MODELLI ED ANALISI SPERIMENTALI DEI DEFLUSSI IDROLOGICI SUBSUPERFICIALI IN AMBIENTI A MAREA

This work deals with the hydrological features of tidal environments, which are dynamic and delicate systems exposed to the effects of climate changes and often subjected to increasing human pressure (e.g. land reclamation, the construction of harbour structures and defenses against high tides, the erosion of wetland margins by waves generated by boats and ships). Wetlands are characterized by extremely high biodiversity and primary productivity, provide critical habitats for rare and endangered vegetation and animal species, and mediate the effects of floods and the action of the sea on the coast. A deep understanding of wetland system cannot be acquired by simply reducing its dynamics to a collection of parts but it requires the explicit description of wetland physical and ecological processes as fully interacting components. In fact, the complex spatial ecohydrological patterns characterizing wetland areas arise as a result of the coupled evolution of their ecological, hydrological, and morphological features. In order to preserve these ecological structures, it is of critical importance to improve our understanding of the main bio-geodynamical processes governing the evolution of these environments. Here, we investigate the air and water flow in soils subjected to the tide, and the consequent oxygen availability for vegetation, using numerical models based on single-phase and two-phase flow formulations. We also develop, through laboratory and field tests, a methodology for performing soil water content observations under hyper-saline conditions, when traditional techniques, based on soil and water electrical properties, fail.

Nella presente tesi si esaminano alcuni aspetti dell’idrologia degli ambienti a marea, sistemi dinamici molto delicati ed esposti agli effetti dei cambiamenti climatici e a una aumentata azione antropica (ad esempio per la sottrazione alla marea di nuove aree, per la costruzione di strutture portuali o di difese contro l’alta marea, per l’erosione dei margini barenali dovuta alle onde causate da natanti). Le aree umide costiere sono caratterizzate da biodiversità e produttività primaria molto elevate, offrono un’habitat adatto a specie vegetali ed animali rare e minacciate e, inoltre, mediano gli effetti delle piene fluviali e dell’azione del mare sulla costa. Una comprensione profonda del funzionamento dei sistemi a marea non puo essere acquisita semplicemente riducendo le sue dinamiche ad una collezione di parti indipendenti tra di loro, ma richiede invece la descrizione esplicita dei complessi processi fisici ed ecologici come componenti pienamente interagenti. In effetti, i complessi processi ecoidrologici spaziali che caratterizzano le zone umide sono il risultato di una complessa evoluzione accoppiata delle loro caratteristiche ecologiche, idrologiche e morfologiche. Al fine di preservare queste strutture ecologiche è di fondamentale importanza migliorare la nostra comprensione delle principali dinamiche che ne governano l’evoluzione. Nella presente tesi si studiano il moto di acqua ed aria in suoli soggetti alla marea, e la conseguente dinamica della disponibilità di ossigeno per la vegetazione, utilizzando modelli numerici basati su formulazioni monofase e bifase. Si sviluppa inoltre, per mezzo di test di campo e di laboratorio, una metodologia per condurre osservazioni del contenuto d’acqua nel suolo in condizioni iper-saline, quando le tecniche tradizionali, basate sulle proprietà elettriche di suolo ed acqua, risultano inadeguate.