The role of the HYPOrheic zone on the transporter-transformer functions of River corridors.

Descrizione del progetto

Migliorare la salute dei fiumi studiando il trasporto di sostanze reattive

La qualità delle acque fluviali è profondamente influenzata dalle sostanze reattive disciolte, il cui destino è controllato principalmente dalla zona iporreica: questa interfaccia critica tra l’acqua del fiume a corrente rapida e il flusso più lento che avviene nei pori dei sedimenti del letto fluviale crea un ambiente ideale per le reazioni biogeochimiche, che svolgono un ruolo fondamentale nel determinare la salute di tale ecosistema. Il progetto HYPOR, finanziato dal CER, si propone di far progredire la nostra comprensione del modo in cui la zona iporreica contribuisce al trasporto reattivo nei fiumi, nonché delle modalità con cui lo regola. Esplorando le variazioni spaziali e temporali su più scale, HYPOR incorporerà i loro effetti in modelli innovativi dal basso verso l’alto che permetteranno di miglioreranno la previsione della qualità dell’acqua nei fiumi, fornendo in ultima analisi informazioni utili per l’elaborazione delle strategie volte a proteggere e sostenere gli ecosistemi acquatici.

Obiettivo

Reactive substances transported in river corridors undergo several transformations having important implications for the fate of toxic chemicals and the health of fluvial ecosystems. Delivery of substances into the slow and geochemically-microbially rich hyporheic zone delays their downstream transport and promotes opportunities for biogeochemical reactions. The resulting delay and reactivity at larger scales are shaped by the ubiquitous heterogeneity of environmental porous media and the temporal fluctuations that typify river corridors which control transport and mixing limitations in the reactive regions of the hyporheic zone. However, the most widespread upscaling pictures neglect these fundamental aspects, assuming either a transient storage in a well-mixed hyporheic zone or pure advective transport along non-interacting hyporheic streamlines. The paradigm of oversimplification leads to severe shortcomings, such as limited transferability of findings and great uncertainty in large-scale predictions.

HYPOR pursues a paradigm-shift: ground the upscaling of reactive-transport in river corridors on the mechanistic knowledge of the hyporheic dynamics. First, we will improve the understanding of heterogeneity and temporal fluctuations controls through comprehensive numerical investigations at small scales. Second, this will allow to quantify, on a physical basis, the stochasticity in the transport and mixing limitations of point-injections (Green functions) as they encounter reactive regions. The stochastic evolutions of Green functions will be the building block of a novel reactive-transport upscaled model to overcome current shortcomings. Yet, the hidden nature of the hyporheic zone leads to uncertainty. Third, HYPOR will exploit the link between small-scale uncertain properties and physics-based upscaling elements in a new uncertainty analysis framework that propagates uncertainty at small scales onto large-scale predictions, quantifying their reliability.