misure e modelli di umidità del suolo in Valle d'Aosta

The knowledge of the soil water content is important for the management of water resources and for the prevention of natural hazards. The possibility to use mathematical models of prediction on the other hand has received a great impetus by the fact that today reliable electronic instruments are available for the measurement of meteorological and hydrological data, between which the soil moisture. In fact the possibility to monitor the evolution of water content over time is of particular interest for the determination of the initial conditions and of the input parameters of hydrological models. In this thesis we wanted to extend the knowledge of the variability of soil moisture in an area of extent of practical interest. The research was carried out on a transect of approximately 10 km, which crosses the left and right sides of the Aosta Valley (NW Italy) in its central part, immediately downstream of the regional capital. The chosen 47 sites are located in the municipalities of Brissogne, Pollein, Saint-Christophe and Roisan. For each site it was detected the soil water content for twelve months, between August 2011 and July 2012. The measurements were carried out in order to follow the best hikes in reliance on quantitative temporal dynamics, then making measurements both at rainfall events, and after prolonged dry periods. In support of the measures, there was a meteorological characterization of the area and of the period, using data from stations operated by the Functional Centre and ARPA of Aosta Valley (the stations are placed in the municipalities of Roisan, Nus, Saint-Christophe , Quart, Fénis and Saint-Marcel). The soil water content measurements were performed by the method of Time Domain Reflectometry (TDR). In order to obtain an hydraulic characterization of the measuring sites, infiltration tests have been carried out, following an experimental protocol derived from the BEST procedure (Beerkan Estimation of Soil Transfer parameters). Also the topographic data of the site were detected, namely the aspect (measured in situ with the aid of a compass), the altitude (obtained from the Navigator Cartographic SCT 3.1.0 of Aosta Valley) and the local slope (measured in situ along the four cardinal directions). There were also measured the depth of the soil with a pole of iron, as well as the local curvature, subdividing each site in 12 azimuthal sectors. Finally on the same 12 sectors there were also estimated the coverage of the horizon, both for permanent obstacles that for deciduous plants, in order to be able to assess the effect of solar radiation in the different periods of the year. Ultimately it was possible to create a rather complete database in order to assess the spatial and temporal variability of soil water content. This variability is high and therefore the search for correlations always presents relevant difficulties. However, the fact of taking measurements at both high and low values of water content allowed to understand how the different hydrological processes of wetting and drying of the soil respond to factors operating at different spatial scales. Therefore a useful amount of information has been obtained, that can be included in geographic information systems. Thus allowing a better estimation of hydrological parameters and initial conditions of the mathematical models that are used for the prevention of natural hazards related to floods and slope mass movements.

La conoscenza del contenuto idrico è importante per la gestione della risorsa idrica e per la prevenzione dei rischi naturali. La possibilità di utilizzare modelli matematici di previsione ha d'altra parte ricevuto un grande impulso dal fatto che oggi sono disponibili strumenti elettronici affidabili per la misura di grandezze meteorologiche e idrologiche, fra le quali l'umidità del suolo. Infatti la possibilità di monitorare l'evoluzione del contenuto idrico nel tempo è di particolare interesse per la determinazione delle condizioni iniziali e dei parametri di ingresso dei modelli idrologici. Nella presente tesi si è voluto estendere la conoscenza della variabilità dell'umidità del suolo ad un'area di dimensioni di interesse pratico territoriale. L'indagine è stata effettuata su un'area di studio individuata da un allineamento di misure dello sviluppo di circa 10 km, che interessa i versanti orografici destro e sinistro della Valle d'Aosta nella sua parte centrale, immediatamente a valle del capoluogo. Si sono a tal fine individuati 47 siti di rilievo localizzati nei Comuni di Brissogne, Pollein, Saint-Christophe e Roisan. Per ciascun sito è stato rilevato il contenuto idrico del suolo sull'intero arco dei dodici mesi, tra agosto 2011 e luglio 2012. Le misurazioni non sono state svolte a calendario, bensì in modo da seguire al meglio le escursioni quantitative in dipendenza dalle dinamiche temporali, effettuando quindi le misure sia in corrispondenza di eventi piovosi, che al termine di periodi prolungati di siccità. A corredo delle misure si è svolta una caratterizzazione meteorologica dell'area e del periodo considerato, utilizzando i dati delle stazioni gestite dal Centro Funzionale e dall'ARPA della Regione Valle d'Aosta (stazioni site nei Comuni di Roisan, Nus, Saint-Christophe, Quart, Fénis e Saint-Marcel). Per le misure di contenuto idrico del suolo si è utilizzato il metodo della riflettometria nel dominio del tempo (TDR dall'inglese Time Domain Reflectometry). Al fine di ottenere una caratterizzazione idraulica dei punti di rilievo si sono effettuate prove di infiltrazione seguendo un protocollo sperimentale derivato dalla procedura BEST (Beerkan Estimation of Soil Transfer parameters). Si sono rilevati anche i dati topografici dei punti di rilievo e in particolare l'esposizione (rilevata in situ con l'ausilio di una bussola), l'altitudine (ricavata dal Navigatore Cartografico SCT 3.1.0 della Regione Valle d'Aosta) e la pendenza locale (misurata in situ lungo le quattro direzioni cardinali). Si sono misurati anche la profondità del suolo con un asta di ferro, nonchè la curvatura locale, suddividendo ogni sito in 12 settori azimutali. Infine sugli stessi 12 settori si è anche stimata la copertura dell'orizzonte, sia per ostacoli permanenti che per piante caducifoglie, al fine di poter valutare l'effetto della radiazione solare nei diversi periodi dell'anno. In definitiva è stato possibile mettere insieme un database di una certa completezza per valutare la variabilità spaziale e temporale del contenuto idrico del suolo. Tale variabilità è elevata e quindi la ricerca delle correlazioni presenta sempre una certa difficoltà. Tuttavia la disposizione temporale delle misure di contenuto idrico ha permesso di evidenziare come i diversi processi idrologici di inumidimento ed asciugamento del suolo rispondano a fattori operanti a diverse scale spaziali. Si sono quindi ottenute utili informazioni che potranno essere inserite in modelli geografici e permettere quindi una migliore stima dei parametri idrologici e delle condizioni iniziali dei modelli matematici che servono alla prevenzione dei rischi naturali legati a inondazioni e movimenti di massa da pendii.