12.11 acqua nei suoli-richards3d

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L’acqua nei suoli e nel sottosuolo Richards 3D Riccardo Rigon Jay Stratton Noller, Amity at Schmidt farm, 2010

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Solving the 3D Richards equation in a planar hillslope. Phenomenology and comments

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L’acqua nei suoli e nel sottosuolo Richards 3D

Riccardo Rigon

Jay

Stra

tton

Noll

er, A

mit

y at

Sch

mid

t fa

rm, 2

01

0

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R. Rigon

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Ma valgono le condizioni ? Kz~ Kx

Nelle condizioni invocate, la condizione iniziale è idrostatica con

Conseguentemente in superficie, avendo scelto come condizioni iniziali

Discussioni

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R. Rigon

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Per il suolo rappresentato nella figura sottostante

assumendo la falda ad una profondità di un metro

significa che la conducibilità idraulica diminuisce di circa un ordine di grandezza: forse una variazione entro la quale si può pensare di usare un valore medio, efficace, e considerare l’equazione semplificata ancora valida.

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Ma siamo al limite di applicabilità !

Discussioni

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Cerchiamo in effetti di capire che cosa succede esattamente utilizzando un integratore accurato delle

equazioni di Richards 3D (GEOtop, Rigon et al., 2006)

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X - 52 LANNI ET AL.: HYDROLOGICAL ASPECTS IN THE TRIGGERING OF SHALLOW LANDSLIDES

Figure 2: Experimental set-up. (a) The infinite hillslope schematization. (b) The initial suction head profile.

Figure 3: The soil-pixel hillslope numeration system (the case of parallel shape is shown here). Moving from 0 to 900 (the total number of

soil-pixels), corresponds to moving from the crest to the toe of the hillslope

Table 1: Physical, hydrological and geotechnical parameters used to characterize the silty-sand soil

Parameter group Parameter name Symbol Unit ValuePhysical Bulk density ⇥b (g/cm3) 2.0

% sand - - 60% silt - - 40

Hydrological Saturated hydraulic conductivity Ksat (m/s) 10�4

Saturated water content �sat (cm3/cm�3) 0.39Residual water content �r (cm3/cm�3) 0.155

water retention curve parameter n [�] 1.881water retention curve parameter � (cm�1) 0.0688

Geotechnical Effective angle of shearing resistance ⇤0 � 38Effective cohesion c0 kN/m2 0

D R A F T September 24, 2010, 9:13am D R A F T

The OpenBook hillslope

Discussioni

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Condizioni Iniziali

Discussioni

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R. Rigon

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X - 54 LANNI ET AL.: HYDROLOGICAL ASPECTS IN THE TRIGGERING OF SHALLOW LANDSLIDES

(a) DRY-Low (b) DRY-Med

(c) DRY-High (d) WET-Low

(e) WET-Med (f) WET-High

Figure 5: Values of pressure head developed at the soil-bedrock interface at each point of the subcritical parallel hillslope. The slope of

the pressure head lines represents the mean lateral gradient of pressure

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Simulations result

Lanni and Rigon

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All’inizio della precipitazione, a parte nella

zona vicino allo spartiacque la pressione è

costante su tutto il transetto

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R. Rigon

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Dopo un cer to tempo (25h ne l la

simulazione) le pressioni lungo il pendio

cominciano a differenziarsi. Una grande

differenziazione appare nella parte finale

del pendio , dove s i raggiunge la

saturazione.

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R. Rigon

!11

LANNI ET AL.: HYDROLOGICAL ASPECTS IN THE TRIGGERING OF SHALLOW LANDSLIDES X - 55

(a) (b)

Figure 6: Temporal evolution of the vertical profile of hydraulic conductivity (a) and hydraulic conductivity at the soil-bedrock interface

(b) of a soil-pixel located in the mid-slope zone. Results are shown for the case representing DRY antecedent soil moisture conditions, Low

rainfall intensity and parallel hillslope shape of the subcritical (gentle) case

D R A F T September 24, 2010, 9:13am D R A F T

E’ la variazione di 3 ordini di grandezza della conducibilità

idraulica in prossimità del substrato

La chiave per capire

Lanni and Rigon

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R. Rigon

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In questo caso Iv

erso

n, 2

00

0; C

ord

ano a

nd

Rig

on

, 2008

Si innesca in prossimità del bedrock un flusso laterale il cui tempo scala è

governato da una diffuvità D1 molto più grande di D0 in superficie.

Allora:

Non è più verificata e, piuttosto è:

!

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R. Rigon

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When simulating is understandingco

urt

esy

of

E. C

ord

ano

come si può dedurre dal grafico sottostante

Discussioni

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R. Rigon

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Capire dalle simulazioni

All’inizio del processo di infiltrazione, sul bedrock siamo la pressione è

quella della linea rossa, in superifice la pressione è quella indicata dalla

linea blu.

cou

rtes

y of

E. C

ord

ano

Discussioni

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R. Rigon

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When simulating is understanding

Quando si innesca il deflusso laterale, la situazione è quella illustrata (la

linea blue, sempre per la superficie, la linea rossa per il bedrock)

cou

rtes

y of

E. C

ord

ano

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R. Rigon

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Così

All’inizio le condizioni per ottenere un flusso praticamente verticale

sono soddisfatte

cou

rtes

y of

E. C

ord

ano

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So

Alla fine, le medesime condizioni non sono soddisfatte e, viceversa,

domina il deflusso laterale.

cou

rtes

y of

E. C

ord

ano

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R. Rigon

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Il deflusso laterale

•E’ veloce .... il suo tempo scala ... comparabile inferiore a quello

dell’infiltrazione verticale, che avviene in condizioni insature.

•In effetti, il meccanismo per cui si ha prima infiltrazione verticale e poi

deflusso laterale dipende dalla struttura delle curve di ritenzione idrica, e,

nel caso dal fatto che il suolo considerato è un limo sabbioso.

•Per altri tipi di suolo, la situazione potrebbe essere differente

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