Progettazione di un Sistema Irriguo TECNICHE IRRIGUE Progettazione di un Sistema Irriguo

WUE: NESTED APPROACH q(h) J(q;D) λ(q;D*) RWU Tr P(Q;H;h) SPAC DISTRIBUTION SYSTEM WATER RESOURCE

Fasi per la progettazione di un Sistema Irriguo

F1 – Inquadramento territoriale e agro-ambientale F1,a - Inquadramento Geografico del Territorio OLIVETO HD Lat. 43.019583° Long. 10.605951° LAVANDA RDI --.------° ACTINIDIA --.------°

F1 – Inquadramento territoriale e agro-ambientale F1,b - Agrometeorologia Cosa fare? Selezionare dal sito SIT/SAT le tre stazioni prossime al vostro sito; 2) Richiedere/Scaricare le serie di dati (almeno 10 anni) giornalieri: Temperatura massima e minima dell’aria Umidità relativa dell’aria Velocità del vento 3) Salvare i dati RAW (grezzi: *.txt oppure *.asce) nella cartella RAW DATA; 4) Organizzare i dati per colonne (una colonna per variabile) in un foglio excel e controllare l’uniformità cronologica ed inserire NAN per le date mancanti. La matrice data deve essere continua, no buchi temporali.

Dinamica delle forzanti agrometeorologiche relative all’anno medio F1 – Inquadramento territoriale e agro-ambientale F1,b - Agrometeorologia Dinamica delle forzanti agrometeorologiche relative all’anno medio Il modello tiene conto delle domanda ambientale attraverso l’equazione di Penmann-Monteith e permette di calcolare i flussi evapotraspirativi effettivi sulla base di coefficienti riduttivi dei tassi traspirativi ed evaporativi. -Il modello richiede in input i dati meteo per la determinazione dell’evepotraspirazine di riferimento -parametri relativi alla coltura quali l’altezza della canopy e profondita dell’apparato radicale, nonché il coefficiente colturale basale per la determinazione della traspirazione potenziale ed il coefficiente di evaporazione per la stima dei flussi evaporativi dal suolo. -i parametri relativi al suolo sono rappresentati dalle constanti idrologiche che insieme alla profondità delle radici dettano la geometria del serbatoio -nella fase di validazione del modello stesso anche l’irrigazione rappresenta un dato di input Una volta calcolati i flussi evaporativi dal suolo e traspirativi dalla pianta il modello determina giornalmente il valore della deplezione ovvero del quantitativo di acqua necessario per portare il volume di suolo considerato, dalle condizioni di umidità in cui si trova alla capacità di campo. Definita inoltre l’acqua disponibile totale e quella prontamente disponibile per la pianta, il modello determina i coefficienti di stress Ks riduttivi dei flussi traspirativi; con una computazione analoga il modello si calcola i coefficienti riduttivi della componente evaporativa dal suolo. La computazione di questi coefficienti riduttivi dell’evaporazione dal suolo e della traspirazione dalla pianta, permette, di trasformare i flussi potenziali in effettivi. Pertanto il modello fornisce in uscita i flussi in termini effettivi, i volumi di adacquamento e, conoscendo la deplezione giornaliera, i contenuti idrici medi del suolo.

F1 – Inquadramento territoriale e agro-ambientale F1,c - Pedologia Cosa fare? Selezionare dal sito GEOSCOPIO la cartografia tematica relativa al suolo (tipo suolo, granulometria e/o classe di tessitura); Implementare tutti dati disponibili per il vostro sito in una tabella

Curva di ritenzione idrica e costanti idrologiche F1 – Inquadramento territoriale e agro-ambientale F1,d – Idrologia del suolo Curva di ritenzione idrica e costanti idrologiche

How irrigate  to choose the method to supply water to crop WUE: PRECISION IRRIGATION How irrigate  to choose the method to supply water to crop How much irrigate  determining crop water need as well as the volume for each irrigation When irrigate (Timing Irrigation)  Individuation of the most appropriate time to schedule irrigation

WUE: How Much Irrigate  Agro-Hydrological model approach Il modello FAO-56 Modello del tipo a serbatoio che simula, attraverso delle funzioni di esaurimento, l’evoluzione della riserva idrica nel volume di suolo interessato dall’apparato radicale. Nel modello FAO viene simulata attraverso funzioni di esaurimento la variazione della riserva idrica del volume di suolo interessato dall’apparato radicale. www.kimberly.uidaho.edu

Il Modello FAO56: Caratteristiche del Serbatoio WUE: How Much Irrigate  Agro-Hydrological model approach Il Modello FAO56: Caratteristiche del Serbatoio TAW RAW De Nei modelli semplificati, invece, i processi di scambio vengono descritti attraverso relazioni semplificate e la dinamica dei flussi idrici viene schematizzata attraverso le variazioni medie che avvengono all’interno di un volume di suolo considerato come un serbatoio. La geometria di questo serbatoio e regolata oltre che dalla potenza dell’apparato radicale anche dalle costanti idrologiche del suolo. θsat  Contenuto idrico a saturazione [cm3 cm-3] Zr θfc  Contenuto idrico alla capacità di campo [cm3 cm-3] θp  Contenuto idrico critico [cm3 cm-3] θi θwp  Contenuto idrico al punto di appassimento [cm3 cm-3]

Il modello FAO56: l’equazione di bilancio WUE: How Much Irrigate  Agro-Hydrological model approach Il modello FAO56: l’equazione di bilancio De,i: deplezione computata alla fine del giorno i-esimo [mm] De,i-1: deplezione computata al giorno precedente [mm] Pe,i: precipitazione efficace al giorno i-esimo [mm] RO,i: deflusso superficiale al giorno i-esimo [mm] Ie,i: irrigazione efficace [mm] CR,i: risalita capillare di falda [mm] ETc,i: evapotraspirazione colturale [mm] DP,i: percolazione profonda [mm] Il modello tiene conto delle domanda ambientale attraverso l’equazione di Penmann-Monteith e permette di calcolare i flussi evapotraspirativi effettivi sulla base di coefficienti riduttivi dei tassi traspirativi ed evaporativi. -Il modello richiede in input i dati meteo per la determinazione dell’evepotraspirazine di riferimento -parametri relativi alla coltura quali l’altezza della canopy e profondita dell’apparato radicale, nonché il coefficiente colturale basale per la determinazione della traspirazione potenziale ed il coefficiente di evaporazione per la stima dei flussi evaporativi dal suolo. -i parametri relativi al suolo sono rappresentati dalle constanti idrologiche che insieme alla profondità delle radici dettano la geometria del serbatoio -nella fase di validazione del modello stesso anche l’irrigazione rappresenta un dato di input Una volta calcolati i flussi evaporativi dal suolo e traspirativi dalla pianta il modello determina giornalmente il valore della deplezione ovvero del quantitativo di acqua necessario per portare il volume di suolo considerato, dalle condizioni di umidità in cui si trova alla capacità di campo. Definita inoltre l’acqua disponibile totale e quella prontamente disponibile per la pianta, il modello determina i coefficienti di stress Ks riduttivi dei flussi traspirativi; con una computazione analoga il modello si calcola i coefficienti riduttivi della componente evaporativa dal suolo. La computazione di questi coefficienti riduttivi dell’evaporazione dal suolo e della traspirazione dalla pianta, permette, di trasformare i flussi potenziali in effettivi. Pertanto il modello fornisce in uscita i flussi in termini effettivi, i volumi di adacquamento e, conoscendo la deplezione giornaliera, i contenuti idrici medi del suolo.

Il modello FAO56: calcolo di ETc WUE: How Much Irrigate  Agro-Hydrological model approach Il modello FAO56: calcolo di ETc Single Crop Coefficient Approach (Kc) gli effetti della traspirazione della coltura e dell’evaporazione dal suolo vengono combinati in un unico coefficiente ETc=ET0 Kc Dual Crop Coefficient Approach (Kcb+Ke) gli effetti della traspirazione della coltura e dell’evaporazione dal suolo vengono computati separatamente ETc=ET0 (Kcb+Ke) Il modello tiene conto delle domanda ambientale attraverso l’equazione di Penmann-Monteith e permette di calcolare i flussi evapotraspirativi effettivi sulla base di coefficienti riduttivi dei tassi traspirativi ed evaporativi. -Il modello richiede in input i dati meteo per la determinazione dell’evepotraspirazine di riferimento -parametri relativi alla coltura quali l’altezza della canopy e profondita dell’apparato radicale, nonché il coefficiente colturale basale per la determinazione della traspirazione potenziale ed il coefficiente di evaporazione per la stima dei flussi evaporativi dal suolo. -i parametri relativi al suolo sono rappresentati dalle constanti idrologiche che insieme alla profondità delle radici dettano la geometria del serbatoio -nella fase di validazione del modello stesso anche l’irrigazione rappresenta un dato di input Una volta calcolati i flussi evaporativi dal suolo e traspirativi dalla pianta il modello determina giornalmente il valore della deplezione ovvero del quantitativo di acqua necessario per portare il volume di suolo considerato, dalle condizioni di umidità in cui si trova alla capacità di campo. Definita inoltre l’acqua disponibile totale e quella prontamente disponibile per la pianta, il modello determina i coefficienti di stress Ks riduttivi dei flussi traspirativi; con una computazione analoga il modello si calcola i coefficienti riduttivi della componente evaporativa dal suolo. La computazione di questi coefficienti riduttivi dell’evaporazione dal suolo e della traspirazione dalla pianta, permette, di trasformare i flussi potenziali in effettivi. Pertanto il modello fornisce in uscita i flussi in termini effettivi, i volumi di adacquamento e, conoscendo la deplezione giornaliera, i contenuti idrici medi del suolo.

L’ Evapotraspirazione WUE: How Much Irrigate  Agro-Hydrological model approach L’ Evapotraspirazione ET0, Evapotrasp. della Coltura di Riferimento ETp, Evapotrasp. Potenziale della Coltura ETe, Evapotrasp. Effettiva della Coltura

L’ Evapotraspirazione WUE: How Much Irrigate  Agro-Hydrological model approach L’ Evapotraspirazione ET0 Evapotrasp. della coltura di riferimento ETp Evapotrasp. Potenziale della coltura ETe Evapotrasp. Effettiva della coltura

ET0 : Bigleaf approach, P-M mod. FAO WUE: How Much Irrigate  Agro-Hydrological model approach ET0 : Bigleaf approach, P-M mod. FAO L’Evapotraspirazione di Riferimento, ET0. può essere determinata o seguendo il modello più complesso di Penman-Monteith modificato FAO: Δ= pendenza della curva di pressione di vapore d’acqua a saturazione [kPa/°C] Rn = Radiazione netta [MJ/(m2 giorno)] G = flusso di calore dal suolo ≈ 0 [MJ/(m2 giorno)] T = Temp. media [°C] u2 = velocità del vento a 2 metri dal suolo [m/s] g = costante psicometrica [kPa/°C] ea = pressione attuale di vapore [kPa] es = pressione di vapore saturo alla temp. T [kPa] Il modello tiene conto delle domanda ambientale attraverso l’equazione di Penmann-Monteith e permette di calcolare i flussi evapotraspirativi effettivi sulla base di coefficienti riduttivi dei tassi traspirativi ed evaporativi. -Il modello richiede in input i dati meteo per la determinazione dell’evepotraspirazine di riferimento -parametri relativi alla coltura quali l’altezza della canopy e profondita dell’apparato radicale, nonché il coefficiente colturale basale per la determinazione della traspirazione potenziale ed il coefficiente di evaporazione per la stima dei flussi evaporativi dal suolo. -i parametri relativi al suolo sono rappresentati dalle constanti idrologiche che insieme alla profondità delle radici dettano la geometria del serbatoio -nella fase di validazione del modello stesso anche l’irrigazione rappresenta un dato di input Una volta calcolati i flussi evaporativi dal suolo e traspirativi dalla pianta il modello determina giornalmente il valore della deplezione ovvero del quantitativo di acqua necessario per portare il volume di suolo considerato, dalle condizioni di umidità in cui si trova alla capacità di campo. Definita inoltre l’acqua disponibile totale e quella prontamente disponibile per la pianta, il modello determina i coefficienti di stress Ks riduttivi dei flussi traspirativi; con una computazione analoga il modello si calcola i coefficienti riduttivi della componente evaporativa dal suolo. La computazione di questi coefficienti riduttivi dell’evaporazione dal suolo e della traspirazione dalla pianta, permette, di trasformare i flussi potenziali in effettivi. Pertanto il modello fornisce in uscita i flussi in termini effettivi, i volumi di adacquamento e, conoscendo la deplezione giornaliera, i contenuti idrici medi del suolo.

ET0 : Empirical approach, H-S modificato FAO WUE: How Much Irrigate  Agro-Hydrological model approach ET0 : Empirical approach, H-S modificato FAO ………. oppure applicando la procedura semplificata proposta da Hargreaves-Samani: Tmean = Temperatura media dell’aria [°C] Tmax = Temperatura massima dell’aria [°C] Tmin = Temperatura minima dell’aria [°C] Ra = Radiazione solare extraterestre [MJ m-2 d-1] Ra Il modello tiene conto delle domanda ambientale attraverso l’equazione di Penmann-Monteith e permette di calcolare i flussi evapotraspirativi effettivi sulla base di coefficienti riduttivi dei tassi traspirativi ed evaporativi. -Il modello richiede in input i dati meteo per la determinazione dell’evepotraspirazine di riferimento -parametri relativi alla coltura quali l’altezza della canopy e profondita dell’apparato radicale, nonché il coefficiente colturale basale per la determinazione della traspirazione potenziale ed il coefficiente di evaporazione per la stima dei flussi evaporativi dal suolo. -i parametri relativi al suolo sono rappresentati dalle constanti idrologiche che insieme alla profondità delle radici dettano la geometria del serbatoio -nella fase di validazione del modello stesso anche l’irrigazione rappresenta un dato di input Una volta calcolati i flussi evaporativi dal suolo e traspirativi dalla pianta il modello determina giornalmente il valore della deplezione ovvero del quantitativo di acqua necessario per portare il volume di suolo considerato, dalle condizioni di umidità in cui si trova alla capacità di campo. Definita inoltre l’acqua disponibile totale e quella prontamente disponibile per la pianta, il modello determina i coefficienti di stress Ks riduttivi dei flussi traspirativi; con una computazione analoga il modello si calcola i coefficienti riduttivi della componente evaporativa dal suolo. La computazione di questi coefficienti riduttivi dell’evaporazione dal suolo e della traspirazione dalla pianta, permette, di trasformare i flussi potenziali in effettivi. Pertanto il modello fornisce in uscita i flussi in termini effettivi, i volumi di adacquamento e, conoscendo la deplezione giornaliera, i contenuti idrici medi del suolo.

Il modello FAO56: calcolo di ETc WUE: How Much Irrigate  Agro-Hydrological model approach Il modello FAO56: calcolo di ETc Single Crop Coefficient Approach (Kc) gli effetti della traspirazione della coltura e dell’evaporazione dal suolo vengono combinati in un unico coefficiente ETc=ET0 Kc Dual Crop Coefficient Approach (Kcb+Ke) gli effetti della traspirazione della coltura e dell’evaporazione dal suolo vengono computati separatamente ETc=ET0 (Kcb+Kce) Il modello tiene conto delle domanda ambientale attraverso l’equazione di Penmann-Monteith e permette di calcolare i flussi evapotraspirativi effettivi sulla base di coefficienti riduttivi dei tassi traspirativi ed evaporativi. -Il modello richiede in input i dati meteo per la determinazione dell’evepotraspirazine di riferimento -parametri relativi alla coltura quali l’altezza della canopy e profondita dell’apparato radicale, nonché il coefficiente colturale basale per la determinazione della traspirazione potenziale ed il coefficiente di evaporazione per la stima dei flussi evaporativi dal suolo. -i parametri relativi al suolo sono rappresentati dalle constanti idrologiche che insieme alla profondità delle radici dettano la geometria del serbatoio -nella fase di validazione del modello stesso anche l’irrigazione rappresenta un dato di input Una volta calcolati i flussi evaporativi dal suolo e traspirativi dalla pianta il modello determina giornalmente il valore della deplezione ovvero del quantitativo di acqua necessario per portare il volume di suolo considerato, dalle condizioni di umidità in cui si trova alla capacità di campo. Definita inoltre l’acqua disponibile totale e quella prontamente disponibile per la pianta, il modello determina i coefficienti di stress Ks riduttivi dei flussi traspirativi; con una computazione analoga il modello si calcola i coefficienti riduttivi della componente evaporativa dal suolo. La computazione di questi coefficienti riduttivi dell’evaporazione dal suolo e della traspirazione dalla pianta, permette, di trasformare i flussi potenziali in effettivi. Pertanto il modello fornisce in uscita i flussi in termini effettivi, i volumi di adacquamento e, conoscendo la deplezione giornaliera, i contenuti idrici medi del suolo.

Evapotrasp. potenziale (ETc=ETp): Dual crop coeff. approach WUE: How Much Irrigate  Agro-Hydrological model approach Evapotrasp. potenziale (ETc=ETp): Dual crop coeff. approach La COMPONENTE TRASPIRATIVA POTENZIALE, Tp, di una coltura viene calcolata come una frazione, Kcb, della evapotraspirazione ET0 della coltura di riferimento in condizioni standard: La COMPONENTE DI EVAPORAZIONE POTENZIALE, Ep, viene calcolata moltiplicando il coefficiente evaporativo Ke (determinato in funzione delle condizioni di umidità del suolo) all’evapotraspirazione di riferimento ET0:

ETp: Kcb,i WUE: How Much Irrigate  Agro-Hydrological model approach I valori di Kcb raccomandati sono riportati nella tab. 17 del quaderno FAO n. 56. Tali valori sono riferiti a una vasta gamma di colture coltivate in ambiente sub umido e caratterizzato, nel periodo di crescita delle stesse, da un minimo giornaliero di umidità relativa dell’aria del 45% e da una velocità del vento a due metri dal suolo di 2 m sec-1.

ETp: aggiustamento Kcb,i WUE: How Much Irrigate  Agro-Hydrological model approach qualora si operi in ambienti diversi da quello di riferimento, si deve necessariamente eseguire una correzione dei valori di Kcb tabulati, attraverso la seguente espressione: Kcb(tab.): coefficiente basale tabulato U2: velocità del vento a 2 metri dal suolo, RHmin: valore medio delle minime umidità relative dell’aria giornaliera durante il periodo di crescita Hcrop: altezza della coltura.

ETp: diagramma temporale dei Kcb,i WUE: How Much Irrigate  Agro-Hydrological model approach Attraverso l’identificazione delle durate delle singole fase di sviluppo della coltura (Tab. 11), è possibile, attraverso un processo di linearizzazione, costruire i diagrammi dove vengono riportati gli andamenti temporali dei coefficienti di consumo traspirativi Kcb. Nj: numero di giorni trascorsi dal periodo iniziale, Kcb,i: coefficiente colturale di base al giorno i-esimo, Kcb_prev e Kcb_next: valori dei coefficienti agli stadi precedente e successivo a quello considerato, Lstage: durata [giorni] dello stadio di sviluppo considerato Σ(Lprev): sommatoria delle durate di tutti gli stadi precedenti a quello considerato.

WUE: How Much Irrigate  Agro-Hydrological model approach ETp: calcolo del Ke Il calcolo del coefficiente Ke viene effettuato utilizzando la seguente espressione: Kcb: coefficiente colturale basale Kc_max: valore massimo della somma Kcb+Ke, i-1 Kr: coefficiente adimensionale di riduzione few: frazione di suolo bagnata e non coperta dalla vegetazione

WUE: How Much Irrigate  Agro-Hydrological model approach ETp: calcolo del Ke Ze è lo strato superficiale del suolo dove si sviluppo il processo di evaporazione

WUE: How Much Irrigate  Agro-Hydrological model approach ETp: calcolo del Ke Kcb :coefficiente basale tabulato U2: velocità del vento a 2 metri dal suolo, RHmin: valore medio delle minime umidità relative dell’aria giornaliera durante il periodo di crescita hcrop: altezza della coltura. rappresenta l’esplicitazione massimo ammissibile, per una determinata coltura in un determinato ambiente, dei processi di evaporazione e traspirazione

WUE: How Much Irrigate  Agro-Hydrological model approach ETp: calcolo del Ke rappresenta la frazione di suolo bagnata e non coperta dalla vegetazione, dalla quale proviene la maggior parte dell’evaporazione

Determinazione del Evapotraspirazione potenziale: Dual Crop Coeff. WUE: How Much Irrigate  Agro-Hydrological model approach Determinazione del Evapotraspirazione potenziale: Dual Crop Coeff. + = Consumo idrico che si verifica in uno specifico sistema suolo-coltura in condizioni di rifornimento idrico ottimale, coltura ben fertilizzata, copertura completa della superficie e assenza di stress idrico e salino

Determinazione del Evapotraspirazione effettiva (ETe) WUE: How Much Irrigate  Agro-Hydrological model approach Determinazione del Evapotraspirazione effettiva (ETe) I flussi effettivi si ottengono riducendo i flussi potenziali attraverso le cosiddette funzione di stress idrico, Ks e Kr ETp ETe + =

WUE: How Much Irrigate  Agro-Hydrological model approach Spreadsheet programs that support calculation examples in FAO-56: “Crop Evapotranspiration: Guidelines for Computing Crop Water Requirements”

WUE: How Much Irrigate  Agro-Hydrological model approach Spreadsheet programs that support calculation examples in FAO-56: “Crop Evapotranspiration: Guidelines for Computing Crop Water Requirements”

WUE: How Much Irrigate  Agro-Hydrological model approach Spreadsheet programs that support calculation examples in FAO-56: “Crop Evapotranspiration: Guidelines for Computing Crop Water Requirements”

WUE: How Much Irrigate  Agro-Hydrological model approach Spreadsheet programs that support calculation examples in FAO-56: “Crop Evapotranspiration: Guidelines for Computing Crop Water Requirements” La sommatoria dei volumi irrigui suggeriti dal modello nel corso della stagione irrigua fornisce l’ammontare più probabile del fabbisogno idrico della coltura per quel determinato ambiente

F1 – Inquadramento territoriale e agro-ambientale F1,e - Inquadramento Agronomico Oliveto

F1 – Inquadramento territoriale e agro-ambientale F1,e - Inquadramento Agronomico Actinidia

Costruire il diagramma di sviluppo del frutto in excel F1 – Inquadramento territoriale e agro-ambientale F1,e - Inquadramento Agronomico Olivo Actinidia Costruire il diagramma di sviluppo del frutto in excel

Downscaling (campopianta) del consumo di picco della coltura F3 – Dawnscaling dei CWRs e studio delle interazioni pianta/e-erogatore/i Downscaling (campopianta) del consumo di picco della coltura Per la determinazione della “wetted root zone” è necessario conoscere il volume di suolo umettato dagli erogatori e il volume di suolo esplorato dalle radici

F3 – Dawnscaling dei CWRs e studio delle interazioni pianta/e-erogatore/i Determinazione dei parametri geometrici, z e d [m], del bulbo Ksat in [m s-1] q in [litri m-2] Vs in [l] Calcolo del volume di adacquamento, Vw [litri/mq=mm], che soddisfa il consumo di picco e Determinazione della portata dell’erogatore, q [m3 s-1] Ksat in [m s-1] Vw in [litri m-2]