programma interdisciplinare completo di formazione tramite la ricerca, il quale includeva workshop, scuole invernali ed estive, conferenze, la stesura di linee guida e distaccamenti con altri partner industriali. I ricercatori si sono concentrati sui flussi costieri e fluviali, e sulla sedimentazione nelle riserve idriche e l’interazione con le strutture costruite dall’uomo. “L’obiettivo era di approfondire la conoscenza dei meccanismi di trasporto dei sedimenti e il loro rapporto con l’idrodinamica del flusso, al fine di capire e prevedere l’evoluzione della morfologia fluviale, estuariale e costiera,” dice il coordinatore del progetto, il prof. Athanassios Dimas. Sviluppo di modelli migliori tramite i partenariati I partner del progetto hanno sviluppato algoritmi per modellare il trasporto dei sedimenti nei flussi fluviali e costieri, e per le correnti di torbidità e i flussi di detriti nelle acque interne e in mare aperto. Sono stati creati modelli lungo tre percorsi, iniziando con un modello del continuum bifase e un modello del movimento del particolato per il trasporto dei sedimenti sul letto. Il trasporto dei sedimenti in sospensione è stato modellato utilizzando modelli associati avanzati flusso dei fluidi/trasporto dei sedimenti, in cui è stato applicato l’approccio LES (large-eddy simulation) per la chiusura della turbolenza. Infine, la modellazione bistrato di flussi a canale aperto o correnti di gravità è stata associata con il trasporto dei sedimenti e la morfodinamica del letto. “La modellazione era basata su metodi numerici avanzati, ad esempio il metodo di limite di immersione per determinare le condizione di limite su geometrie complesse e l’utilizzo del calcolo parallelo,” spiega il prof. Dimas. Sono stati inoltre condotti esperimenti per il trasporto dei sedimenti nei fiumi e sulle coste, e per le sottocorrenti a denso carico di sedimenti nelle riserve idriche e nei canyon sottomarini, che, insieme al calcolo ad alte prestazioni, sono state studiate congiuntamente da partner accademici e industriali in applicazioni ingegneristiche reali. Strumenti di previsione precisa a vantaggio della società I risultati sono stati integrati in strumenti di previsione della morfologia per l’utilizzo in campo ingegneristico da parte di professionisti ben addestrati. Inoltre, i risultati di esperimenti sul campo hanno permesso di compiere importanti progressi nei modelli concettuali sui quali erano basati gli strumenti di simulazione. Secondo il prof. Dimas, gli ingegneri trarranno un immediato vantaggio dai nuovi modelli e dai dati sperimentali. “Si prevede che la frequenza e l’intensità delle catastrofi associate o causate da un’eccessiva dinamica morfologica aumenteranno a causa del cambiamento climatico,” commenta. “Pertanto, gli strumenti di previsione sviluppati dal progetto per i pianificatori avranno anche un impatto sociale molto positivo.” SEDITRANS ha supportato il coordinamento delle attività di ricerca e formative nel campo del trasporto dei sedimenti a livello europeo, rafforzando la competitività tecnica e scientifica dell’Europa in questo settore. Il prof. Dimas conclude: “La particolare attenzione dedicata ai modelli numerici e ai dati sperimentali faranno avanzare la ricerca e l’ingegneria nel trasporto dei sedimenti, affrontando problemi di vasta portata riguardanti la pianificazione e la protezione contro le inondazioni e l’erosione.”
Parole chiave
SEDITRANS, trasporto dei sedimenti, fiume, cambiamento climatico, costiero, estuariale, idrodinamica, algoritmi
