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Mantese, Nicola (2013) Deflusso sottosuperficiale di versante in ambiente alpino: ruolo nella risposta idrologica di piena e variabilità spazio-temporale. [Tesi di dottorato]

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Abstract (inglese)

This research work analized the subsurface flow at the Rio Vauz basin, a small dolomitic basin located in the Northern Italian Alps. In particular, this study investigated the dominant factors controlling the water table response to precipitation at the hillslope and at the basin scale. The hillslope scale analysis was based on the data collected in three study periods of the years 2008, 2009, and 2010, in the Rio Ponte and in the Rio Larici sub-basins. In the Rio Ponte catchment, two steep hillslopes of similar size, soil properties and vegetation cover but contrasting topography (convex-divergent and relatively planar, respectively), were selected for the field measurements. The two sites were instrumented with 15 soil moisture sensors and 24 piezometric wells installed in different topographic positions. The selected hillslope of the Rio Larici basin was instrumented with 13 piezometers. Over the three years in the snow-free months, 63 rainfall-runoff events were selected in order to analyze the influence of rainfall properties, antecedent conditions and hillslope characteristics (topography and soil depth) on shallow water table dynamics. The catchment scale analysis was performed with the data collected during the year 2011 in a wider area of the Rio Ponte catchment, instrumented with 16 piezometers installed, along three transects, in different topographic positions. In the study period, 32 rainfall-runoff events were selected in order to analyze the influence of rainfall properties, antecedent conditions and the main topographic unit of the basin on subsurface flow. Piezometric response, expressed as percentage of well activation and water peak magnitude, was strongly correlated with the soil moisture status, as described by an index combining antecedent soil moisture and rainfall amount. Hillslope topography was found to be a dominant control only for the convex-divergent hillslope and during wet conditions. Timing of the water table response depended on the topographic position, with piezometric peaks occurring later and showing a greater temporal variability at the hillslope bottom. This behaviour was linked to the soil depth spatial distribution, strongly correlated with two topographic indices. The relation between subsurface flow and discharge showed a hysteretical pattern. The magnitude of the hysteretical loop is influenced by the different temporal dynamics between the water table level and streamflow. In this work we suggest to use the hysteresis extent as an index to determine the basin areas that are the dominant contributors to stormflow. This new index was also correlated to the event characteristics and to the main topographic indexes. This new approach showed that piezometers located in the riparian area, with low distance to stream and low slope, had temporal dynamics more similar to stream discharge respect to piezometers located in the hillslope area, with higher distance to stream and higher slope.

Abstract (italiano)

Questo lavoro di ricerca ha analizzato la dinamica del deflusso sottosuperficiale di versante di un piccolo bacino dolomitico, denominato Rio Vauz (1.9 km2) e localizzato nella Alpi orientali. In particolare, lo studio ha osservato i principali fattori che determinano la variazione del livello di falda in risposta agli eventi di precipitazione, sia a scala di versante che a scala di bacino. Due sottobacini sono esaminati in particolare: Rio Ponte (0.14 km2) e Rio Larici (0.033 km2). L’analisi a scala di versante è stata condotta utilizzando i dati raccolti tra gli anni 2008 e 2010, su due versanti del sottobacino del Rio Ponte e su un versante del sottobacino del Rio Larici. I due versanti del Rio Ponte sono simili per estensione, proprietà del suolo e copertura vegetale, ma presentano una diversa topografia (convesso-divergente per uno e relativamente planare per l’altro). Su questi versanti sono state installate 15 sonde di umidità del suolo e 24 pozzi piezometrici in diverse posizioni topografiche. Sul versante del Rio Larici sono stati installati 13 piezometri. Nei tre periodi di studio sono stati selezionati 63 eventi afflusso-deflusso per analizzare l’influenza delle caratteristiche della precipitazione, delle condizioni iniziali e delle caratteristiche del versante (topografia e profondità del suolo) sulle dinamiche del deflusso sottosuperficiale.
L’analisi a scala di bacino è stata effettuata con l’impiego dei dati raccolti nel corso del 2011 su un’area più estesa del bacino del Rio Ponte, dove sono stati installati 16 piezometri, disposti su tre transetti. In questo periodo di studio sono stati selezionati 32 eventi afflusso-deflusso per studiare il ruolo delle caratteristiche dell’evento piovoso, delle condizioni iniziali e degli elementi topografici principali del bacino.
L’attivazione del deflusso sottosuperficiale, espresso come percentuale di pozzi piezometrici attivati e valore di picco del livello di falda, è risultato essere ben correlato con lo stato di umidità del suolo, indicato da un indice che combina l’umidità del suolo antecedente e la precipitazione cumulata di evento. La topografia di versante è risultata essere un fattore dominante solo per il versante convesso-divergente ed in condizioni umide. La struttura temporale del livello di falda era collegata alla posizione topografica, dove i picchi del livello di falda alla base del versante venivano raggiunti più tardi, e mostravano una maggior variabilità temporale. Tale comportamento è stato messo in relazione con la distribuzione spaziale della profondità del suolo, fortemente correlata con due indici topografici. La relazione tra il livello di falda ed il livello di portata, a scala di evento, ha mostrato un andamento isteretico. L’ampiezza del ciclo isteretico, dovuta allo scostamento della dinamica temporale del livello di falda rispetto alla dinamica del livello di portata, è stata proposta come un indicatore delle aree che maggiormente contribuiscono al deflusso di bacino. Questa nuova metodologia proposta con questo lavoro di ricerca prevede la normalizzazione dell’isteresi a scala di evento ed il calcolo dell’area del ciclo isteretico. La quantificazione dell’isteresi è stata poi correlata con le caratteristiche dell’evento e con alcuni indici topografici. Questo approccio ha evidenziato che i piezometri situati in area riparia, con minor distanza dal torrente e minori pendenze, avevano dinamiche temporali più simili al torrente, rispetto agli strumenti posizionati in area di versante, con maggiori distanze dal torrente e pendenze più elevate.

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Tipo di EPrint:Tesi di dottorato
Relatore:Borga, Marco
Dottorato (corsi e scuole):Ciclo 25 > Scuole 25 > TERRITORIO, AMBIENTE, RISORSE E SALUTE > IDRONOMIA AMBIENTALE
Data di deposito della tesi:29 Gennaio 2013
Anno di Pubblicazione:29 Gennaio 2013
Parole chiave (italiano / inglese):deflusso sottosuperficiale, subsurface flow
Settori scientifico-disciplinari MIUR:Area 07 - Scienze agrarie e veterinarie > AGR/08 Idraulica agraria e sistemazioni idraulico-forestali
Struttura di riferimento:Dipartimenti > Dipartimento Territorio e Sistemi Agro-Forestali
Codice ID:5631
Depositato il:15 Ott 2013 10:27
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