Negli ultimi decenni, i cambiamenti climatici e le attività dell’uomo, quali il cambiamento dell’uso del suolo e il sovra-sfruttamento delle risorse idriche stanno determinando un sempre più evidente processo di desertificazione che sta interessando le aree del Mediterraneo; con drammatiche conseguenze per l’agricoltura e la disponibilità idrica. Nel sistema di invasi artificiali del Flumendosa, di fondamentale importanza per la gestione della risorsa idrica, in quanto soddisfa il fabbisogno idropotabile di Cagliari, si è evidenziato una riduzione del 35% dei deflussi annui. A fronte di una diminuzione dei deflussi è stato registrato un lieve decremento dei valori annui della precipitazione. Tali trend hanno messo in evidenza l’insostenibilità dell’ipotesi di stazionarietà del clima, e la necessità di tenere conto degli effetti di possibili scenari climatici futuri. Per la comprensione ed interpretazione dei processi idrologici in atto è necessario analizzare le dinamiche delle interazioni tra atmosfera, suolo e vegetazione, che influenzano il processo di trasformazione afflussi-deflussi. In tal senso è stato sviluppato un nuovo modello ecoidrologico distribuito a scala di bacino, ottenuto dall’implementazione a scala di bacino del modello accoppiato di bilancio idrico (LSM) e di dinamica della vegetazione (VDM) di Montaldo et al. (2008). Infatti LSM stima per ciascuna cella di discretizzazione del bacino idrografico i flussi energetici e idrici, risolvendo le equazioni di bilancio idrico ed energetico, e l’infiltrazione tramite il metodo di Philips. Il VDM consente di simulare le complesse dinamiche della vegetazione andando ad effettuare il bilancio tra i termini che producono biomassa (fotosintesi) e i termini di consumo (respirazione, senescenza), e fornisce il valore del LAI utilizzato nel modello idrologico per la stima dell’evapotraspirazione e intercezione vegetale. L’implementazione a scala di bacino è stata realizzata includendo un modulo per il trattamento ed elaborazione del modello digitale delle quote e del reticolo idrografico ed uno per la propagazione del deflusso superficiale secondo il metodo Muskingum-Cunge a celerità variabile nella versione di Montaldo et al. (2007). Il caso di studio considerato è il bacino del Flumendosa (bacino di circa 1200 kmq), bacino di primaria importanza per la gestione delle risorse idriche in Sardegna in quanto provvede al soddisfacimento del fabbisogno idrico di Cagliari. Infatti, la sezione di chiusura del bacino considerata è quella del medio Flumendosa in corrispondenza dei grandi bacini artificiali di Nuraghe Arrubiu (316 milioni m3) e Mulargia (347 milioni m3). Per tale bacino sono disponibili dal 2003 dati di portata di un idrometro a monte delle dighe a risoluzione oraria e i dati della stazione micrometeorologica sita nel Comune di Orroli, oltre ai dati delle 42 stazioni pluviografiche presenti nel bacino. Le informazioni sulla copertura vegetale sono state elaborate sulla base di una immagine satellitare Ikonos ad elevata risoluzione spaziale (2.8 m), mentre sono disponibili le mappe pedologiche e delle caratteristiche dei suoli. Per tale periodo è stata eseguita la calibrazione del modello, che è stato poi validato con i dati del periodo 1922-2002 per i quali sono disponibili oltre i dati delle precipitazioni i dati giornalieri di portate in corrispondenza delle dighe. Dalla analisi del bilancio idrico del bacino si è dimostrato che il decremento del deflusso è dovuto al cambiamento del regime delle piogge con un decremento delle piogge durante i mesi invernali ed un incremento durante la primavera. L’incremento delle piogge durante la primavera ha generato esclusivamente un incremento del processo di traspirazione senza alcun impatto sul regime dei deflussi. Invece la riduzione delle piogge nel periodo invernale ha prodotto una notevole riduzione dei deflussi superficiali, determinando il conseguente decremento dei deflussi annui, fondamentali in quanto vengono accumulati nei principali invasi artificiali della Sardegna. Conseguentemente una riduzione dei deflussi va a generare una riduzione della risorsa disponibile per i centri abitati. Si è poi eseguita la previsione dei deflussi superficiali futuri per gli anni 2081-2100 utilizzando scenari di cambiamento climatico. Infatti partendo dalle previsioni meteorologiche del IPCC (che prevedono decrementi della precipitazione fino al 20% nel trimestre Dicembre-Febbraio ed un aumento della temperatura fino a 3 °C) si è eseguita la previsione del bilancio idrico futuro del bacino idrografico, tenendo conto anche delle possibili modifiche della vegetazione, che ha conseguenze non solo sulla traspirazione ma anche sull’infiltrazione. Lo scenario climatico evidenzia una ulteriore riduzione dei deflussi superficiali futuri (di circa il 30%) e scenari di desertificazione con il decremento della percentuale di vegetazione sul bacino idrografico.
Trend storici e scenari di cambiamento climatico dei deflussi superficiali del bacino del Flumendosa tramite modellistica idrologica
SARIGU, ALESSIO;CORONA, ROBERTO;MONTALDO, NICOLA
2014-01-01
Abstract
Negli ultimi decenni, i cambiamenti climatici e le attività dell’uomo, quali il cambiamento dell’uso del suolo e il sovra-sfruttamento delle risorse idriche stanno determinando un sempre più evidente processo di desertificazione che sta interessando le aree del Mediterraneo; con drammatiche conseguenze per l’agricoltura e la disponibilità idrica. Nel sistema di invasi artificiali del Flumendosa, di fondamentale importanza per la gestione della risorsa idrica, in quanto soddisfa il fabbisogno idropotabile di Cagliari, si è evidenziato una riduzione del 35% dei deflussi annui. A fronte di una diminuzione dei deflussi è stato registrato un lieve decremento dei valori annui della precipitazione. Tali trend hanno messo in evidenza l’insostenibilità dell’ipotesi di stazionarietà del clima, e la necessità di tenere conto degli effetti di possibili scenari climatici futuri. Per la comprensione ed interpretazione dei processi idrologici in atto è necessario analizzare le dinamiche delle interazioni tra atmosfera, suolo e vegetazione, che influenzano il processo di trasformazione afflussi-deflussi. In tal senso è stato sviluppato un nuovo modello ecoidrologico distribuito a scala di bacino, ottenuto dall’implementazione a scala di bacino del modello accoppiato di bilancio idrico (LSM) e di dinamica della vegetazione (VDM) di Montaldo et al. (2008). Infatti LSM stima per ciascuna cella di discretizzazione del bacino idrografico i flussi energetici e idrici, risolvendo le equazioni di bilancio idrico ed energetico, e l’infiltrazione tramite il metodo di Philips. Il VDM consente di simulare le complesse dinamiche della vegetazione andando ad effettuare il bilancio tra i termini che producono biomassa (fotosintesi) e i termini di consumo (respirazione, senescenza), e fornisce il valore del LAI utilizzato nel modello idrologico per la stima dell’evapotraspirazione e intercezione vegetale. L’implementazione a scala di bacino è stata realizzata includendo un modulo per il trattamento ed elaborazione del modello digitale delle quote e del reticolo idrografico ed uno per la propagazione del deflusso superficiale secondo il metodo Muskingum-Cunge a celerità variabile nella versione di Montaldo et al. (2007). Il caso di studio considerato è il bacino del Flumendosa (bacino di circa 1200 kmq), bacino di primaria importanza per la gestione delle risorse idriche in Sardegna in quanto provvede al soddisfacimento del fabbisogno idrico di Cagliari. Infatti, la sezione di chiusura del bacino considerata è quella del medio Flumendosa in corrispondenza dei grandi bacini artificiali di Nuraghe Arrubiu (316 milioni m3) e Mulargia (347 milioni m3). Per tale bacino sono disponibili dal 2003 dati di portata di un idrometro a monte delle dighe a risoluzione oraria e i dati della stazione micrometeorologica sita nel Comune di Orroli, oltre ai dati delle 42 stazioni pluviografiche presenti nel bacino. Le informazioni sulla copertura vegetale sono state elaborate sulla base di una immagine satellitare Ikonos ad elevata risoluzione spaziale (2.8 m), mentre sono disponibili le mappe pedologiche e delle caratteristiche dei suoli. Per tale periodo è stata eseguita la calibrazione del modello, che è stato poi validato con i dati del periodo 1922-2002 per i quali sono disponibili oltre i dati delle precipitazioni i dati giornalieri di portate in corrispondenza delle dighe. Dalla analisi del bilancio idrico del bacino si è dimostrato che il decremento del deflusso è dovuto al cambiamento del regime delle piogge con un decremento delle piogge durante i mesi invernali ed un incremento durante la primavera. L’incremento delle piogge durante la primavera ha generato esclusivamente un incremento del processo di traspirazione senza alcun impatto sul regime dei deflussi. Invece la riduzione delle piogge nel periodo invernale ha prodotto una notevole riduzione dei deflussi superficiali, determinando il conseguente decremento dei deflussi annui, fondamentali in quanto vengono accumulati nei principali invasi artificiali della Sardegna. Conseguentemente una riduzione dei deflussi va a generare una riduzione della risorsa disponibile per i centri abitati. Si è poi eseguita la previsione dei deflussi superficiali futuri per gli anni 2081-2100 utilizzando scenari di cambiamento climatico. Infatti partendo dalle previsioni meteorologiche del IPCC (che prevedono decrementi della precipitazione fino al 20% nel trimestre Dicembre-Febbraio ed un aumento della temperatura fino a 3 °C) si è eseguita la previsione del bilancio idrico futuro del bacino idrografico, tenendo conto anche delle possibili modifiche della vegetazione, che ha conseguenze non solo sulla traspirazione ma anche sull’infiltrazione. Lo scenario climatico evidenzia una ulteriore riduzione dei deflussi superficiali futuri (di circa il 30%) e scenari di desertificazione con il decremento della percentuale di vegetazione sul bacino idrografico.
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