L'obiettivo generale del progetto è sviluppare una metodologia innovativa, che associ modellazione numerica e monitoraggio, per studiare il trasporto di inquinanti attraverso la zona vadosa e attraverso diverse scale. La modellazione numerica sarà combinata con tecniche geofisiche non invasive per dedurre in situ le caratteristiche dinamiche del flusso d'acqua e del trasporto di soluti.
Il progetto richiederà una caratterizzazione dettagliata di un sito sperimentale sia a scala di campo (scala applicativa) che a scala di laboratorio su grandi colonne di terreno indisturbate. Il sito sperimentale includerà un terreno fortemente stratificato, con almeno due o tre strati di caratteristiche fisiche e pedologiche contrastanti. Le colonne di terreno avranno un'altezza non inferiore a 100 cm e un diametro di 30 cm, per includere almeno due o tre strati di terreno del profilo di campo.
In realtà, il problema di scala sarà il fulcro del progetto a causa della sua complessità, derivante dall'elevata variabilità spaziale delle
proprietà fisiche, chimiche e biologiche coinvolte nel trasporto di inquinanti attraverso il profilo del terreno. Di conseguenza, gli esperimenti da condurre sia su grandi colonne di terreno che su scala di campo consentiranno di tenere conto del ruolo delle eterogeneità a diverse scale nella determinazione del comportamento del trasporto attraverso la zona vadosa.
Obiettivi specifici saranno: acquisire comprensione e approfondimenti su (i) i processi di trasporto dei contaminanti attraverso profili di terreno fortemente stratificati, tenendo conto anche dell'assorbimento radicale e dei processi di flusso preferenziale nella zona radicale; (ii) il ruolo dell'interfaccia tra gli strati e come ciò influenzi la correlazione tra i tempi di percorrenza dei contaminanti e quindi i meccanismi di trasporto dei soluti, fondamentale per dedurre la distribuzione dei tempi di percorrenza lungo il profilo insaturo; iii) il trasporto dei contaminanti attraverso percorsi preferenziali; iv) il potenziale dell'utilizzo di tecnologie geofisiche non invasive per caratterizzare rapidamente il comportamento del trasporto dei soluti nei profili di terreno (anche in presenza del substrato roccioso) a scale applicative.
Dopo aver analizzato specifici meccanismi di trasporto a scala di laboratorio, verrà eseguita una simulazione numerica con un modello matematico basato sulla fisica appositamente sviluppato per entrambi i sistemi del caso di studio. I meccanismi e la parametrizzazione del modello saranno testati tramite un esperimento sul campo in cui la concentrazione di contaminanti e il contenuto d'acqua saranno monitorati lungo un transetto di 50 m. In primo luogo, verrà utilizzata una rappresentazione deterministica del profilo stratificato, per ottenere informazioni sul comportamento medio. In secondo luogo, verrà utilizzata una descrizione eterogenea stocastica con analisi Monte Carlo per studiare come i processi e i meccanismi di interesse siano influenzati dall'eterogeneità del suolo e della roccia e dal possibile trasporto di contaminanti facilitato da un flusso preferenziale.