Progetto Irrisus - Development of Hydrodynamic Models for integrated river basin mAnagement

Titolo del Progetto: Irrigazione Superficiale Sostenibile
Acronimo del Progetto: IrriSus
Ente Finanziatore: Regione Lombardia
Programma: Fondo Europeo Agricolo per lo Sviluppo Rurale – FEASR 2014-2020
Data di Inizio Progetto: 30/10/2022
Data di Fine Progetto: 28/1/2025

Obiettivi del progetto

Il progetto IrriSuS si inserisce nel quadro del risparmio idrico e dell’uso efficiente dell’acqua nell'agricoltura, con particolare riguardo alla stima dei fabbisogni irrigui (a scala d’azienda e di distretto irriguo), alla comparazione dei metodi irrigui, salvaguardando il contenimento dei consumi energetici e la riduzione degli impatti dell’irrigazione sull’ambiente.
Nello specifico, il progetto IrriSuS mira a dimostrare e informare come un approccio combinato tra sistemi di misura, modelli matematici e automazione possa migliorare sensibilmente le efficienze di adacquamento condotte con tecniche tradizionali ad espansione superficiale.

Le attività complessive del progetto sono state orientate al raggiungimento dei seguenti obiettivi:

O1)Monitorare attraverso i sensori realizzati ad-hoc le fasi di adacquamento, i vollumi irrigui, i livelli idrici in campo e lo stato idrico dei suoli.
O2) Realizzare e testare un sistema automatizzato di gestione dell'irrigazione a scorrimento che, a scala di campo, sia in grado di modulare gli afflussi in ingresso al fine di raggiungere un'elevata uniformità di distribuzione e un complessivo soddisfacimento dei fabbisogni irrigui della coltura.
O3) Sperimentare una gestione flessibile delle irrigazioni aderente ai fabbisogni colturali, in alternativa ad una rigida basata sul principio della turnazione.
O4) Mettere a punto di un modello agro-idrologico in grado di guidare un sistema flessibile di adacquamenti basato sui fabbisogni irrigui delle colture
O5) Mettere a punto di un modello idrodinamico per la simulazione di processi di scorrimento e infiltrazione nei metodi ad espansione superficiale.
O6) Implementare linee guida/protocolli operativi per gestire l’irrigazione a scorrimento in modo da ottenere migliori efficienze di adacquamento

Sito pilota

Il progetto è durato 28 mesi.

Il sito pilota oggetto della sperimentazione è il Distretto irriguo servito dal dispensatore E - distretto di Ponte Trento - (localizzato nel comprensorio di bonifica del Consorzio Garda Chiese presso il comune di Volta Mantovana) e n. 2 appezzamenti ivi inclusi. Scala di indagine: distretto irriguo + appezzamento. Coltura: mais. Pratica irrigua: scorrimento.

Coordinamento tra gli stakeholder

Le attività del progetto sono state svolte dai ricercatori UniMi e UniCal coinvolgendo direttamente:

i tecnici del Consorzio di bonifica Garda Chiese;
gli agricoltori del distretto Ponte Trento.

La collaborazione con il Consorzio di bonifica Garda Chiese è stata determinante per (i) l’installazione della strumentazione utile per un monitoraggio continuo delle condizioni agro-idrologiche del distretto sperimentale, (ii) lo sviluppo di un sistema di prenotazione degli interventi irrigui (CEPII – Centro Prenotazione Interventi Irrigui), (iii) la realizzazione di un sistema coordinato di paratoie a servizio degli adacquamenti di uno degli appezzamenti inclusi nel distretto sperimentale di Ponte Trento.

La collaborazione con gli agricoltori del distretto irriguo servito dal dispensatore E è stata determinante per (i) la raccolta delle informazioni sugli adacquamenti (altezze irrigue, tempi di erogazione etc.) e sulle produzioni, (ii) l’analisi del processo di spagliamento dell’acqua durante i diversi adacquamenti della stagione irrigua.

Lato UniMi hanno preso parte alle attività progettuali:
Daniele Masseroni, Claudio Gandolfi, Fabiola Gangi, Giuseppe Argirò.

Lato UniCal hanno preso parte alle attività progettuali:
Pierfranco Costabile, Carmelina Costanzo, Ernesto Infusino.

Azione dimostrativa

Installazione, collaudo, manutenzione ordinaria e monitoraggio

Sono state installate due stazioni agro-meteorologiche per il monitoraggio delle principali variabili utili alla stima dei fabbisogni colturali (ATMOS 41 All-in-one weather station, Meter, Germany & Rubicon Weather Station, Rubicon Water, AU).

Sono state installate una serie di sensori per il monitoraggio in continuo dell’umidità del suolo a diverse profondità presso i due appezzamenti sperimentali (Teros 12, Meter, Germany & Drill and Drop, Sentek Technologies, AU).

Sono stati realizzati una serie di sensori low cost per il monitoraggio del fronte di spagliamento durante le diverse fasi dell’irrigazione (ArduHydro).

Sono state raccolte informazioni su ciascun adacquamento (portate, tempi di erogazione etc.), informazioni satellitari sullo stato di sviluppo fenologico della coltura negli anni di progetto.

Sono state raccolte informazioni in continuo sulle portate derivate dal dispensatore E (dotato di una porta FlumeGate®, Rubicon Water) negli anni di progetto e nei dieci precedenti.

Sono state progettate ed installate mediante una collaborazione Consorzio-UniMi, 5 paratoie automatiche a servizio degli adacquamenti dei settori di uno degli appezzamenti all’interno del distretto sperimentale.

Sono state condotte riprese con drone delle fasi degli adacquamenti e documentato fotograficamente le attività svolte durante ciascun sopralluogo.

Una descrizione dettagliata degli impianti realizzati in entrambi i siti dimostrativi e i monitoraggi eseguiti è riportata nei seguenti lavori:

Galli, A., Peruzzi, C., Gangi, F., & Masseroni, D. (2024). ArduHydro: a low-cost device for water level measurement and monitoring. Journal of Agricultural Engineering. volume LV:1554.
Costanzo, C., Costabile, P., Gangi, F., Argirò, G., Bautista, E., Gandolfi, C., & Masseroni, D. (2024). Promoting precision surface irrigation through hydrodynamic modelling and microtopographic survey. Agricultural Water Management, 301, 108950.

Modellazione

È stato sviluppato un modello di stima dei fabbisogni colturali su base FAO56 successivamente introdotto in un sistema di prenotazione degli interventi irrigui (CEPII). Tale sistema è costituito da una interfaccia utente e un consorzio. La prima consente all’utente di avere contezza sullo stato di idratazione dell’appezzamento e di prenotare l’intervento irriguo. La seconda, consente ai tecnici del consorzio di visualizzare giornalmente tutte le prenotazioni pervenute e di organizzarle al fine di massimizzare l’efficienza della consegna.

È stato realizzato, inoltre, un modello idrodinamico in grado di simulare in due dimensioni il processo di avanzamento dell’acqua durante le irrigazioni condotte tramite tecnica a scorrimento (IrriSurf2D). Il modello è stato tarato grazie alle misure ottenute con i sensori ArduHydro e le sue performance confrontate con un modello monodimensionale diffuso dall’United State Department of Agricolture (WinSRFR 5.1).

I principali risultati delle attività modellistiche mettono in evidenza che:

A livello di distretto irriguo una gestione degli adacquamenti flessibile (basata sulla prenotazione degli interventi) può consentire un significativo risparmio rispetto ad una gestione tradizionale (rigida) basata sulla ruota irrigua.
A livello di singolo adacquamento, sistemando correttamente gli appezzamenti (larghezza dei settori e pendenza) o rimodulando i tempi degli adacquamenti (in virtù della portata di adacquamento disponibile) è possibile arrivare ad un risparmio idrico fino del 40%.

Una descrizione dettagliata dei risultati dell’attività modellistica sono riportati nei seguenti lavori:

Costanzo, C., Costabile, P., Gangi, F., Argirò, G., Bautista, E., Gandolfi, C., & Masseroni, D. (2024). Promoting precision surface irrigation through hydrodynamic modelling and microtopographic survey. Agricultural Water Management, 301, 108950.

Gangi F., Scotti G., Gandolfi C., Masseroni D. (2025). Impact of a flexible irrigation reservation system on water 1 savings in a surface irrigation district in northern Italy. Journal of Agricultural Engineering (under submission).

Automazione e telecontrollo

I tecnici del Consorzio Garda Chiese in stretta collaborazione con i ricercatori UniMi hanno progettato e sviluppato un sistema innovativo di porte automatiche a servizio delle bocche d’irrigazione di testa campo nell’ambito delle irrigazioni per scorrimento. Dal punto di vista hardware si è proceduto ad una selezione accurata dei materiali, degli ingombri e delle componenti meccaniche ed elettriche in modo da rendere la porta snella, di rapida risposta (in apertura e chiusura) e perfettamente integrabile rispetto alla situazione attuale delle bocche. Dal punto di vista software il sistema consente di programmare l’intervento, fissare la durata dell’adacquamento (e con ciò l’apertura e la chiusura della porta) e sincronizzare i movimenti di apertura e chiusura tra le porte.

L’alimentazione delle porte avviene ad energia solare mediante pannello fotovoltaico. Il tutto è stato realizzato assembrando materiali disponibili in commercio.

Di seguito il link dell’intervista all’agricoltore coinvolto nel progetto di automazione pubblicata sul sito UniMi-DisaaPress (www.disaapress.unimi.it):

www.disaapress.unimi.it/lesperienza-di-diego-remelli-sul-progetto-irrisus/

Linee guida

Sulla base delle esperienze maturate nel progetto IrriSuS, i risultati delle attività dimostrative sono stati codificati in buone pratiche pubblicate sulla rivista tecnico-divulgativa l’Informatore Agrario:

Masseroni, D., Gangi, F., Gandolfi, C., Gallo, A., & Ghilardelli, F. (2024). Risparmio idrico con l’irrigazione per scorrimento flessibile. L'INFORMATORE AGRARIO, 80(1), 51-54.
Masseroni, D., Gangi, F., Gandolfi, C., Costanzo, C., & Costabile, P. (2023). Come gestire al meglio l’irrigazione per scorrimento. L'INFORMATORE AGRARIO, 2023(12), 47-51

Azione informativa

Organizzazione di convegni, workshop e visite tecniche

Complessivamente sono state svolte, le seguenti azioni di informazione:

N. 2 convegni illustrativi aperti ai tecnici e alla società civile avvenuti il 15 Giugno 2024 e il 24 Ottobre 2024. Gli incontri hanno riguardato un primo aggiornamento delle attività svolte durante la stagione agraria 2023 e un secondo aggiornamento a conclusione del progetto sulle attività svolte durante la stagione agraria 2024.
N.2 visite tecniche che hanno visto la partecipazione degli studenti del corso di laura di Agrotecnologie per l’ambiente ed il Territorio e del corso di laurea magistrale in Sustanible Natural Resource Management dell’Università degli studi di Milano. La prima svolta il 27 Novembre 2023, la seconda svolta il 25 Novembre 2024 presso il sito sperimentale di Ponte Trento.

Il materiale fotografico degli eventi sopracitati è disponibile presso il sito sperimentale di Ponte Trento

Divulgazione tramite canali social

Sono stati inoltre utilizzati i profili LinkedIn dei ricercatori coinvolti nel progetto per diffondere i risultati progettuali:

È stato creato un trailer sulle attività svolte nel progetto, ed è stato pubblicizzato all’open day del DISAA del 16 maggio 2024. Il materiale è disponibile su richiesta.

Partecipazione a convegni

I ricercatori coinvolti nel progetto hanno partecipato ad una serie di convegni di importanza internazionale mostrando i risultati delle attività sperimentali attraverso i seguenti contributi:

Gangi F., Costanzo C., Costabile P., Gandolfi C., & Masseroni D. (2024). Impact Of Macro And Micro Land Preparation On Surface Irrigation Water Savings. AGU24 – iPoster https://agu24.ipostersessions.com/Default.aspx?s=CC-95-43-B1-C5-3F-03-3F-A5-2D-08-36-EE-FE-7E-AF
Gangi F., Costanzo C., Costabile P., De Gaetani C. I., Rossi L., Gandolfi C., & Masseroni D. (2024). Effect of land preparation on border irrigation performance. ECPA2023 – UNLEASHING THE POTENTIAL OF PRECISION AGRICULTURE – AgriTech special session (Posters)
Costanzo C., Gangi F., Costabile P., Barbaro G., De Gaetani C. I., Rossi L., Gandolfi C., & Masseroni D. (2023). Improving estimation of border irrigation performance using a 2D approach. 5th EURO-MEDITERRANEAN CONFERENCE FOR ENVIRONMENTAL INTEGRATION
Gangi F., Costanzo C., Costabile P., Gandolfi C., & Masseroni D. (2024) Impact of land preparation on water saving in border irrigation. 14th International AIIA Conference: September 2024 Padova – Italy
Gangi F., Costanzo C., Costabile P., Argirò G., Gandolfi C., & Masseroni D. (2024) Potenziale risparmio idrico derivante da interventi di sistemazione idraulico-agraria di appezzamenti irrigati con tecnica per scorrimento superficiale. XXXIX Convegno Nazionale di Idraulica e Costruzioni Idrauliche - Parma, 15-18 Settembre 2024
Gangi F., Masseroni D., & Gandolfi C., (2023) Influenza delle caratteristiche geometriche degli appezzamenti sulle performance delle irrigazioni per espansione superficiale. Quaderni di idronomia montana. La ricerca nel settore dell’idraulica agraria, dell’irrigazione e delle sistemazioni idraulico-forestali. 37/2.

Interviste

Sono state rilasciate interviste relative alle attività progettuali. Di seguito i link delle principali interviste: