Projekt

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River Eco-Morphological processes and Engineered DYnamic streamflows (REMEDY)

Titel Englisch River Eco-Morphological processes and Engineered DYnamic streamflows (REMEDY)
Gesuchsteller/in Perona Paolo
Nummer 153028
Förderungsinstrument SNF-Förderungsprofessuren
Forschungseinrichtung Institut d'ingénierie de l'environnement EPFL - ENAC - IIE
Hochschule Institution ausserhalb der Schweiz - IACH
Hauptdisziplin Hydrologie, Limnologie, Glaziologie
Beginn/Ende 01.09.2014 - 31.08.2016
Bewilligter Betrag 613'921.00
Alle Daten anzeigen

Keywords (6)

River ecomorphodynamics; Roots growth; Dynamic flow releases; Non-traditional water uses; Laboratory experiments; Stability analysis

Lay Summary (Italienisch)

Lead
I processi ecomorfodinamici fluviali e la relativa biodiversita' dipendono dal regime fluviale, il quale, come noto, puo' essere fortemente influenzato dalla presenza di opere idrauliche e infrastrutture atte alla regolazione del corso d'acqua. Nell'era post-Fukushima, la Svizzera ha deciso di investire in maniera consistente nella produzione energetica da fonti rinnovabili, prima fra tutte l'idroelettrico. Questo comportera' un ulteriore sfruttamento delle risorse idriche del paese e la conseguente consapevolezza della popolazione di un notevole impatto antropico. Di qui la necessita' di sviluppare regole di rilascio alternative a quelle attuali basate sul concetto di Deflusso Minimo Vitale, che e' un concetto puramente statico. Il progetto REMEDY si propone di indagare questo problema dal punto di vista analitico, numerico e sperimentale.
Lay summary

Come primo punto, questo progetto intende studiare ed estendere i nostri studi sulla ottimizzazione ecologica ed economica di utilizzatori ad acqua fluente, ai sistemi idrolettrici classici. Per tali sistemi il problema risulta complicato dalla possibilita' di stoccare la risorsa idrica e dunque aumenta le dimensioni del numero di decisioni possibili. Dal punto di vista matematico si tratta di un problema di ottimizzazione di equazioni differenziali stocastiche. Nel progetto si intendono sviluppare nuovi indicatori ecologici in grado di prendere in considerazione gli effetti della variabilita' idrodinamica e relativi effetti sulla morfodinamica fluviale risultanti da regole di rilascio dinamiche. Sebbene alcuni aspetti del problema possano essere studiati in forma analitica assumendo opportune semplificazioni, in generale tutta la trattazione sara' numerica.  

Come secondo aspetto verra' affrontata analiticamente l'analisi di stabilita' lineare delle equazioni ecomorfodinamiche 1D e 2D. Tali equazioni differiscono rispetto a quelle tradizionali della morfodinamica fluviale per via di una equazione aggiuntiva accoppiata che tenga in conto degli effetti legati alla presenza e la dinamica della vegetazione. In particolare, il caso 1D verra' anche applicato allo studio di correnti accelerate dovute alla presenza di restringimenti di sezione; il caso 2D, sara' invece applicato allo studio delle forme fluviali classiche e le condizioni necessarie e sufficienti per la formazione di "anabranching".

Il terzo aspetto sara' interamente sperimentale e mirera' allo studio degli effetti di azioni meccaniche sullo stelo della vegetazione fluviale nel determinare la forma della biomassa radicale. Verranno utilizzate talee di Salici, i quali sono la tipica vegetazione pioniera colonizzante le forme fluviali nei fiumi alle nostre latitudini.

Direktlink auf Lay Summary Letzte Aktualisierung: 27.07.2014

Verantw. Gesuchsteller/in und weitere Gesuchstellende

Mitarbeitende

Publikationen

Publikation
Stability analysis of ecomorphodynamic equations
Baerenbold F., Crouzy B., Perona P. (2016), Stability analysis of ecomorphodynamic equations, in WATER RESOURCES RESEARCH, 52(2), 1070-1088.
Ecomorphodynamic conditions for the emergence of river anabranching patterns
Crouzy B., Wuethrich D., Perona P., D'Odorico P. (2014), Ecomorphodynamic conditions for the emergence of river anabranching patterns, in RIVER FLOW 2014, LausanneBalkema, Lausanne.
Ecomorphodynamic approaches to river anabranching patterns
Crouzy B., Bärenbold F, D'Odorico P., Perona P., Ecomorphodynamic approaches to river anabranching patterns, in Advances in Water Resources.
Experimental characterization of vegetation uprooting by flow
Edmaier Katharina, Crouzy Benoît, Perona Paolo, Experimental characterization of vegetation uprooting by flow, in Journal of Geophysical Research .
Non-proportional Repartition Rules Optimize Environmental Flows and Energy Production
Razurel Pierre, Gorla Lorenzo, Crouzy Benoît, Perona Paolo, Non-proportional Repartition Rules Optimize Environmental Flows and Energy Production, in Water Resources Management.
Optimizing drip irrigation for eggplant using evolving thresholds
Mueller Tom, Ranquet-Bouleau Clemence, Perona Paolo, Optimizing drip irrigation for eggplant using evolving thresholds, in Agricultural Water Management.
The signature of randomness in riparian plant root distributions
Tron S., Perona P., Gorla L., Schwarz M., Laio F., Ridolfi L., The signature of randomness in riparian plant root distributions, in Geophys. Res. Letts..

Zusammenarbeit

Gruppe / Person Land
Formen der Zusammenarbeit
Laboratory ECOS/ IIE, ENAC EPFL Schweiz (Europa)
- vertiefter/weiterführender Austausch von Ansätzen, Methoden oder Resultaten
- Publikation
DIATI/Politecnico di Torino Italien (Europa)
- vertiefter/weiterführender Austausch von Ansätzen, Methoden oder Resultaten
- Publikation
Berner Hochschule für Agrar, Forest und Lebensmittelwissenschaften Schweiz (Europa)
- Publikation

Kommunikation mit der Öffentlichkeit

Kommunikation Titel Medien Ort Jahr
Medienarbeit: Radio, Fernsehen Un Bol d’Oxygène : Des algorithmes pour la biodiversité RTS, ARTE Westschweiz 2015

Verbundene Projekte

Nummer Titel Start Förderungsinstrument
128545 Alpine environmental Dynamics And the sustainable MAnagement of Non-Traditional water uses (ADAMANT) 01.09.2010 SNF-Förderungsprofessuren

Abstract

River ecomorphological processes depend on the flow regime, which can be strongly modified with respect to the natural one by water impoundment; in turn, this induces medium-long term biodiversity changes. Developing engineered dynamic flow releases is considered a major research challenge, precisely because such releases should ideally guarantee the economic efficiency of water uses without straining the environment (Perona et al., 2013). To the purpose, engineering dynamic streamflows requires understanding ecomoprhological processes, and viceversa.REMEDY, as acronym for River Eco-Morphological processes and Engineered DYnamic streamflows, is an ambitious multidisciplinary research project. Yet, it is characterized by three conceptually interconnected Tasks, which propose new intriguing scientific research themes. Beyond tackling basic research questions, this research project blends both theoretical and experimental investigations, which are also complementary to those already successfully carried out within the currently ending project ADAMANT. As a first Task, we propose to extend our studies on the bio-economy of flow diversions (Gorla and Perona, 2013) to dammed systems, for which the problem involves the optimization of stochastic differential equations. Yet, we will develop new ecohydrological indicators able to take the hydrodynamic variability caused by the flow regime and the river morphology into account. Although some analytical steps can be advanced as far as the dynamics of storage systems is concerned, this task will essentially be investigated numerically.As a second Task, analytical linear stability analysis of the both 1-Dymensional and 2-Dimensional equations of morphodynamics, modified in order to account for the presence of growing vegetation will be performed. The 1-D case will be applied to validate data concerning vegetation establishment conditions in convectively accelerated streams. The 2-D case will be applied to study the emergence of river anabranching. The third Task will be almost entirely experimental, and focussed at understanding whether root growth of pioneering plants (mainly Salix species of the type we investigated in Pasquale et al. (2013)) colonizing alluvial bedforms may occur with preferential directions in order to balance the momentum caused by drag during flooding, and whether directionality is also both hydro- and oxitropism dependent (Pasquale et al., 2012).REMEDY will last two years, and does not require additional funding neither for equipment nor for infrastructures, being all the necessary laboratory resources already in place and functioning. Project deliverables will all lead to scientific publications in international journals, while the applied aspects will meet the interest of river managers and stakeholders, as now being happening for the ending project ADAMANT.
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