Hydro-morphodynamics of tidal embayments and climate change

This thesis is motivated by the desire to understand better and to model some important aspects of tidal estuary. Three different subjects are studied: cross-section modelling; wind characterization in Venice Lagoon (Italy); drainage channel initiation. It has been developed a physical based analytical model to study the estuary cross-section for hydrodynamics and sediment transport. The main focus is to study the effects of different boundary conditions. At the bed, three condition are applied: the classical no-slip condition with constant eddy viscosity; a partial-slip condition with constant eddy viscosity; a no-slip condition with parabolic eddy viscosity profile. Solutions are investigated using scaling and perturbations methods. Whereas the partial-slip condition does not consistently improve the no-slip condition, the use of parabolic eddy viscosity is a really impressive progress: it allows a better understanding and representation of the physical dynamics of the environment. Regarding wind in the Venice lagoon, it has been analysed an 11-years database of wind data taken in the lagoon and in the nearby sea. Wind statistics are studied by rose plots and nine probability density functions. This work results in a characterization of the annual, seasonal, monthly and hourly statistics of the wind in the lagoon. The last argument of research concerns the modelling of drainage channel initiation in sheet flow condition. The analysis is specialized to model the periodic spacing of parallel drainage channels; this type of networks are present in many different environments and with a wide range of length-scales. The model is analytical and physical based; solutions are searched by scaling and perturbation methods. The results point out that the main parameters are the water depth, the concentration of sediment, the critical velocity for sediment resuspension. Spacing of drainage channels are found for a wide range of parameters.

L'interesse di questa tesi è quello di meglio comprendere alcuni aspetti importanti degli ambienti a marea. In questo contesto, sono stati analizzati tre argomenti: modellazione delle sezioni trasversali di un estuario, caratterizzazione del vento nella laguna di Venezia e la formazione di canali di drenaggio. Si è costruito un modello analitico per lo studio dell'idrodinamica e il trasporto dei sedimenti focalizzando l'attenzione alle sezioni trasversali. Lo scopo principale è stato quello di analizzare gli effetti dell'applicazione di differenti condizioni al contorno. Al fondo sono state applicate tre differenti condizioni: quella classica di non scivolamento con viscosità di vortice costante, la condizione di parziale scivolamento con viscosità costante e la condizione di non scivolamento con profilo parabolico di viscosità. Le soluzioni sono state cercate attraverso l'utilizzo dell'analisi dimensionale e lo sviluppo perturbativo. La condizione di parziale scivolamento non ha comportato un miglioramento significativo rispetto al non scivolamento. Invece, la condizione di viscosità con profilo parabolico è risultata una miglioria significativa: permette una migliore comprensione e rappresentazione della fisica del sistema. Per quanto riguarda il vento in laguna di Venezia, si è studiato un database di 11 anni di dati di vento in laguna e nel mare vicino. Si sono utilizzati grafici di vento a settori e si sono calcolate le distribuzioni di probabilità. Attraverso questo lavoro, si sono caratterizzati gli andamenti annuali, stagionali, mensili e orari. L'ultimo argomento riguarda lo studio della formazione di canali di drenaggio in consizioni di flusso laminare. L'analisi riguarda lo studio della spaziatura dei canali a distribuzione parallela e periodica che caratterizzano diversi ambienti per un range ampio di parametri. Il modello è analitico e basato sulla fisica del sistema; le soluzioni sono ricercate attraverso l'analisi dimensionale e i metodi perturbativi. I risultati evidenziano che i parametri principali sono il battente d'acqua, la concentrazione, e la velocità critica per la risospensione. Si sono trovati i valori di spaziatura dei canali per un ampio spettro di variazione dei parametri.