Catchment characteristics and soil and water chemistry of the San Francisco basin and subbasins, Ecuador

In this study, the Mean Transit Time and Mixing Model Analysis methods are combined to unravel the runoff generation process of the San Francisco River basin (73.5 km**2) situated on the Amazonian side of the Cordillera Real in the southernmost Andes of Ecuador. The montane basin is covered with cloud forest, sub-páramo, pasture and ferns. Nested sampling was applied for the collection of streamwater samples and discharge measurements in the main tributaries and outlet of the basin, and for the collection of soil and rock water samples. Weekly to biweekly water grab samples were taken at all stations in the period April 2007-November 2008. Hydrometric data, Mean Transit Time and Mixing Model Analysis allowed preliminary evaluation of the processes controlling the runoff in the San Francisco River basin. Results suggest that flow during dry conditions mainly consists of lateral flow through the C-horizon and cracks in the top weathered bedrock layer, and that all subcatchments have an important contribution of this deep water to runoff, no matter whether pristine or deforested. During normal to low precipitation intensities, when antecedent soil moisture conditions favour water infiltration, vertical flow paths to deeper soil horizons with subsequent lateral subsurface flow contribute most to streamflow. Under wet conditions in forested catchments, streamflow is controlled by near surface lateral flow through the organic horizon. Exceptionally, saturation excess overland flow occurs. By absence of the litter layer in pasture, streamflow under wet conditions originates from the A horizon, and overland flow.

Influence of land-use change on near-surface hydrological processes: Undisturbed forest to pasture

Soil compaction that follows the clearing of tropical forest for cattle pasture is associated with lower soil hydraulic conductivity and increased frequency and volume of overland flow. We investigated the frequency of perched water tables, overland flow and stormflow in an Amazon forest and in an adjacent 25-year-old pasture cleared from the same forest. We compared the results with the frequencies of these phenomena estimated from comparisons of rainfall intensity and soil hydraulic conductivity. The frequency of perched water tables based on rainfall intensity and soil hydraulic conductivity was expected to double in pasture compared with forest. This corresponded closely with an approximate doubling of the frequency of stormflow and overland flow in pasture. In contrast, the stormflow volume in pasture increased 17-fold. This disproportional increase of stormflow resulted from overland flow generation over large areas of pasture, while overland flow generation in the forest was spatially limited and was observed only very near the stream channel. In both catchments, stormflow was generated by saturation excess because of perched water tables and near-surface groundwater levels. Stormflow was occasionally generated in the forest by rapid return flow from macropores, while slow return flow from a continuous perched water table was more common in the pasture. These results suggest that deforestation for pasture alters fundamental mechanisms of stormflow generation and may increase runoff volumes over wide regions of Amazonia. (C) 2009 Elsevier B.V. All rights reserved.

Investigating hydrological regimes and processes in a set of catchments with temporary waters in Mediterranean Europe

Seven catchments of diverse size in Mediterranean Europe were investigated in order to understand the main aspects of their hydrological functioning. The methods included the analysis of daily and monthly precipitation, monthly potential evapotranspiration rates, flow duration curves, rainfall runoff relationships and catchment internal data for the smaller and more instrumented catchments. The results showed that the catchments were less dry than initially considered. Only one of them was really semi-arid throughout the year. All the remaining catchments showed wet seasons when precipitation exceeded potential evapotrans-piration, allowing aquifer recharge, wet runoff generation mechanisms and relevant baseflow contribution. Nevertheless, local infiltration excess (Hortonian) overland flow was inferred during summer storms in some catchments and urban overland flow in some others. The roles of karstic groundwater, human disturbance and low winter temperatures were identified as having an important impact on the hydrological regime in some of the catchments.

The inhibitory effects of free nitrous acid on the energy generation and growth processes of an enriched Nitrobacter culture

The inhibitory effects of nitrite (NO2-)/free nitrous acid (HNO2-FNA) on the metabolism of Nitrobacter were investigated using a method allowing the decoupling of the growth and energy generation processes. A lab-scale sequencing batch reactor was operated for the enrichment of a Nitrobacter culture. Fluorescent in situ hybridization (FISH) analysis showed that 73% of the bacterial population was Nitrobacter. Batch tests were carried out to assess the oxygen and nitrite consumption rates of the enriched culture at low and high nitrite levels, in the presence or absence of inorganic carbon. It was observed that in the absence of CO2, the Nitrobacter culture was able to oxidize nitrite at a rate that is 76% of that in the presence of CO2, with an oxygen consumption rate that is 85% of that measured in the presence of CO2. This enabled the impacts of nitrite/FNA on the catabolic and anabolic processes of Nitrobacter to be assessed separately. FNA rather than nitrite was likely the actual inhibitor to the Nitrobacter metabolism. It was revealed that FNA of up to 0.05 mg HNO2-N center dot L-1 (3.4 mu M), which was the highest FNA concentration used in this study, did not have any inhibitory effect on the catabolic processes of Nitrobacter. However, FNA initiated its inhibition to the anabolic processes of Nitrobacter at approximately 0.011 mg HNO2-N center dot L-1 (0.8 mu M), and completely stopped biomass synthesis at a concentration of approximately 0.023 mg HNO2-N center dot L-1 (1.6 mu M). The inhibitory effect could be described by an empirical inhibitory model proposed in this paper, but the underlying mechanisms remain to be revealed.

Érosion des sols au Cap Vert : étude des processus et quantification à l’échelle de trois bassins versants de l’île de Santiago

Erosão dos solos em Cabo Verde: estudo dos processos e quantificação à escala de três bacias hidrográficas O arquipélago de Cabo Verde é constituído por 10 ilhas vulcânicas pertence à zona do Sahel que se estende do Atlântico ao Mar Vermelho. Desde então, várias décadas, Cabo Verde é afectado pela desertificação causada principalmente pela recessão climatica e a erosão do solo. Esses fatores, aliados à alta pressão humana sobre os recursos, a topografia acidentada e chuvas tropicais por vezes torrenciais, causam sérios danos aos solos. No entanto, desde sua independência em 1975, o Governo realizou um amplo programa de arborização, recuperação de áreas degradadas e a correcção dos leitos das ribeiras. No entanto, a investigação, muito pouco foi realizada para avaliar as acções de protecção e conservação do solo e da água. Portanto, não há dados sobre o problema da degradação das terras nem balanços. Como parte deste trabalho, foram estudados vários factores que controlam a erosão do solo pela água. Especificamente, buscou-se diferenciar os efeitos das actividades humanas, incluindo a agricultura, os factores climáticos, como chuva e geração de escoamento. Também estabeleceu os primeiros balanços das exportações de matérias em suspensão e em solução no contexto do arquipélago de Cabo Verde. O estudo foi realizado em três bacias hidrográficas da ilha de Santiago, Cabo Verde. Estas três bacias hidrográficas (Longueira, Grande e Godim) estão localizadas na parte central da ilha de Santiago e representam os diversos tipos de uso da terra e as diferentes zonas bioclimaticas da ilha. Existe um gradiente climático entre as três bacias hidrográficas. Na verdade, Longueira que abrange uma área de 4,18 km2, tem um declive médio de 47 %, uma zona florestada de 69% e uma área agrícola de 17 %. Grande com uma área de 1,87 km2, é localizada numa zona sub humida com um declive médio de 50%, é essencialmente agrícola. Godim, com uma área de 2,0 km2, é localizado numa zona semi-árida com um declive médio de 32%, é particularmente uma zona agricola. Para estes três bacias hidrográficas, as cheias foram medidas e amostradas de 2004 a 2009. A bacia de Longueira teve um maior acompanhamento, nomeadamente em termos de amostragem e monitoramento dos escoamentos. Em cada amostra foram feitas a determinação da concentração de matérias em suspensão e a análise dos principais elementos quimicos. Os resultados mostram que a erosão mecânica nas três bacias hidrográficas é caracterizada por uma forte variabilidade espacial e temporal. Durante o período de 2005-2009, o balanço anual média para as bacias hidrográficas de Longueira, Grande e Godim é: 4266, 157 e 10,1 t.km2.an-1, respectivamente. A estação das chuvas de 2006 foi a mais erosiva para as três bacias, particularmente em Longueira, com 2 cheias excepcionais, que têm gerado uma concentração média de sólidos em suspensão superior a 100 g / l. Porém, as estações do ano de 2005 e 2008 foram de uma forma geral menos erosivas porque as concentrações médias não inferiores a 20 g / l. Além disso, não houve cheias para as temporadas 2005 e 2007 para a bacia do Godim. Na bacia de Longueira, o estudo dos fenómenos de histerese na caracterização das cheias mostrou que a evolução temporal das exportações de sólidos em suspensão durante a temporada é fortemente influenciada pelas atividades agrícolas. Na verdade, a primeira cheia causou uma exportação maciça de sedimento disponível e localizado no leito da ribeira. Assim, a segunda cheia exportou menos sedimentos. Um mês após as primeiras chuvas, a prática da monda que reduz a densidade da cobertura vegetal e destructura a camada superficial do solo, gerou uma grande quantidade de sedimento que novamente permitiu uma exportação muito forte de sedimentos durante a terceira forte cheia. Os resultados da erosão química na bacia de Longueira indicam que a taxa de erosão é de 45 t.km2.an-1 com uma forte variabilidade temporal. Na verdade, as temporadas de 2006 e 2007 são as mais erosivas, enquanto 2005 teve uma exportação de matérias disolvidas baixa. A utilização do modelo EMMA (End- Members Mixing Analysis) mostra que os escoamentos hipodermico e profundo, alimentandos os fluxos de elementos dissolvidos são os principais factores da erosão química. É mostrado que esses fluxos causam mais de 90% dos fluxos de erosão química. O escoamento superficial, que contribui com cerca de 70% na formação das cheias, é o maior factor da erosão mecânica do solo.

Utilisation du concept de connectivité en hydrologie : définitions, approches expérimentales et éléments de modélisation

Alors que certains mécanismes pourtant jugés cruciaux pour la transformation de la pluie en débit restent peu ou mal compris, le concept de connectivité hydrologique a récemment été proposé pour expliquer pourquoi certains processus sont déclenchés de manière épisodique en fonction des caractéristiques des événements de pluie et de la teneur en eau des sols avant l’événement. L’adoption de ce nouveau concept en hydrologie reste cependant difficile puisqu’il n’y a pas de consensus sur la définition de la connectivité, sa mesure, son intégration dans les modèles hydrologiques et son comportement lors des transferts d’échelles spatiales et temporelles. Le but de ce travail doctoral est donc de préciser la définition, la mesure, l’agrégation et la prédiction des processus liés à la connectivité hydrologique en s’attardant aux questions suivantes : 1) Quel cadre méthodologique adopter pour une étude sur la connectivité hydrologique ?, 2) Comment évaluer le degré de connectivité hydrologique des bassins versants à partir de données de terrain ?, et 3) Dans quelle mesure nos connaissances sur la connectivité hydrologique doivent-elles conduire à la modification des postulats de modélisation hydrologique ? Trois approches d’étude sont différenciées, soit i) une approche de type « boite noire », basée uniquement sur l’exploitation des données de pluie et de débits sans examiner le fonctionnement interne du bassin versant ; ii) une approche de type « boite grise » reposant sur l’étude de données géochimiques ponctuelles illustrant la dynamique interne du bassin versant ; et iii) une approche de type « boite blanche » axée sur l’analyse de patrons spatiaux exhaustifs de la topographie de surface, la topographie de subsurface et l’humidité du sol. Ces trois approches sont ensuite validées expérimentalement dans le bassin versant de l’Hermine (Basses Laurentides, Québec). Quatre types de réponses hydrologiques sont distingués en fonction de leur magnitude et de leur synchronisme, sachant que leur présence relative dépend des conditions antécédentes. Les forts débits enregistrés à l’exutoire du bassin versant sont associés à une contribution accrue de certaines sources de ruissellement, ce qui témoigne d’un lien hydraulique accru et donc d’un fort degré de connectivité hydrologique entre les sources concernées et le cours d’eau. Les aires saturées couvrant des superficies supérieures à 0,85 ha sont jugées critiques pour la genèse de forts débits de crue. La preuve est aussi faite que les propriétés statistiques des patrons d’humidité du sol en milieu forestier tempéré humide sont nettement différentes de celles observées en milieu de prairie tempéré sec, d’où la nécessité d’utiliser des méthodes de calcul différentes pour dériver des métriques spatiales de connectivité dans les deux types de milieux. Enfin, la double existence de sources contributives « linéaires » et « non linéaires » est mise en évidence à l’Hermine. Ces résultats suggèrent la révision de concepts qui sous-tendent l’élaboration et l’exécution des modèles hydrologiques. L’originalité de cette thèse est le fait même de son sujet. En effet, les objectifs de recherche poursuivis sont conformes à la théorie hydrologique renouvelée qui prône l’arrêt des études de particularismes de petite échelle au profit de l’examen des propriétés émergentes des bassins versants telles que la connectivité hydrologique. La contribution majeure de cette thèse consiste ainsi en la proposition d’une définition unifiée de la connectivité, d’un cadre méthodologique, d’approches de mesure sur le terrain, d’outils techniques et de pistes de solution pour la modélisation des systèmes hydrologiques.

Comprehensive evaluation of the WaterGAP3 model across climatic, physiographic, and anthropogenic gradients

In den letzten Jahrzehnten haben sich makroskalige hydrologische Modelle als wichtige Werkzeuge etabliert um den Zustand der globalen erneuerbaren Süßwasserressourcen flächendeckend bewerten können. Sie werden heutzutage eingesetzt um eine große Bandbreite wissenschaftlicher Fragestellungen zu beantworten, insbesondere hinsichtlich der Auswirkungen anthropogener Einflüsse auf das natürliche Abflussregime oder der Auswirkungen des globalen Wandels und Klimawandels auf die Ressource Wasser. Diese Auswirkungen lassen sich durch verschiedenste wasserbezogene Kenngrößen abschätzen, wie z.B. erneuerbare (Grund-)Wasserressourcen, Hochwasserrisiko, Dürren, Wasserstress und Wasserknappheit. Die Weiterentwicklung makroskaliger hydrologischer Modelle wurde insbesondere durch stetig steigende Rechenkapazitäten begünstigt, aber auch durch die zunehmende Verfügbarkeit von Fernerkundungsdaten und abgeleiteten Datenprodukten, die genutzt werden können, um die Modelle anzutreiben und zu verbessern. Wie alle makro- bis globalskaligen Modellierungsansätze unterliegen makroskalige hydrologische Simulationen erheblichen Unsicherheiten, die (i) auf räumliche Eingabedatensätze, wie z.B. meteorologische Größen oder Landoberflächenparameter, und (ii) im Besonderen auf die (oftmals) vereinfachte Abbildung physikalischer Prozesse im Modell zurückzuführen sind. Angesichts dieser Unsicherheiten ist es unabdingbar, die tatsächliche Anwendbarkeit und Prognosefähigkeit der Modelle unter diversen klimatischen und physiographischen Bedingungen zu überprüfen. Bisher wurden die meisten Evaluierungsstudien jedoch lediglich in wenigen, großen Flusseinzugsgebieten durchgeführt oder fokussierten auf kontinentalen Wasserflüssen. Dies steht im Kontrast zu vielen Anwendungsstudien, deren Analysen und Aussagen auf simulierten Zustandsgrößen und Flüssen in deutlich feinerer räumlicher Auflösung (Gridzelle) basieren. Den Kern der Dissertation bildet eine umfangreiche Evaluierung der generellen Anwendbarkeit des globalen hydrologischen Modells WaterGAP3 für die Simulation von monatlichen Abflussregimen und Niedrig- und Hochwasserabflüssen auf Basis von mehr als 2400 Durchflussmessreihen für den Zeitraum 1958-2010. Die betrachteten Flusseinzugsgebiete repräsentieren ein breites Spektrum klimatischer und physiographischer Bedingungen, die Einzugsgebietsgröße reicht von 3000 bis zu mehreren Millionen Quadratkilometern. Die Modellevaluierung hat dabei zwei Zielsetzungen: Erstens soll die erzielte Modellgüte als Bezugswert dienen gegen den jegliche weiteren Modellverbesserungen verglichen werden können. Zweitens soll eine Methode zur diagnostischen Modellevaluierung entwickelt und getestet werden, die eindeutige Ansatzpunkte zur Modellverbesserung aufzeigen soll, falls die Modellgüte unzureichend ist. Hierzu werden komplementäre Modellgütemaße mit neun Gebietsparametern verknüpft, welche die klimatischen und physiographischen Bedingungen sowie den Grad anthropogener Beeinflussung in den einzelnen Einzugsgebieten quantifizieren. WaterGAP3 erzielt eine mittlere bis hohe Modellgüte für die Simulation von sowohl monatlichen Abflussregimen als auch Niedrig- und Hochwasserabflüssen, jedoch sind für alle betrachteten Modellgütemaße deutliche räumliche Muster erkennbar. Von den neun betrachteten Gebietseigenschaften weisen insbesondere der Ariditätsgrad und die mittlere Gebietsneigung einen starken Einfluss auf die Modellgüte auf. Das Modell tendiert zur Überschätzung des jährlichen Abflussvolumens mit steigender Aridität. Dieses Verhalten ist charakteristisch für makroskalige hydrologische Modelle und ist auf die unzureichende Abbildung von Prozessen der Abflussbildung und –konzentration in wasserlimitierten Gebieten zurückzuführen. In steilen Einzugsgebieten wird eine geringe Modellgüte hinsichtlich der Abbildung von monatlicher Abflussvariabilität und zeitlicher Dynamik festgestellt, die sich auch in der Güte der Niedrig- und Hochwassersimulation widerspiegelt. Diese Beobachtung weist auf notwendige Modellverbesserungen in Bezug auf (i) die Aufteilung des Gesamtabflusses in schnelle und verzögerte Abflusskomponente und (ii) die Berechnung der Fließgeschwindigkeit im Gerinne hin. Die im Rahmen der Dissertation entwickelte Methode zur diagnostischen Modellevaluierung durch Verknüpfung von komplementären Modellgütemaßen und Einzugsgebietseigenschaften wurde exemplarisch am Beispiel des WaterGAP3 Modells erprobt. Die Methode hat sich als effizientes Werkzeug erwiesen, um räumliche Muster in der Modellgüte zu erklären und Defizite in der Modellstruktur zu identifizieren. Die entwickelte Methode ist generell für jedes hydrologische Modell anwendbar. Sie ist jedoch insbesondere für makroskalige Modelle und multi-basin Studien relevant, da sie das Fehlen von feldspezifischen Kenntnissen und gezielten Messkampagnen, auf die üblicherweise in der Einzugsgebietsmodellierung zurückgegriffen wird, teilweise ausgleichen kann.

Calibration of structure in a distributed forecasting model for a semiarid flash flood: dynamic surface storage and channel roughness

Flash floods pose a significant danger for life and property. Unfortunately, in arid and semiarid environment the runoff generation shows a complex non-linear behavior with a strong spatial and temporal non-uniformity. As a result, the predictions made by physically-based simulations in semiarid areas are subject to great uncertainty, and a failure in the predictive behavior of existing models is common. Thus better descriptions of physical processes at the watershed scale need to be incorporated into the hydrological model structures. For example, terrain relief has been systematically considered static in flood modelling at the watershed scale. Here, we show that the integrated effect of small distributed relief variations originated through concurrent hydrological processes within a storm event was significant on the watershed scale hydrograph. We model these observations by introducing dynamic formulations of two relief-related parameters at diverse scales: maximum depression storage, and roughness coefficient in channels. In the final (a posteriori) model structure these parameters are allowed to be both time-constant or time-varying. The case under study is a convective storm in a semiarid Mediterranean watershed with ephemeral channels and high agricultural pressures (the Rambla del Albujón watershed; 556 km 2 ), which showed a complex multi-peak response. First, to obtain quasi-sensible simulations in the (a priori) model with time-constant relief-related parameters, a spatially distributed parameterization was strictly required. Second, a generalized likelihood uncertainty estimation (GLUE) inference applied to the improved model structure, and conditioned to observed nested hydrographs, showed that accounting for dynamic relief-related parameters led to improved simulations. The discussion is finally broadened by considering the use of the calibrated model both to analyze the sensitivity of the watershed to storm motion and to attempt the flood forecasting of a stratiform event with highly different behavior.

Spectroscopic investigation and heat generation of Yb3+/Ho3+ codoped aluminosilicate glasses looking for the emission at 2 μm

Energy transfer (ET) and heat generation processes in Yb3+/Ho3+-codoped low-silica calcium aluminosilicate glasses were investigated using thermal lens (TL) and photoluminescence measurements looking for the emission around 2.0 μm. Stepwise ET processes from Yb3+ to Ho3+, upon excitation at 0.976 μm, produced highly efficient emission in the mid-infrared range at around 2.0 μm, with high fluorescence quantum efficiency (η1 ∼ 0.85 and independent of Ho3+ concentration) and relatively very low thermal loading (<0.4) for concentration up to 1.5% of Ho2O3. An equation was deduced for the description of the TL results that provided the absolute value of η1 and the number of emitted photons at 2.0 μm per absorbed pump photon by the Yb3+ ions, the latter reaching 60% for the highest Ho3+ concentration. These results suggest that the studied codoped system would be a promising candidate for the construction of photonic devices, especially for medical applications.

Prozessorientierte Modellierung des Wassertransports zur Bewertung von Hochwasserschutzmaßnahmen in bewaldeten Entstehungsgebieten

Im der vorliegenden Arbeit wurden die Einflüsse verschiedener wasserwirtschaftlicher und forstwirtschaftlicher Maßnahmen auf das Abflussverhalten von bewaldeten Gebieten untersucht. Der Schwerpunkt lag auf der Erfassung der Veränderungen im natürlichen System durch die jeweilige Maßnahme. Der Wassertransport wurde dabei auf der Prozessebene im Hangmaßstab betrachtet. Wichtige Erkenntnisse hinsichtlich der Hochwasserentstehung in bewaldeten Gebieten wurden gewonnen. Daraus abgeleitet wurde eine Bewertung sowohl der natürlich gegebenen Systemgrößen als auch der einzelnen Maßnahmen bezüglich einer Hochwasservorsorge in Wäldern.Berücksichtigt wurden Änderungen in der Bestockung und in der Feinerschließung der bewaldeten Flächen durch Wege und Wirtschaftstrecken. Die Wassertransportprozesse wurden im Gelände untersucht und in Abhängigkeit der globalen klimatischen Randbedingungen sowie den bodenhydraulischen und landnutzungsspezifischen Parameter mit dem Niederschlag-Abfluss-Modell CATFLOW simuliert.Die Abflussdynamik wird im untersuchten Maßstab im wesentlichen durch die gegebene Bodenhydraulik, die Vorfeuchte des Bodens bei einem Niederschlag und durch die Niederschlagsintensität bestimmt. Die vergleichende Untersuchung von zwei rheinland-pfälzischen Waldstandorten ergab, dass im Bereich Soonwald ein relativ hohes Hochwasserrisiko besteht. Hier wirken sich Eingriffe durch forstwirtschaftliche Bewirtschaftungsmaßnahmen stark aus. Im Bereich des Pfälzerwaldes ist nur ein sehr geringes Hochwasserrisiko gegeben, da hier die natürlichen Gebietseigenschaften die Eingriffe durch Bewirtschaftungsmaßnahmen überprägen.

Abflussverhalten kleiner, forstlich genutzter Bacheinzugsgebiete am Beispiel des Einzugsgebietes des Oberen Gräfenbaches im Soonwald/Hunsrück

Die vorliegende Arbeit sollte weitere Erkenntnisse zum Abflussverhalten forstlich genutzter Standorte im Einzugsgebiet der Nahe liefern. Zu diesem Zweck wurde das 12,73 km² umfassenden Einzugsgebietes des Oberen Gräfenbaches als Untersuchungsgebiet ausgewählt, das im fast ausschließlich waldbestandenen Soonwald lokalisiert ist. Das Einzugsgebiet wurde ab 1999 mit einem hydrometeorologischen Messnetz ausgestattet. Zusammen mit Geländebeobachtungen des Abflussgeschehens und einer Aufnahme der physiogeographischen Gebietseigenschaften wurde eine Analyse des Abflussverhaltens möglich. Die Analysen umfassten die grundlegende quantitative Auswertung der erhobenen Zeitreihen mit Hilfe statistisch-mathematischer Verfahren und die Nachbildung der hydrologischen Prozesse mit Hilfe des Modells MMS/PRMS. Die räumliche Diskretisierung des Gebietes erfolgte dabei durch Ausweisung von Hydrological Response Units (HRUs). Die Nachbildung des Ist-Zustandes wurde durch Rechnung mehrerer Landnutzungsszenarien ergänzt. Die Untersuchungen zeigten die enorme Variabilität der Gebietsabflüsse bei insgesamt hohen Jahresabflussvolumina auf. Zwischen den einzelnen Hangbereichen bestehen dabei grundlegende Unterschiede, die sowohl die Abflussbildungsprozesse als auch den Abflussgang betreffen. Im Rahmen der Landnutzungsszenarien wurde aufbauend deutlich, dass sich eine Veränderung der forstlichen Bestandeszusammensetzung nur nachrangig auf die Abflussentstehung auswirkt.

Variabilità spaziale dei parametri di modelli afflussi-deflussi

L’invarianza spaziale dei parametri di un modello afflussi-deflussi può rivelarsi una soluzione pratica e valida nel caso si voglia stimare la disponibilità di risorsa idrica di un’area. La simulazione idrologica è infatti uno strumento molto adottato ma presenta alcune criticità legate soprattutto alla necessità di calibrare i parametri del modello. Se si opta per l’applicazione di modelli spazialmente distribuiti, utili perché in grado di rendere conto della variabilità spaziale dei fenomeni che concorrono alla formazione di deflusso, il problema è solitamente legato all’alto numero di parametri in gioco. Assumendo che alcuni di questi siano omogenei nello spazio, dunque presentino lo stesso valore sui diversi bacini, è possibile ridurre il numero complessivo dei parametri che necessitano della calibrazione. Si verifica su base statistica questa assunzione, ricorrendo alla stima dell’incertezza parametrica valutata per mezzo di un algoritmo MCMC. Si nota che le distribuzioni dei parametri risultano in diversa misura compatibili sui bacini considerati. Quando poi l’obiettivo è la stima della disponibilità di risorsa idrica di bacini non strumentati, l’ipotesi di invarianza dei parametri assume ancora più importanza; solitamente infatti si affronta questo problema ricorrendo a lunghe analisi di regionalizzazione dei parametri. In questa sede invece si propone una procedura di cross-calibrazione che viene realizzata adottando le informazioni provenienti dai bacini strumentati più simili al sito di interesse. Si vuole raggiungere cioè un giusto compromesso tra lo svantaggio derivante dall’assumere i parametri del modello costanti sui bacini strumentati e il beneficio legato all’introduzione, passo dopo passo, di nuove e importanti informazioni derivanti dai bacini strumentati coinvolti nell’analisi. I risultati dimostrano l’utilità della metodologia proposta; si vede infatti che, in fase di validazione sul bacino considerato non strumentato, è possibile raggiungere un buona concordanza tra le serie di portata simulate e osservate.

Supporting, Regulating, and Provisioning Hydrological Services

The natural regulation of the water cycle by tropical montane forests is an important ecosystem service. Within this chapter we focus on water balance and regulation of the water cycle. Differences of rainfall-runoff generation across scales change from a near-surface event water driven system in pristine rainforest-covered micro-catchments to a more groundwater pre-event water dominated one on the mesoscale. The highly dynamic discharges are often correlated with total suspended sediment loads. However, we also observed total suspended sediment peaks at times of low flow, indicating a decoupling of erosion and stream transport and a triggering of landslides not directly related to hydrological processes. We also summarize likely future trends of water-related ecosystem services and expect an increase in human use and benefits of fresh water use whereas changes in water regulation and water purification services remain unchanged on a high level.