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Erosione idrica

• Fisica della pioggia:

caratteristiche fisiche delle piogge

– Le che interessano da un punto di

vista erosivo sono:

• Altezza e distribuzione dell’anno:

– L’altezza minima della pioggia su pendici (10-15%) di suolo argilloso

e’ di 6-7 mm

– La distribuzione delle piogge annuali puo’ essere uniforme,

unimodale e bimodale

• Intensita’, e’ l’altezza della pioggia che cade nell’unita’ di tempo

(stretta relazione intensita’-erosione)

• Diametro gocce, normalmente si hanno diametri che oscillano tra 0.2

mm fini a 5-6 mm

Erosione idrica

• Fisica della pioggia:

– Le caratteristiche fisiche delle piogge che interessano da un punto di vista

erosivo sono:

• Distribuzione diametro gocce, a bassa intensita’ corrispondono gocce

piccole, mentre ad alte intensita’ aumenta il diametro

• Velocita’ terminale delle gocce, e’ la velocita’ delle gocce al momento

dell’impatto sulla superficie e varia in funzione del diametro delle

gocce.

• Energia cinetica, e’ l’energia sviluppata dall’evento piovoso che innesca

il processo erosivo, funzione di: diametro, massa e vel. impatto delle

gocce

• Es. calcolo

• EC = 0.119 + 0.0873·log I MJ·ha ·mm per I ≤ 76 mm/h

-1 -1

• EC = 0.283 MJ·ha ·mm per I > 76 mm/h

-1 -1

Fattori ambientali: Clima

capacita’ potenziale di una pioggia di

• Indici di erosivita’. Indicano la

provocare perdite di suolo.

– Indice EI e’ ottenuto dal prodotto tra l’energia cinetica sviluppata, la

30

massima intensita’ di pioggia registrata in 30 minuti e riportato a valore orario

“indice di erosione della pioggia”

– EI definito riesce a spiegare dal 72 al

30

97% della variabilita’ delle perdite di suolo relative a ciascun evento piovoso

dell’interazione tra energia cinetica e la massima intensita’

– L’EI tiene conto

30

di pioggia, valuta in maniera indiretta il ruscellamento

e considerando solo

piogge superiori ai 12.7 mm fattore pioggia e ruscellamento (R)

– Viene usato per il calcolo del nella

equazione universale per la previsione dell'erosione (USLE)

Fattori ambientali: Clima

– Esempio di calcolo dell’EI

30

mm

27,4

Fattori ambientali: Suolo

• Erodibilita’ e’ la suscettibilita’ dei suoli ad essere erosi, dipende dalle

caratteristiche fisico-chimiche del suolo (oltre alla morfologia,

topografia, interventi antropici).

• Le proprieta’ del suolo che influiscono maggiormente sull’erodibilita’

sono:

– Tessitura. La sua influenza si evidenzia sia sul distacco che sul trasporto

delle particelle.

• Le particelle più grosse (sabbia) in virtù del loro peso, resistono di più al

trasporto, mentre quelle fini, per la maggior coesione, resistono meglio al

distacco.

• Le particelle più suscettibili all'erosione sono quelle delle dimensioni del limo e

della sabbia fine.

– Grado e stabilita’ aggregati. Il grado di strutturazione e la stabilità degli

aggregati dipendono da molti fattori quali il tipo di argilla, la presenza di

elementi chimici e di cementi organici e inorganici più o meno resistenti

all'acqua e alla degradazione batterica, i cicli di inumidimento e

disseccamento, le lavorazioni ecc

Fattori ambientali: Suolo

– Sostanza organica. La sostanza organica è un aggregante di tutti i terreni

e la sua efficacia varia a seconda della sua composizione.

• Evans (1980) considera erodibili i suoli con meno del 3,5% di sostanza organica. E

comunque ampiamente accertato che all'aumentare del contenuto di sostanza

organica nel suolo corrisponde una diminuzione dell'erodibilità.

– Contenuto in elementi chimici. Gli elementi chimici influiscono con le loro

proprietà aggreganti (in particolare Ca ; Mg ; Fe ) e deflocculanti (Na ,

2+ 2+ 3+ 1+

Li ).

1+

– Resistenza al taglio. Terreni con elevati valori di resistenza al taglio hanno

maggiore coesione e quindi sono meno erodibili (Bryan, 1968).

– Capacita’ di infiltrazione. I suoli con aggregati stabili mantengono una

buona porosità ed una buona capacità di infiltrazione, mentre quelli ricchi

di argilla a reticolo espandibile tendono a ridurre sensibilmente questa

proprietà in condizioni di elevata umidità.

Fattori ambientali: Suolo

• Indici di erodibilita’ (ottenuti in

campo o in lab.) tengono conto di

una o piu’ caratteristiche del

suolo Indice di erodibilita’

– Es.

(K) = perdita di suolo per

unita’ di EI su parcelle

30

standard (usato nella

USLE)

Fattori ambientali: Morfologia terreno

• Le principali caratteristiche morfologiche che influiscono su

processo erosivo sono:

– Pendenza. L’entità dell’erosione aumenta all’aumentare della

pendenza

– Lunghezza. L’erosione aumenta all’aumentare della lunghezza.

– Forma pendici (uniformi, convesse e concave):

• Uniformi > Concava

• Uniformi < Convessa concavo

convesso

uniforme

Fattori ambientali: Gestione del suolo e

delle colture

• Nei terreni coltivati l'entità dell'erosione è fortemente

influenzata da una serie di trattamenti che l'uomo mette in

atto per l'ottenimento della produzione agricola. In particolare,

ai fini erosivi, sono da considerare:

– Le lavorazioni del terreno (tipo, frequenza e periodo di

esecuzione)

– La densità di semina e di coltivazione e quindi il grado di

copertura offerto dalle piante al suolo.

– Le cure colturali

– La gestione dei residui delle colture precedenti

– Il mantenimento della fertilità del suolo

Fattori ambientali: Gestione del suolo e

delle colture

– Le lavorazioni del terreno (tipo, frequenza e periodo di esecuzione).

lavorazioni con i terreni in tempera non rivoltare

• eseguire le o poco prima della semina e

il terreno per conservare meglio la sostanza organica (suoli tropicali)

sistemi di lavorazione il meno perturbativi possibile

• usare (es. lavorazione minima ,

semina sul sodo)

non amminutare eccessivamente il suolo

• durante la preparazione del letto di semina ed

eseguire questa operazione immediatamente prima della semina stessa.

– La densità di semina e di coltivazione e quindi il grado di copertura offerto

dalle piante al suolo. Sotto una copertura vegetale densa e persistente (foresta,

pascolo ecc.) l'entità dell'erosione è trascurabile, mentre può assumere valori molto elevati

allorché il suolo rimane nudo o mal protetto ( dopo disboscamenti, periodi infracoltura1i,

primi stadi di crescita delle colture, scarsa densità di coltivazione ecc.).

– Le cure colturali. Ogni intervento colturale atto a mantenere le piante sane, vigorose ed

(scerbature, trattamenti antiparassitari, rincalzature,

uniformemente distribuite

concimazioni, irrigazioni ecc.) sono sicuramente valide, sia dal punto di vista della

.

conservazione del suolo che della produttività delle piante

Fattori ambientali: Gestione del suolo e

delle colture

– La gestione dei residui delle colture precedenti. La loro presenza sul

campo può ridurre sostanzialmente l' entità dell'erosione attraverso vari

meccanismi fisico-chimici:

• Protezione del suolo dall'azione battente delle piogge,

• Rallentamento della velocità di scorrimento superficiale dell‘acqua,

• Assorbimento di una certa quantità di acqua

• Miglioramento della stabilità della struttura del suolo

• Apporto di elementi fertilizzanti

– Il mantenimento della fertilità del suolo. Gli interventi atti a conservare

o a migliorare la fertilità del suolo possono ridurre i fenomeni erosivi

piante crescono più velocemente, coprono meglio il terreno,

perche’ le

producono di più e lasciano, alla loro raccolta, una maggior quantità di

residui organici

Erosione idrica

• Funzione

Erosivita’:

– Capacita’ potenziale della pioggia di causare

erosione che dipende essenzialmente dalle caratteristiche fisiche

energia cinetica)

della pioggia (altezza, intensita’, (indice di

erosivita’).

Erodibilita’:

– Suscettibilita’ dei suoli ad essere erosi,

che dipende:

• dalle caratteristiche fisico-chimiche del suolo (indice di

erodibilita’)

• Morfologia (pendenza, lunghezza, forma)

• Gestione del suolo e delle colture (lavorazioni, copertura, ecc.)

Il costo dell’erosione idrica

Poche ricerche relative alla valutazione delle

implicazioni economiche del processo erosivo

Effetti off-site dell’erosione del suolo sulla navigazione fluviale.

Clark (1985) Le perdite di suolo dai campi coltivati contribuiscono

per $390 milioni ai costi di navigazione negli USA.

Ribaudo (1986) and Hansen et al. (2002) hanno stimato i benefici

derivanti da una riduzione delle perdite di suolo in funzione della

tipologia dei bacini. Da 0.005 a 5 $×t

-1

Effetti off-sie e on-site

Somaratne (1998) on-site and off-site costs of soil erosion in Sri

Lanka. Da 90 a 125 $×ha -1

Parlak et al. (2008) on-site costs of soil erosion in Ankara

province (sugarbeet). $204158 sotto forma di nutrienti persi

Il costo dell’erosione idrica

Il valore del suolo eroso

Quanto suolo si perde mediamente ogni anno dai campi coltivati?

Quale è il valore di una tonnellata di suolo agricolo?

Il costo dell’erosione idrica

Il valore del suolo eroso

Quanto suolo si perde mediamente ogni anno dai vigneti?

0.67 and 4.6 Mg ha year Bacino del Mediterraneo (Kosmas et al., 1997)

-1 -1

47–70 Mg ha year NW Italy (Tropeano, 1983)

-1 -1

35 Mg ha year Mid Aisne (France) (Wicherek, 1991)

-1 -1

22 Mg ha year Penede`s–Anoia (Spain) (Uso´n, 1998)

-1 -1

Il valore del suolo eroso

Il costo dell’erosione valutato come:

Es.: Perdita di nutrienti

Operazioni necessarie a ridistribuire il sedimento

Danneggiamento di infrastrutture

Riduzione della meccanizzabilità e dell’efficienza

Perdita di produttività

….. . .

….. . .

Il valore del suolo eroso

Il costo dell’erosione valutato come:

Es.:

Per ogni tonnellata di suolo erosa

Spese di ripristino ~ 10,00 €

Costo N e P O ~ 8,00 €

2 5

Costo annuo per ettaro

Vigneto ~ 550,00 €

Oliveto ~ 150,00 €

Seminativo ~ 120,00 €

La valutazione economica

Risultati

17 Aprile 2007

Cantine Leonardo

Vinci Hp Cantine Leonardo (Vinci)

Hp Montepaldi (San Casciano)

S. Menghini La valutazione economica

Risultati: Hp Vinci

17 Aprile 2007

Cantine Leonardo

Vinci

18.000,00 VAN =17.289

t

VAN(a)

VAN (t) Δvan

Trc

8.000,00 VAN =6.999

a

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49 51 53 55 57 59

-2.000,00

-12.000,00    

van VAN VAN

a t

 

6

.999,65 - 17.289,75 -10.290,10

-22.000,00  n

r q

      €559,49

s m m van 10

. 290

,

10 0

,

0544

-32.000,00 

n

q 1

S. Menghini €

s = 580,00

-42.000,00 La valutazione economica

Risultati: Hp San Casciano

17 Aprile 2007

Cantine Leonardo

Vinci

40.000,00 VAN(a) VAN =34.436

t

VAN(t) Δ van

20.000,00 VAN =20.438

a

Trc

- 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49 51 53 55 57 59

   

van VAN VAN

a t

-20.000,00    

20 . 438

,

98 34 . 436

,

17 13 .

997 ,

19

 n

r q

-40.000,00      

s m m van 13

. 997

,

19 0

,

0544 761

,

04

n

q 1

S. Menghini €

s = 1200,00

-60.000,00 Modelli per la previsione

dell’erosione idrica

• La quantificazione dell'erosione è fondamentale:

scelta e nel dimensionamento delle tecniche

– nella

conservative più idonee al fine di mantenere l'erosione al di

limite-soglia*

sotto di un corrispondente alla quota di

riformazione del suolo per i normali processi di pedogenesi.

• Strumenti a disposizione:

– Rilievi in campo

– Modelli di simulazione e previsione dell’erosione

* Valore limite per i diversi suoli e per le differenti situazioni non è facilmente individuabile.

* Valore limite per i diversi suoli e per le differenti situazioni non è facilmente individuabile.

(valori medi annuali oscillanti tra 2 e 12 t/ha in funzione principalmente del tipo di suolo, delle

(valori medi annuali oscillanti tra 2 e 12 t/ha in funzione principalmente del tipo di suolo, delle

sue caratteristiche fisico-chimiche e dello spessore esplorabile dalle radici).

sue caratteristiche fisico-chimiche e dello spessore esplorabile dalle radici).

Modelli per la previsione dell’erosione

idrica

Tipi di modelli

I modelli erosivi maggiormente utilizzati possono essere

classificati schematicamente in:

– EMPIRICI, che si basano sulle interrelazioni, ricavate statisticamente,

tra le variabili più significative (erosibita’, erodibilita’, ecc.) e i dati

sperimentali di erosione.

– MECCANICISTICI, si basano su equazioni matematiche idonee a

descrivere i principali processi idrologici ed erosivi.

Modelli per la previsione dell’erosione

idrica

Modelli Empirici

Universal Soil Loss Equation – USLE .

(equazione universale per la previsione dell'erosione)

Si basa sui dati sperimentali

– , corrispondenti a più di 10.000

parcelle-anno, raccolti in 49 differenti località degli Stati Uniti

è stata continuamente aggiornata

– Dalla sua presentazione (1965)

conformemente ai risultati sperimentali che venivano

progressivamente acquisiti.

modello maggiormente conosciuto ed

– Si tratta in effetti del

applicato su scala mondiale fino ad oggi.

Equazione universale per la previsione delle

perdite di suolo (USLE)

L 'equazione base e’ di tipo moltiplicativo:

     

A R K L S C P

dove:

perdita di suolo per unità di area e di tempo

A = (t/ha anno);

fattore pioggia e ruscellamento

R = (erosività della pioggia; aggressività climatica);

fattore di erodibilità del suolo

K = , rappresenta la perdita di suolo per ogni unità di R

misurata su parcelle standard lunghe 22,13 m, con il 9% di pendenza, lavorate nel

senso della pendenza e mantenute a maggese nudo;

fattore lunghezza

L = , rappresenta il rapporto tra le perdite di suolo relative ad una

data lunghezza dell'appezzamento rispetto a quella standard di 22,13 m;

fattore pendenza

S = , è il rapporto tra le perdite di suolo con una data pendenza

rispetto a quella standard del 9%;

Equazione universale per la previsione delle

perdite di suolo (USLE)

L 'equazione base e’ di tipo moltiplicativo:

     

A R K L S C P

dove:

fattore colture e tecniche colturali

C = , è il rapporto tra le perdite suolo con colture

e tecniche colturali specificate rispetto a quelle relative al maggese lavorato e

mantenuto privo di vegetazione;

fattore pratiche conservative

P = , è il rapporto tra le perdite di suolo in presenza di

tecniche conservative (lavorazione secondo le curve di livello, colture a

strisce,sistemazioni idraulico agrarie) e quelle relative ad appezzamenti lavorati e

coltivati a rittochino e privi di opere sistematorie.

L, S, C e P sono adimesionali,

Poiche i fattori l'unità di misura delle perdite di

suolo (A) deriva dal prodotto di R per K.

Applicazioni (USLE)

La USLE è stata ideata per fornire una valutazione dell'erosione

• media di un lungo periodo relativa ad appezzamenti in ben

determinate caratteristiche climatiche, pedologiche, morfologiche

e colturali

• La sua struttura ne consente però l'impiego anche per altri scopi:

Scelta delle pratiche conservative più idonee.

– Scelta delle colture, delle tecniche colturali.

– Scelta della lunghezza massima degli appezzamenti.

– Applicazioni (USLE)

• In questo caso, una volta determinato il livello massimo di erosione

accettabile (T), si sostituisce nell'equazione T ad A e si risolve per

P, C, L:

Es. P = T/R * K * LS * C

La pratica, coltura, lunghezza conservativa da applicare dovrà

perciò avere un valore di P, C o L uguale od inferiore a quello

trovato.

Altri usi della USLE

• La USLE è stata anche applicata per stimare l'erosione oltre che in

zone coltivate, pascolive e boschive, anche in aree soggette ad

urbanizzazione scarpate di

( costruzioni ed aree ricreative ),

autostrade destinate ad attività estrattive.

e zone

Altri modelli empirici

• RUSLE (Revised Universal Soil Loss Equation) Le modifiche

introdotte nella RUSLE riguardano, i sei fattori della USLE

una piu’ generalizzabile applicazione.

originaria per permettere

• SLEMSA. Modello per la stima delle perdite di suolo in

sud africa Ideato per prevedere le perdite di suolo medie

erosione laminare

provocate da

• Modello PSIAC (Pacific Southwest Inter-Agency Committee) è

una stima

stato messo a punto a fini pianificatori, per ottenere

orientativa dell'entità dell'erosione media annuale in aree di

superficie non inferiore a circa 26 km 2.

• Modello Morgan, Morgan e Finney è stato messo a punto per la

perdite di suolo di appezzamenti

previsione, su base annuale, delle

collinari, ma non può essere utilizzato per la valutazione

dell’erosione relativa a singoli eventi piovosi.

RUSLE (Revised Universal Soil Loss Equation)

Le modifiche introdotte nella RUSLE riguardano,in misura

più o meno rilevante, i sei fattori della USLE originaria.

– Fattore R (erosività):

valutazione in aree dove non sono

• indicazioni per la sua

disponibili dati pluviografici adeguati

.

ridurre il valore dell'R nelle zone

• viene inoltre consigliato di

pianeggianti caratterizzate da piogge di elevata intensità e

durata (l’acqua stagnante sulla superficie del suolo riduce

sensibilmente l'effetto battente delle gocce di pioggia)

- (erodibilità)

Fattore K :

variazione dell'erodibilità nei vari

• si tiene inoltre conto della

periodi stagionali. percentuale di scheletro

• si tiene conto anche in funzione della

presente nel profilo del suolo per tenere conto degli effetti

sulla permeabilità.

• Lo scheletro sulla superficie del suolo viene invece considerato

sulla pacciamatura (mulch) ed è quindi valutato nel fattore C.

RUSLE (Revised Universal Soil Loss Equation)

– Fattore L*S (lunghezza e pendenza): suscettibilità

• viene considerata, mediante una apposita funzione, anche la

del suolo all'erosione incanalata (rill) rispetto a quella laminare

(interill).

- Fattore C (colturale):

• viene calcolato in funzione dei seguenti quattro sottofattori:

– utilizzazione precedente del suolo (UPS),

– copertura aerea (CA),

– Copertura a stretto contatto con il suolo (CSC)

– scabrezza della superficie del suolo (SS).

- Fattore P (pratiche conservative):

• per la coltivazione secondo le curve di livello (contouring) vengono

in funzione dell'altezza del colmo, della pendenza del solco e

calcolati

dell'erosività della pioggia

.

una più ampia casistica di distribuzione delle colture

• viene valutata

disposte in fasce (contour stripcropping ) e vengono anche inclusi i valori

di p nel caso in cui le pratiche conservative siano effettuate in zone a

pascolo. Modelli meccanicistici

• I modelli erosivi meccanicistici devono

collegati con appositi modelli

essere

idrologici le cui principali variabili sono

rappresentate:

– dall'intensità della pioggia,

– dalle portate di deflusso,

– dalla velocità di infiltrazione

– da tutti quei processi idrologici che governano

lo stato di umidità del suolo nel tempo.

Esempio modello fisico (Meyer e Wischmeir)

Il modello di Meyer e Wischmeier analizza le quattro fasi fondamentali del

processo erosivo:

- distacco del suolo per l'azione battente delle gocce di pioggia;

– distacco del suolo per l'azione abrasiva delle acque di scorrimento

superficiale;

– capacità di trasporto della pioggia impatto delle gocce

– capacità di trasporto del ruscellamento.

• L' andamento del processo erosivo di un intero versante può essere quindi

valutato applicando il modello ai successivi segmenti che compongono la

pendice collinare.

• Ogni segmento e’ caratterizzato da una fase di ingresso rappresentata dal

distacco di suolo che avviene in quel segmento e dalle particelle provenienti

dal segmento a monte, e da una fase di uscita (perdita) dovuta al trasporto

delle particelle di suolo a seguito dell'impatto delle gocce e delle acque di

scorrimento superficiale.

• Per ciascun segmento è possibile effettuare una sorta di bilancio del

seguente tipo:

materiali in entrata - materiali in uscita = perdita o guadagno di materiale.

• Applicando le equazioni, relative alle quattro fasi del processo erosivo, a

segmenti successivi è possibile valutare le perdite di suolo dell'intera

pendice.


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73

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AUTORE

Atreyu

PUBBLICATO

+1 anno fa


DESCRIZIONE DISPENSA

Materiale didattico per il corso di Gestione dei sistemi agro - zootecnici a cura del Prof. Marco Bindi e del Prof. Simone Orlandini, all'interno del quale sono affrontati i seguenti argomenti: analisi delle componenti ambientali che concorrono alla gestione sostenibile del territorio e dell'ecosistema; il suolo, le tipologie di erosione e le problematiche connesse alla conservazione del territorio.


DETTAGLI
Corso di laurea: Corso di laurea magistrale in scienze e tecnologie agrarie
SSD:
Docente: Bindi Marco
Università: Firenze - Unifi
A.A.: 2009-2010

I contenuti di questa pagina costituiscono rielaborazioni personali del Publisher Atreyu di informazioni apprese con la frequenza delle lezioni di Gestione dei sistemi agro-zootecnici e studio autonomo di eventuali libri di riferimento in preparazione dell'esame finale o della tesi. Non devono intendersi come materiale ufficiale dell'università Firenze - Unifi o del prof Bindi Marco.

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