Analysis of the sedimentation process of a natural lake by distributed modeling

This thesis attempts to model the sedimentation rate of Chiusi Lake, located on the border shared by Tuscany and Umbria, by combining direct and indirect methodologies. Such a study provides a crucial first step against the loss of the lake’s capacity due to sedimentation. In particular, the indirect approach consisted in translating the basin’s erosion rate, predicted through the RUSLE model, into the lake’s sedimentation rate by introducing the hydrological connectivity index into the soil erosion model. This index assesses in comparative terms the likelihood of sediments sourcing from one particular zone of the basin discharging into the lake. As this indirect approach is empirical and based on several simplifying assumptions, its performance was validated by employing a direct approach. The volume of sediments deposited in the lake over a course of 22 years was assessed by comparing a former bathymetric survey conducted in 2001 with a recent bathymetry executed within the scope of this thesis. The actual sedimentation rate corroborated the model’s accuracy despite its shortcomings stemming from a lack of field measurements, approving hence the adequacy of this indirect approach in guiding policymakers to identify the most significant sediment source areas and to estimate future sedimentation rates depending on the implemented measures.

Questa tesi tenta di modellare il tasso di sedimentazione del Lago di Chiusi, situato al confine condiviso tra Toscana e Umbria, combinando metodologie dirette e indirette. Tale studio fornisce un primo passo cruciale contro la perdita di capacità del lago dovuta alla sedimentazione. In particolare, l'approccio indiretto consisteva nel tradurre il tasso di erosione del bacino, previsto attraverso il modello RUSLE, nel tasso di sedimentazione del lago introducendo l'indice di connettività idrologica nel modello di erosione del suolo. Questo indice valuta in termini comparativi la probabilità che sedimenti provenienti da una particolare zona del bacino si riversino nel lago. Poiché questo approccio indiretto è empirico e basato su diversi presupposti semplificativi, le sue prestazioni sono state convalidate utilizzando un approccio diretto. Il volume dei sedimenti depositati nel lago nell'arco di 22 anni è stato valutato confrontando un precedente rilievo batimetrico condotto nel 2001 con una batimetria recente eseguita nell'ambito di questa tesi. Il tasso di sedimentazione effettivo ha corroborato l'accuratezza del modello nonostante le sue carenze derivanti dalla mancanza di misurazioni sul campo, approvando quindi l'adeguatezza di questo approccio indiretto nel guidare i responsabili politici a identificare le aree di origine dei sedimenti più significative e a stimare i tassi di sedimentazione futuri a seconda delle misure implementate.