Obiettivo generale della ricerca è lo sviluppo di nuovi modelli concettuali per la simulazione del flusso e del trasporto all'interno degli acquiferi marcatamente eterogenei. Gli schemi "classici" di modellazione del flusso e del trasporto negli acquiferi ad alta eterogeneità interpretano la complessità del mezzo naturale avvalendosi di una serie di ipotesi semplificative; in particolare, la conducibilità viene tipicamente rappresentata attraverso una funzione aleatoria dello spazio i) con pdf log-normale e ii) statisticamente omogenea. Recenti studi hanno evidenziato come questo modello, valido per acquiferi debolmente o mediamente eterogenei, risulti inadatto a rappresentare la realtà in una vasta gamma di situazioni di interesse pratico e/o ingegneristico. Difficoltà si incontrano principalmente nella caratterizzazione sperimentale della funzione aleatoria che descrive la conducibilità idraulica della formazione. Il progetto approfondisce precedenti contributi del gruppo di lavoro sull'argomento e si sviluppa secondo due direttrici principali: a) Validazione e calibrazione del modello multiscala troncato per la descrizione della variabilità spaziale a scala di campo delle caratteristiche idrauliche degli acquiferi marcatamente eterogenei (es. mezzi fessurati e carsici); simulazione del moto e trasporto di soluti in tali acquiferi; b) Studio a scala di laboratorio di geometrie complesse tipiche degli acquiferi naturali ad elevata eterogeneità (es. fratture ad apertura variabile); verranno esaminate alcune geometrie idealizzate, per analizzare l'impatto della variabilità delle apertutre sulle principali proprietà idrauliche e di trasporto. Relativamente alle due direttrici principali della ricerca, vengono specificate nel seguito la metodologia ed i risultati attesi. 1) Validazione e calibrazione del modello multiscala troncato; simulazioni di moto e trasporto. I risultatici analitici introdotti dalla teoria multiscala (Di Federico e Neuman, 1997; Di Federico et al., 1999) sono stati di recente corroborati da un'importante conferma numerica indipendente, la quale ha comprovato l'esistenza, in precedenza soltanto postulata, di un rapporto di proporzionalità diretta tra la scala integrale del campo multiscala e le dimensioni spaziali dello stesso. Tale evidenza costituisce un importante punto di forza in favore della teoria multiscala: una volta che sia noto il comportamento statistico di un campo di conduttività di date dimensioni spaziali e che un variogramma troncato sia stato opportunamente calibrato sullo stesso, la costante di cui sopra consentirà di "muoversi attraverso le scale", ovvero di prevedere le proprietà statistiche di finestre dello stesso campo di dimensioni differenti rispetto a quella di campionamento da cui provengono i dati. Lo studio delle caratteristiche idrauliche del mezzo risulta poi funzionale al successivo sviluppo di simulazioni di flusso e trasporto sui domini in questione, i cui risultati sono di notevole importanza in termini applicativi. Si procederà quindi in primo luogo alla determinazione numerica, tramite analisi geostatistica, del rapporto esistente tra la scala integrale del campo multiscala e le dimensioni spaziali dello stesso. Successivamente, i dati sperimentali del sito ALRS (Apache Leap Research Site) in Arizona verranno ri-esaminati alla luce del modello multiscala troncato. Il generatore numerico di campi random HYDRO_GEN verrà modificato per consentire la generazione numerica di campi con variogramma multiscala troncato, sui cui eseguire simulazioni di moto a trasporto di soluti tipo Monte Carlo. Infine si cercherà di approfondire il legame esistente tra il modello multiscala troncato in presenza di lacunarità (introdotto dal coordinatore del gruppo di ricerca) e strutture geologiche naturali quali mezzi fratturati. 2) Studio di geometrie complesse. Si intende studiare il moto laminare in geometrie complesse (es. frattura nella quale la variabilità delle aper...

APPROCCIO MULTISCALA ALLA MODELLAZIONE DEGLI ACQUIFERI

DI FEDERICO, VITTORIO
2004

Abstract

Obiettivo generale della ricerca è lo sviluppo di nuovi modelli concettuali per la simulazione del flusso e del trasporto all'interno degli acquiferi marcatamente eterogenei. Gli schemi "classici" di modellazione del flusso e del trasporto negli acquiferi ad alta eterogeneità interpretano la complessità del mezzo naturale avvalendosi di una serie di ipotesi semplificative; in particolare, la conducibilità viene tipicamente rappresentata attraverso una funzione aleatoria dello spazio i) con pdf log-normale e ii) statisticamente omogenea. Recenti studi hanno evidenziato come questo modello, valido per acquiferi debolmente o mediamente eterogenei, risulti inadatto a rappresentare la realtà in una vasta gamma di situazioni di interesse pratico e/o ingegneristico. Difficoltà si incontrano principalmente nella caratterizzazione sperimentale della funzione aleatoria che descrive la conducibilità idraulica della formazione. Il progetto approfondisce precedenti contributi del gruppo di lavoro sull'argomento e si sviluppa secondo due direttrici principali: a) Validazione e calibrazione del modello multiscala troncato per la descrizione della variabilità spaziale a scala di campo delle caratteristiche idrauliche degli acquiferi marcatamente eterogenei (es. mezzi fessurati e carsici); simulazione del moto e trasporto di soluti in tali acquiferi; b) Studio a scala di laboratorio di geometrie complesse tipiche degli acquiferi naturali ad elevata eterogeneità (es. fratture ad apertura variabile); verranno esaminate alcune geometrie idealizzate, per analizzare l'impatto della variabilità delle apertutre sulle principali proprietà idrauliche e di trasporto. Relativamente alle due direttrici principali della ricerca, vengono specificate nel seguito la metodologia ed i risultati attesi. 1) Validazione e calibrazione del modello multiscala troncato; simulazioni di moto e trasporto. I risultatici analitici introdotti dalla teoria multiscala (Di Federico e Neuman, 1997; Di Federico et al., 1999) sono stati di recente corroborati da un'importante conferma numerica indipendente, la quale ha comprovato l'esistenza, in precedenza soltanto postulata, di un rapporto di proporzionalità diretta tra la scala integrale del campo multiscala e le dimensioni spaziali dello stesso. Tale evidenza costituisce un importante punto di forza in favore della teoria multiscala: una volta che sia noto il comportamento statistico di un campo di conduttività di date dimensioni spaziali e che un variogramma troncato sia stato opportunamente calibrato sullo stesso, la costante di cui sopra consentirà di "muoversi attraverso le scale", ovvero di prevedere le proprietà statistiche di finestre dello stesso campo di dimensioni differenti rispetto a quella di campionamento da cui provengono i dati. Lo studio delle caratteristiche idrauliche del mezzo risulta poi funzionale al successivo sviluppo di simulazioni di flusso e trasporto sui domini in questione, i cui risultati sono di notevole importanza in termini applicativi. Si procederà quindi in primo luogo alla determinazione numerica, tramite analisi geostatistica, del rapporto esistente tra la scala integrale del campo multiscala e le dimensioni spaziali dello stesso. Successivamente, i dati sperimentali del sito ALRS (Apache Leap Research Site) in Arizona verranno ri-esaminati alla luce del modello multiscala troncato. Il generatore numerico di campi random HYDRO_GEN verrà modificato per consentire la generazione numerica di campi con variogramma multiscala troncato, sui cui eseguire simulazioni di moto a trasporto di soluti tipo Monte Carlo. Infine si cercherà di approfondire il legame esistente tra il modello multiscala troncato in presenza di lacunarità (introdotto dal coordinatore del gruppo di ricerca) e strutture geologiche naturali quali mezzi fratturati. 2) Studio di geometrie complesse. Si intende studiare il moto laminare in geometrie complesse (es. frattura nella quale la variabilità delle aper...
2004
V. Di Federico
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