Catchment transport and travel time distributions: theoretical developments and applications

Le dinamiche dell’acqua e dei soluti introdotti nei bacini idrografici e campionati alle rispettive sezioni di chiusura dipende da numerosi fattori, tra cui l’influenza del clima e l’eterogeneità dell’ambiente sotterraneo. In seguito a un evento di precipitazione, la risposta idrologica di un bacino innesca lo spostamento di volumi di acqua che in gran parte si trovavano già immagazzinati nel sottosuolo prima dell’inizio della precipitazione. Il tempo da cui tali particelle d’acqua si trovavano nel bacino può variare su un ampio intervallo di scale temporali e tipicamente supera i tempi caratteristici della risposta idrologica di almeno due ordini di grandezza. La stima dell’età dell’acqua ricopre notevole importanza nella comprensione dei meccanismi di deflusso e di dispersione alla scala di bacino. Le distribuzioni dei tempi di residenza, utilizzate in questa tesi, possono essere utilizzate per affrontare numerosi problemi ambientali, tra cui la modellazione idrochimica dei corsi d’acqua, la quantificazione degli apporti di deflusso superficiali o profondi e la stima della persistenza dei nutrienti nelle acque. La necessità di disporre di strumenti matematici semplici e robusti viene qui affrontata utilizzando un approccio a scala di bacino. In tale contesto, le particelle d’acqua si possono vedere come una popolazione dinamica che evolve nel tempo e descrivibile mediante opportune equazioni differenziali. Questa tesi propone nuovi sviluppi teorici e molteplici applicazioni a casi di studio reali, tra cui il trasporto di cloruri, deuterio e silice. Associando modelli di trasporto a misure idrochimiche è possibile ottenere una stima delle distribuzioni dei tempi di residenza, permettendo di spiegare diverse caratteristiche delle dinamiche dei soluti nei corsi d’acqua. Le applicazioni hanno consentito una migliore comprensione dei processi di trasporto a scala di bacino e segnano la strada verso ulteriori sviluppi orientati a una teoria generale del bacino.