Indagini numeriche sulle caratteristiche del moto medio e della turbolenza in presenza di vegetazione

La vegetazione acquatica influenza spesso fortemente l’idrodinamica e conseguentemente i processi di trasporto e diffusione di sedimenti e sostanze disciolte nei corpi idrici superficiali. La modellazione matematico-numerica del moto medio e delle caratteristiche della turbolenza in ambienti vegetati rappresenta un utile strumento di valutazione delle resistenze idrauliche e dei fenomeni di trasporto e diffusione appena menzionati. Nel presente lavoro si è considerato il caso di moto unidimensionale in presenza di vegetazione rigida di geometria complessa, sommersa o parzialmente emersa. Nelle indagini sono stati utilizzati due diversi modelli di turbolenza, entrambi basati sul concetto di viscosità turbolenta di Boussinesq, e precisamente un modello di tipo k- , opportunamente modificato per tener conto della turbolenza addizionale indotta dalla vegetazione, e un modello a due strati, nel quale è introdotta una formulazione semiempirica della lunghezza di mescolamento, che considera separatamente il moto attraverso la vegetazione e quello al di sopra di essa. Per consentire una descrizione completa dei fenomeni di turbolenza nell’intero campo di moto, il modello a due strati è stato completato affiancando all’equazione di conservazione della quantità di moto un’equazione di bilancio dell’energia cinetica turbolenta opportunamente formulata. I risultati prodotti dai due modelli sono stati confrontati tra loro e con dati sperimentali di letteratura, tutti relativi ad esperienze di laboratorio nelle quali si è utilizzata talora vegetazione reale, talora modelli di piante in materiale sintetico, o in cui lo strato vegetale è stato simulato mediante semplici cilindri disposti in modo da riprodurre condizioni reali di densità di vegetazione. I risultati forniti dai modelli in termini di profili di velocità e sforzi tangenziali turbolenti possono ritenersi generalmente in buon accordo con i dati sperimentali, mentre sono state riscontrate discrepanze anche considerevoli tra valori calcolati e misurati di viscosità cinematica turbolenta, intensità della turbolenza e alcuni termini del bilancio di energia cinetica turbolenta.