Analisi della dispersione del sedimento da una macchina di post trenching offshore

The study contained in this thesis was carried out at the company SAIPEM S.p.A (headquarters of Fano) and concerns the set up, calibration and validation of a numerical model capable of simulating the dispersion of the sediment released during excavation activities in open sea carried out by a post trenching machine. The study was based on measured data acquired off the Nile delta - Egypt. The first part of the study focused on the set up of the hydrodynamic model (Delft3D suite), based on geotechnical data, meteorological data relating to the analysis area and field measurements. The wind and current boundary conditions for the model off the Nile delta have been extracted from the public domain models NCEP and HYCOM made available by NOAA (US National Oceanic and Atmospheric Administration) for offshore applications. As an example of hydrodynamic modeling, before the development of the model in the Nile delta area, a case study was evaluated in the Persian Gulf area. In this first case, a hydrodynamic model supplied by the SAIPEM company was taken as a reference, built with the domain decomposition technique (Delft3D suite) and previously calibrated. In this case, only wind data were entered within the model, obtained as in the case of the Nile delta from the NCEP model, and tide, while no current data was entered. This model was used as a basis for examples of numerical simulations of sediment dispersion. Secondly, on the basis of the information acquired in the first part of the study, a 3D calculation grid was developed for the simulation of sediment dispersion in the case of the Nile delta area - Egypt. This grid is the numerical representation of the sea area within which the excavation was performed and the measurements were collected. It has been continued with the calibration, based on current measurements, of the hydrodynamic model through various numerical simulations, in order to reproduce as real as possible the real current conditions present in the area under examination during the excavation period. The calibrated hydrodynamic model was then used as a basis for the numerical simulations of sediment dispersion released during the excavation activity. In the sediment dispersion model, the set of input data, including the geotechnical data and characteristics of the excavation area, was deduced from the geotechnical properties of the area under examination, from documents and literature articles, from the characteristics of the excavation and the actual dimensions of the excavations completed. Through the well-calibrated hydrodynamic model, the initial hypotheses about the operation of the post trenching machine and the related possible environmental impact were obtained, which is important for defining how the machine is used in areas with environmental constraints on turbidity.

Lo studio contenuto nella presente tesi è stato svolto presso l’azienda SAIPEM S.p.A (sede di Fano) e riguarda il set up, la calibrazione e la validazione di un modello numerico in grado di simulare la dispersione del sedimento rilasciato durante le attività di scavo in mare aperto effettuate da una macchina di post trenching. Lo studio è stato basato su dati misurati acquisiti al largo del delta del Nilo – Egitto. La prima parte dello studio si è focalizzata sul set up del modello idrodinamico (suite Delft3D), basato su dati geotecnici, dati metereologici relativi all’area di analisi e misurazioni sul campo. Le condizioni al contorno di vento e corrente per il modello a largo del delta del Nilo sono state estratte dai modelli di pubblico dominio NCEP e HYCOM messi a disposizione da NOAA (US National Oceanic and Atmospheric Administration) per le applicazioni offshore. A titolo di esempio di modellazione idrodinamica, prima dello sviluppo del modello nella zona del delta del Nilo, è stato valutato un caso studio nella zona del Golfo Persico. In questo primo caso è stato preso come riferimento un modello idrodinamico fornito dall’azienda SAIPEM, costruito con la tecnica del domain decomposition (suite Delft3D) e precedentemente calibrato. In questo caso sono stati inseriti all’interno del modello soltanto dati di vento, ricavati come nel caso del delta del Nilo dal modello NCEP, e di marea, mentre non sono stati inseriti dati di corrente. Tale modello è stato utilizzato come base per esempi di simulazioni numeriche di dispersione di sedimento. In secondo luogo, sulla base delle informazioni acquisite nella prima parte dello studio, è stata sviluppata una griglia di calcolo 3D per la simulazione della dispersione di sedimenti nel caso della zona del delta del Nilo - Egitto. Questa griglia è la rappresentazione numerica dell’area di mare all’interno della quale è stato eseguito lo scavo e sono state raccolte le misure. Si è proseguito con la calibrazione, basata sulle misure di corrente, del modello idrodinamico attraverso varie simulazioni numeriche, in modo tale da riprodurre nel modo più fedele possibile le condizioni reali di corrente, presenti nell’area in esame nel periodo dello scavo. Il modello idrodinamico calibrato è stato poi utilizzato come base per le simulazioni numeriche di dispersione di sedimento rilasciato durante l’attività di scavo. Nel modello di dispersione di sedimento l’insieme dei dati di input, comprendente i dati geotecnici e caratteristiche dell’area di scavo, è stato dedotto dalle proprietà geotecniche dell’area in esame, da documenti e articoli di letteratura, dalle caratteristiche della macchina di scavo e dalle effettive dimensioni degli scavi compiuti. Tramite il modello idrodinamico ben calibrato, si è ottenuto come risultato la conferma delle ipotesi iniziali circa il funzionamento della macchina di post trenching ed il relativo eventuale impatto ambientale, importante per la definizione delle modalità di utilizzo della macchina in aree con vincoli ambientali alla torbidità.