Predicting erosion rates in three small Calabrian catchments using Caesium-137 (137Cs) measurements. Theoretical approach and field measurements based on the re-sampling technique

Abstract

This PhD Thesis aims at monitoring and predicting erosion rates in three small Calabrian catchments using 137Cs measurements (able to document rates of soil erosion for the past ca. 60 years) and an improved theoretical approach proposed to exploit the potential of the 137Cs technique. These catchments are equipped since 1978 for measuring rainfall, runoff and sediment yield. During the period 1998-2001 several field campaigns was undertaken for a first application of the 137Cs technique and for a comparison between the predicted values of erosion rates provided by the 137Cs measurements (1954-2001) and the long-term values of measured soil erosion (from 1978 to 2001). The activity carried out for this project is based on a second set of field campaigns within the same catchments. This strategy, called Re-sampling approach, consists in repeating the same sampling campaigns to recollect the soil samples, from the same sampling points, after many years. The new measurements of 137Cs, looking back at an extended time window (1954-2015), allowed a comparison of soil erosion rates for different periods. The main results demonstrated that two of the three catchments showed a significant increase in net soil loss in recent years but the third one provided no clear evidence of a change in net soil loss instead. These were consistent with the records of annual sediment yield. The overall results suggest that the recent period represents a period of changing sediment response within the study catchments.

Questa tesi di dottorato ha lo scopo di monitorare e prevedere i tassi di erosione in tre piccoli bacini calabresi usando la tecnica del 137Cs (in grado di documentare i tassi di erosione del suolo degli ultimi 60 anni circa) e un approccio teorico proposto per sfruttare la suddetta tecnica. Dal 1978 questi bacini sono dotati di strumenti di misura di precipitazioni e di deflussi liquidi e torbidi. Nel periodo 1998-2001 sono state intraprese diverse attività di campo per una prima applicazione della tecnica 137Cs e per un confronto tra i valori previsti dei tassi di erosione forniti dalle misurazioni 137Cs (1954-2001) e i valori misurati dell’erosione del suolo (dal 1978 al 2001). L’attività svolta per questo progetto si basa su una seconda serie di attività di campo all’interno degli stessi bacini. Questa strategia, chiamata re-sampling, consiste nel ripetere gli stessi campionamenti, negli stessi punti, dopo molti anni. Le nuove misure di 137Cs per una finestra temporale più lunga (1954-2015) hanno permesso di confrontare i tassi di erosione del suolo per i diversi periodi. I risultati hanno dimostrato che due dei tre bacini hanno presentato un aumento significativo della perdita netta di suolo negli ultimi anni invece il terzo non ha fornito evidenti prove di un cambiamento nella perdita netta di suolo. Questi sono coerenti con i valori della resa annua del sedimento. I risultati complessivi suggeriscono che il recente periodo rappresenta un periodo di cambiamento nella risposta dei sedimenti all’interno dei bacini oggetto di studio.