ECOHYDROLOGICAL MODELLING IN MEDITERRANEAN AREAS AND WETLANDS

Abstract

La seguente dissertazione verte sul campo di ricerca noto come Ecoidrologia. Sebbene tale scienza, che studia le mutue interazioni fra ciclo idrologico e gli ecosistemi naturali, sia stata recentemente oggetto di svariati studi, alcuni dei suoi numerosi aspetti rimangono tuttavia ancora alquanto inesplorati. L’obiettivo principale della presente tesi è quello di rivisitare la letteratura scientifica esistente sull’argomento, cercando di adattare concetti e modelli sviluppati per certi ecosistemi anche alle peculiarità di altri ambienti meno studiati, come quelli aridi e semiaridi tipici della zona Mediterranea o le cosiddette “wetlands”, zone umide e paludose. In particolare, viene approfondito un approccio ecoidrologico allo studio di quegli ecosistemi controllati dalla risorsa idrica (water-controlled ecosystems) in aree Mediterranee ed a quegli ecosistemi controllati dalla falda acquifera (groundwater dependent ecosystems). Questi due tipi di ambiente sono profondamente diversi fra loro, ma è senz’altro la posizione della falda idrica a giocare un ruolo chiave. Se da un lato infatti, gli ecosistemi aridi e semiaridi sono generalmente caratterizzati da un acquifero cosi profondo da non esercitare alcuna influenza sul bilancio idrico del suolo, dall’altro lato, nel caso di “groundwater dependent ecosystems”, la posizione della falda idrica interagisce con la zona radicale della vegetazione, controllando i più importanti meccanismi di interazione fra processi idrologi ed ecologici. Nel campo delle Ecoidrologia, la letteratura scientifica esistente su ecosistemi aridi e semiaridi come savane o ambienti tropicali risulta essere piuttosto ampia, completa e consolidata. In tali ecosistemi, l’umidità del suolo rappresenta certamente l’anello di congiunzione fra le variazioni climatiche e le dinamiche pedologiche e vegetative. I più comuni modelli ecoidrologici relativi a tali ambienti hanno alla base un equazione stocastica differenziale che descrive il bilancio idrico del suolo, dove l’incognita, rappresentata dall’umidità del suolo, dipende sia dallo spazio che dal tempo. La maggior parte delle soluzioni a tale bilancio sono state ottenute in termini probabilistici è sotto l’ipotesi di stazionarietà. Tale ipotesi però, sebbene consenta la soluzione analitica del problema, semplifica considerevolmente l’analisi togliendo generalità da essa. L’ipotesi di stazionarietà risulta infatti perfettamente applicabile in aree climatiche aride e semiaride come quelle Africane o delle savane del Centro America, mentre sembra essere non più applicabile in quelle aree Mediterranee dove, notoriamente, la stagione umida precede la stagione vegetativa, ricaricando di acqua il suolo. L’acqua immagazzinata all’interno del terreno all’inizio della stagione vegetativa (nota come condizione iniziale di umidità del suolo) ha un ruolo chiave per la vegetazione, specialmente per quella avente un apparato radicale più profondo, garantendone la sopravvivenza anche in assenza di pioggia durante la stagione vegetativa o comunque mantenendo bassi i valori di stress idrico durante la prima fase della stagione stessa. Nella seguente tesi viene presentato un approccio numerico sviluppato durante il corso triennale di Dottorato presso l’Università degli Studi di Palermo. In particolare, viene proposto un modello ecoidrologico numerico non stazionario per la studio delle dinamiche di umidità del suolo e la conseguente risposta della vegetazione in termini di stress idrico. Tale modello è in grado di riprodurre la funzione densità di probabilità di umidità del suolo, ottenuta analiticamente in precedenti studi relativamente a regimi climatici differenti e sotto l’ipotesi di stazionarietà. Attraverso un prima applicazione di tale modello al bacino siciliano dell’Eleuterio al Lupo, viene mostrato come lo stesso modello sia in grado di computare i profili temporali d