Potenzialità di tecniche ADCP per la stima del trasporto solido di fondo : misure sperimentali a confronto

The aim of this thesis is to compare the estimation of bedload solid discharge derived from literature formulas and that one obtained from two different instruments: the Helley-Smith bedload sampler and the Acoustic Doppler Current Profiler (ADCP). For both instruments, the limitations in the field of application of river environment are shown, but the focus has also fallen on the potential of the ADCP. In particular, the estimate of the bedload solid discharge was obtained with both indirect and direct approaches. The indirect methods get the estimation of the solid discharge starting from the friction velocity; the latter obtained both from the interpolations of the velocity profiles, returned by the ADCP, through the logarithmic law, and by pursuing a global approach that allows to obtain it starting from the data of average velocity and hydraulic radius of the river section as well as from the characteristic diameter of the sediment. The direct methods, in the other hand, refer to both the use of the Helley-Smith bedload sampler and to the Bottom Tracking function of the ADCP, thanks to which it is possible to obtain the speed of movement of the sediment on the riverbed, and then, used in combination with the thickness of the active layer, to derive the bedload solid discharge. The application of these methodologies was carried out in two measurement campaigns: the first one on the Piave river which, presenting itself in extreme lean conditions, which it made possible to verify that the ADCP did not detect any movement of the riverbed sediments in conditions of absence of solid transport , confirming that the instrumentation does not return solid transport values instead derived from instrumental or application errors; the second one on the Po river, in Boretto section, which made it possible to compare the results obtained from the different approaches. The use of ADCP for the measurement of bedload river transport has certainly proved to be a promising technique that has numerous advantages, especially compared with the traditional technique as the bedload sampler, but it still requires research work to acquire a sample of data in order to eventually be able to estimate parameters correction of solid flow measurements.

In questa tesi si analizzano la stima della portata solida di fondo di una corrente fluviale attraverso formule di letteratura e misure ottenute con due differenti strumentazioni: il campionatore di fondo di Helley-Smith e l’Acoustic Doppler Current Profiler (ADCP). Il lavoro si concentra sulle potenzialità della tecnica ADCP a confronto con quella del campionatore attraverso il confronto di misure eseguite in ambiente fluviale discutendone le limitazioni e le potenzialità di ciascuna. In particolare, la stima della portata solida di fondo è stata ricavata con approcci sia indiretti che diretti. I metodi indiretti stimano la portata solida a partire dalla velocità di attrito, ottenuta sia dalle interpolazioni dei profili di velocità, misurate dall’ADCP, sia calcolandola globalmente per la sezione. I metodi diretti fanno invece riferimento sia all’utilizzo del campionatore di fondo di Helley-Smith sia alla funzione di “Bottom Tracking” dell’ADCP, grazie alla quale è possibile ricavare la velocità di spostamento del sedimento sul fondo, che in combinazione con lo spessore dello strato attivo, permette di ricavare la portata solida. L’applicazione di queste metodologie è stata eseguita in due campagne di misura: sul fiume Piave che, presentandosi in condizioni estreme di magra, ha permesso di verificare che l’ADCP non rilevasse alcuno spostamento dei sedimenti di fondo in condizioni di assenza di trasporto solido, confermando che la strumentazione non restituisca valori di trasporto solido frutto invece di errori strumentali o di applicazione; sul fiume Po, in sezione di Boretto, che ha permesso di confrontare tra loro i risultati ottenuti dai diversi approcci. L’uso dell’ADCP per la misura del trasporto solido di fondo è risultato sicuramente una tecnica promettente che presenta numerosi vantaggi, specie se paragonata con la tecnica tradizionale del campionatore di fondo, ma richiede ancora lavoro di ricerca per acquisire un campione di dati tale da poter eventualmente stimare parametri di correzione delle misure di portata solida.