1_CAMBIAMENTI CLIMATICI E RISPOSTA IDROLOGICA LOCALE

Gli elementi carattersitici di un evento idrologico rappresentato all'interno di una soluzione grafica di sintesi sono detti CARATTERISTICI in quanto mettono in evidenza le peculiarità dello stesso.

Questi elementi caratterisitici sono, soprattutto, gli angoli ALFA, che i limiti DRY e WETTED formano con l'asse delle X, e l'angolo BETA, che i limiti suddetti formano tra loro.

Questi fattori sono funzione sia dell'andamento nel tempo dei valori dei volumi d'acqua affluenti, valutati all'interno delle unità territoriali di riferimento, che dell'estensione supeficiale di tali unità.

In generale sono funzione delle carattersitiche meteo_climatiche e geomorfologiche locali e i relativi valori variano variano al variare dei fattori che descrivono queste caratteristiche.

Il fattore meteo_climatico varia sia nello spazio che nel tempo ed è lo stesso per il fattore geomorfologico.

Il primo dipende infatti dalle caratteristiche climatiche locali che sono mutevoli con la latitudine e l'altitudine, nonchè funzione di altri fattori che li rendono mutevoli nel tempo.

Le carattetiristiche geomorfologiche locali sono mutevoli anch'esse con lo spazio e nel tempo e sono funzione degli agenti modellatori esogeni ed endogeni.

I cambiamenti climatici, sempre in essere, costituiscono la causa principale delle variazione delle caratteristiche climatiche locali nel tempo come, ad esempio, il regime delle precipitazioni medie mensili.

Questo parametro o elemento distintivo delle condizioni climatiche di una data area del globo terrestre condiziona a sua volta il regime idrologico mensile come definito e descritto in precedenza e pertanto in linea di massima si può affermare che i cambiamenti climatici potrebbero produrre come effetto anche un lento o un repentino mutamento del regime idrologico locale che nella soluzione grafica di sintesi è definito tra i due limiti DRY e WETTED oltre che dall'angolo tra questi formatosi detto BETA.

"IL CAMPO DI STABILITA' IDROLOGICA E GEOMORFOLOGICA"

L'importanza di tali principi o concetti, in particolare quelli sugli elementi caratteristici, sta nel fatto che nel modello della RISPOSTA IDROLOGICA LOCALE si ipotizza, in base alle considerazioni fatte, l'esistenza di un ulteriore campo detto CAMPO di STABILITA' IDROLOGICA e GEOMORFOLOGICA.

Questo campo particolare è inteso come costituito da coppie di valori AREA_VOLUME per le quali all'interno dell'ambito territoriale indagato non sussistono condizioni di CRISI IDRICA e per le quali allo stesso tempo non si verificano eventi meteorici in grado di generare impulsi tali da causare fenomeni di dissesto idrogeologico intesi secondo la definizione classica ed ufficiale.

Tale campo di stabilità risulterà definito entro due limiti, uno superiore ed uno inferiore, dei i quali il primo segna il passaggio verso le condizioni meteo_cliamtiche avverse e critiche che generano fenomeni di dissetso mentre quello inferiore segnerà il passaggio alle condizioni meteo_climatiche che generano condizioni di criticità idrica all'intero contesto ambientale.

Questi due limiti si intersecheranno all'origine della soluzione grafica di sintesi formando anch'essi un'angolo detto GAMMA inferiore a BETA.

Quindi, CAMPO di STABILITA' per una data area geografica del globo terrestre e così definito, si ipotizza essere compreso all'interno del CAMPO del REGIME IDROLOGICO  CONSOLIDATOSI.

Le considerazioni sulla mutevolezza degli elementi caratteristici nello spazio e nel tempo possono essere altresì fatte per gli stessi elementi che definiscono il CAMPO di STABILITA'. 

Ovvero al variare della posizione geografica il campo di stabilità può risultare più o meno ampio e lo stesso avviene se si considera l'evoluzione meteo_climatica di una data area nel tempo come nel caso dei cambiamenti cliamtici.

LA VARIAZIONE DEI VALORI DEGLI ELEMENTI CARATTERSITICI NELLO SPAZIO

Gli elementi caratterisitici di una geometria di evento o di un generico evento,già descritti e definiti in precedenza, sono mutevoli nello spazio al variare delle caratteristiche climatiche  e della morfologia locale, definita dal valore delle aree delle unità territoriali di riferimento.

Questo aspetto è dimostrato sia per brevi distanze come nell'esempio della provincia viterbese che per grandi distanze come in alcuni altri casi applicativi realizzati.

Il principio di mutevolezza degli elementi caratteristici vale sia nel caso si impieghino ambiti territoriali di forma quadra che nel caso si impieghino i bacini idrografici e, in ogni caso, quello che si cerca di determinare è il grado di sopportazione di una porzione di territorio delimitata quando è sottoposta ad un impulso di tipo meteo_climatico. 

In generale si cerca di determinare i quantitativi di acque meteoriche che il territorio fisico è in grado di tollerare senza che vi si manifestino fenomeni di dissesto.

"BREVI DISTANZE"

Nel caso applicativo della Provincia di Viterbo l'intero territorio è stato suddiviso inizialmente in 54 ambiti territoriali di riferimento di forma quadrata di 10 km di lato e per ognuna di loro si ripetuto il processo di caratterizzazione dell'evento climatico inteso come analisi e caratterizzazione del regime pluviometrico nell'anno solare secondo i criteri del modello che si propone.

Ogni elemento viene inizialmente suddiviso in fasce altimetriche e per ognuna si definisce l'estensione superficiale in metri  quadri, si definiscono, inoltre, i valori tipici dei volumi di acqua affluenti per ogni mese dell'anno, soprattutto durante i mesi più secco "dry" e più umido "wetted", in quanto questi costituiscono i limiti di riferimento.

In ultimo, si riporta il tutto nella soluzione garfica di sintesi.

FIG_1 TERRITORIO DELLA PROVINCIA DI VITERBO SUDDIVISO IN 54 UNITA' TERRITORIALI MINORI DI FORMA QUADRATA DI 10 km DI LATO.

FIG_2 SUDDIVISIONE DELL'UNITA' n. 2 IN SOTTOUNITA' TERRITORIALI RAPPRESENTATE DALLE FASCE ALTIMETRICHE IL CUI DISLIVELLO E' DI 50 m.

FIG_3: GEOMETRIE DI EVENTO RELATIVE AI VARI MESI DELL' ANNO COSTRUITE CONSIDERANDO IL VALOR MEDIO MENSILE DELLE ALTEZZE DI PRECIPITAZIONE PER L'AMBITO VT_2.

FIG_4 ESTRAZIONE DEI LIMITI DRY E WETTED PER L'AMBITO VT_2.

L'estrazione dei due limiti di riferimento per l'ambito indagato, permette di definire l'ampiezza dei tre CAMPI principali che sono il CAMPO della SICCITA' PERSISTENTE, ovvero il campo cartterizzato da eventi estremi di SICCITA', il CAMPO del REGIME IDROLOGOICO CONSOLIDATOSI o DEGLI EVENTI ORDINARI e NOTI ed il CAMPO degli EVENTI ESTREMI o POCO NOTI (inusuali, meno frequenti, poco noti e caratterizzati da valori medi delle altezze di precitpitazione molto elevati).

Le geometrie di evento che ricadono al di sotto del limite DRY, ovvero con un angolo ALFA minore dell'angolo ALFA DRY caratterizzano periodi di siccità.

Le geometrie di evento che ricadono tra i limiti DRY e WETTED sono caratterizzate da valori medi mensili delle altezze di precipitazione ricorrenti durante le stagioni dell'anno, ovvero, nel caso specifico, all'interno di tale campo ritroviamo tutte le geometrie di evento di un regime delle precipitazioni annuo che caratterizza la porzione di territorio indagata convertito in REGIME degli AFFLUSSI tipico e ricorrente. Gli afflussi sono sempre espressi in termini di VOLUMI di ACQUA AFFLUENTI.

All'interno di questo campo ogni angolo ALFA relativo alle varie GEOMETRIE di EVENTO che vi ricadono presenta valori compresi tra ALFA WETTED ed ALFA DRY.

Le geometrie di evento che sono caratterizzate da un angolo ALFA superiore all'angolo ALFA WETTED e si posizionano al di sopra del limite WETTED rappresentano gli eventi meno ricorrenti o inusuali ma cartterizzati da elevati valori delle altezze di precipitazione e sono detti quindi detti ESTREMI le peculiarità di questi ultimi, essendo tali eventi inusuali, sono poco NOTE da cui, quindi, CAMPO degli EVENTI ESTREMI POCO NOTI. 

FIG_5 ELEMENTI CARATTERISTICI DELL'AMBITO VT_2 E RELATIVI CAMPI.

FIG_6 AMBITO VT_19

FIG_7 LIMITI DRY E WETTED DEFINITI PER L'AMBITO VT_19.

FIG_8 AMBITO VT_25.

FIG_9 LIMITI DRY E WETTED DEFINITI PER L'AMBITO VT_25

CONFRONTO

Il processo di confronto tra i due campi dei regimi idrologici noti e consolidati relativi agli ambiti 19 e 25 avviene attraverso il confronto dell'elemento caratteristico angolo BETA ovvero l'angolo compreso tra i relativi limiti DRY e WETTED.

Oltre a questo si ricordi anche il valore dell'angolo ALFA che la linea di tendenza di ogni singola geometria di evento forma con l'asse delle X.

Senza entrare nel dettaglio si noti come nel caso specifico il campo dei regimi noti e consodlidati dell'ambitoà 19 sia più ampio di quello relativo all'ambito 25.

Allo stesso tempo risulta che il limite WETTED dell'ambito 19 formi un angolo alfa inferiore al corrispondente dell'ambito 25 e ciò sta a signifcare che il campo degli eventi estremi e poco noti è più ampio del corrispondente dell'ambito 25.

Mentre avviene il contrario se si considera l'angolo ALFA che il limite dry dell'ambito 19 forma con l'asse delle X e se si considera, inoltre, ovvero il campo degli eventi critici e poco noti caratterizzati da siccità persistente dell'ambito 19 risulta essere meno ampio di quello relativo all'ambito 25.

FIG_10 CONFRONTO TRA I CAMPI DELLE GEOMETRIE NOTE DI UN REGIME IDROLOGICO CONSOLIDATO RELATIVI AGLI AMBITI 19 E 25.

FIG_11 AMBITI 19 E 25 A CONFRONTO ED ANGOLI ALFA CON RELATIVI CAMPI

Lo studio dei vari casi applicativi realizzati (I CERCHI VERDI nell'APPLICAZIONE "RILIEVI METEOROLOGICI" RAPPRESENTANO GLI ELEMENTI TERRITORIALI DI FORMA QUADRATA) nonchè la loro ha analisi ed il loro confronto ha dimostrato che gli angoli caratteristici ALFA DRY, ALFA WETTED e BETA per ogni singolo ambito territoriale sono mutevoli nello spazio ovvero nelle tre dimensioni dello spazio, anche su brevi distanze.

Quindi in generale si può dire che mutano al variare della LATITUDINE, della LOGITUDINE e dell'ALTITUDINE parallelamente al variare delle carattersitiche climatiche.

Tali elementi carattersitici variano inoltre al variare della morfologia dell'ambito indagato.

Quest'ultimo aspetto risulta molto importante in quanto se si considerano anche gli aspetti morfologici locali, espressi dal valore delle aree delle unità territoriali di riferimento, in fase di stima degli elementi caratteristici questi aspetti non permettono di generalizzare o di estendere, come nel caso delle caratterisitiche cliamtiche, ad ampie e continue aree geografiche le considerazioni fatte per una data località. 

"DISTANZE NOTEVOLI"

Si considerino ora due elementi di porzione di superficie terrestre posti l'una in Italia e l'altra nelle Filippine.

Per ognuna di loro si ripeta il processo di caratterizzazione dell'evento climatico anno solare e si costruisca la soluzione grafica di sintesi.

FIG_12 POSIZIONE GEOGRAFICA DELLA GRIGLIA DI ANALISI DELLA PROVINCIA DI VITERBO E DEI DUE CASI APèPLICATIVI POSTI NELLE FILIPPINE.

FIG_13  POSIZIONE GEOGRAFICA DEI CASI APPLICATIVI n. 7 E n. 8 POSTI NELE FILIPPINE.

FIG_ 14 SI CONSIDERI IL CASO APPLICATIVO n.8.

FIG_15 REGIME IDROLOGICO CONSOLIDATOSI NEL TEMPO NELL'AREA DELIMITATA E DENOMINATA AREA CAMPIONE n.8 FILIPPINE.

FIG_16 ESTRAZIONE DEI LIMITI DRY E WETTED PER L'AREA CAMPIONE n.8.

FIG_17 CONFRONTO TRA LE SOLUZIONI GRAFICHE DI SINTESI DELL'AREA CAMPIONE n.8 DELLE FILIPPINE E DELL'AMBITO VT_25.

FIG_18 ANGOLI CARATTERSITICI DELLA SOLUZIONE GRAFICA DI SINTESI DELL'ANNO SOLARE PER L'AREA CAMPIONE n.8 DELLE FILIPPINE.

FIG_19 IL CONFRONTO EVIDENZIA I DIFFERENTI VALORI DELL'ANGOLO CARATTERISTICO BETA TRA LE DUE AREE POSTE A NOTEVOLE DISTANZA L'UNA DALL'ALTRA. 

Anche in questo caso il confronto viene effettuato tramite la sovrapposizione delle due soluzioni grafiche di sintesi e tramite, inoltre, il confronto degli angoli caratteristici ed in partiocolare l'angolo BETA, dato dalla differenza tra l'angolo ALFA WETTED e ALFA DRY.

Nel caso specifico, l'area campione n. 8 delle Filippine presenta una angolo caratteristico beta molto più ampio dell'angolo relativo all'ambito 25 della provincia viterbese e quindi si suppone che il relativo regime idrologico consolidatosi sia caratterizzato da valori medi mensili dell'altezza di precipitazione molto variabile al suo interno.

"BACINI IDROGRAFICI"

Quanto verificato in precedenza per gli ambiti territoriali di forma geometrica definita vale anche nel caso dei bacini idrografici sia che si trovino a breve distanza l'uno dall'altro che che siano posti a distanze notevoli.

La scelta di quale modello di discretizzazione da impiegare è, in questa fase dei lavori, in continua sperimentazione così come quale griglia di analisi da utilizzare.

Scegiere di suddividere il territorio fisico attraverso una griglia con celle di forma regolare ci permette di semplificare il lavoro contrariamente a quanto succede nel caso dei bacini idrografici.

Infatti, nel primo caso il processo gestito in ambiente GIS è quasi immediato, mentre l'impiego dei bacini idrgrafici, che in questo modello sono considerati l'unità territoriale di riferimento attraverso cui suddividere la superficie terrestre, comporta che si debbano reperire gli spartiacque e quando ciò non risulta possibile che si debbano disegnare.

In quest'ultimo caso la complessità ed i tempi dipendono dalle dimensioni del bacino idrografico indagato.

Per gli scopi della presente trattazione verrà illustato il solo caso di due bacini posti a notevole distanza l'uno dall'altro e questi bacini sono quello relativo al "Rio Maggiore" posto nelle immediate vicinanze del territorio della città di Gallese 01035 VITERBO e quello relativo al "NAKATSU RIVER" posto nelle immediate vicinanze della cittadina di KUMA all'interno della prefettura di KUMAMOTO in GIAPPONE.

FIG_20

"RIO MAGGIORE"

FIG_21 POSIZIONE GEOGRAFICA DEL BACINI DEL "RIO MAGGIORE"

FIG_22 CAMPO DEL REGIME IDROLOGICO CONSOLIDATO DEL BACINO DEL "RIO MAGGIORE"

FIG_23 ESTRAZIONE DEI LIMITI DRY E WETTED PER IL BACINO DEL "RIO MAGGIORE"

"NAKATSU RIVER"

FIG_24 POSIZIONE GEOGRAFICA DEL BACINO IDROGRAFICO DEL  "NAKATSU RIVER" IN GIAPPONE

FIG_25 POSIZIONE GEOGRAFICA DEL BACINO DEL "NAKATSU RIVER" ALL'INTERNO DELLA PREFETTURA DI KUMAMOTO IN GAIPPONE

FIG_26 CAMPO DEL REGIME IDROLOGICO CONSOLIDATO DEL BACINO DEL "NAKATSU RIVER"

FIG_27 ESTRAZIONE DEI LIMITI DRY E WETTED DEL BACINO DEL "NAKATSU RIVER" 

CONFRONTO

FIG_28 CONFRONTO TRA GLI ELEMENTI CARATTERISTICI DEI DUE CORSI D'ACQUA CONSIDERATI IN UN'UNICA SOLUZIONE GRAFICA DI SINTAESI.

Anche nel caso dei bacini idrografici si possono determinare i limiti DRY e WETTED nonchè i tre campi degli eventi ed i relativi elementi caratteristici.

Il confronto tra gli elementi caratteristici delle 2 soluzioni grafiche di sintesi, quella relativa al bacino del "RIO MAGGIORE" e quella reltiva al bacino del "NAKATSU RIVER", ha messo in evidenza innanzittutto i differenti valori degli angoli ALFA tutti. In secondo luogo ha meso in evidenza  valori confrontabili degli angoli BETA.

LE VARIAZIONI DEI VALORI DEGLI ELEMENTI CARATTERISITICI NEL TEMPO

NEL BREVE PERIODO

Nel modello che si propone sono considerati eventi meteo_climatici che si concretizzano nel "BREVE PERIODO" i soli eventi meteorologici e climatici di tipo pluviometrico sia generici che estremi di varia durata, ma che si esauriscono in tempi inferiori al mese. 

La geometria di evento durante il decorso di un evento anche generico e non estremo di tipo BREVE, è mutevole, ovvero varia il valore dell'angolo ALFA generico, che la linea di tendenza di tale geometria forma con l'asse delle X durante il concretizzarsi dell'evento.

Al variare delle altezze di precipitazione durante il manifestarsi dell'evento varia il coef. angolare della linea di tendenza della geometria di evento.

Questa mutevolezza nel BREVE PERIODO è stata osservata più volte ed è stata, inoltre, ricostruita per alcuni eventi critici del passato (FIUME MARTA_15_11_2005 ), nonchè in altri casi di eventi generici.

NEL MEDIO E NEL LUNGO PERIODO

Nel modello che si propone, il MEDIO PERIODO è inteso come un periodo tempo di durata pluridecennale o comunque potrebbe essere inteso anche come un'intevallo di tempo la cui durata è confrontabile con la durata media di una vita umana.

Nel modello che si propone, inoltre, per LUNGO PERIODO si intende un intervallo di tempo molto più ampio la cui durata assume vari valori comunque superiori a quelli della durata media di una vita umana e tali da comprendere anche i valori dei tempi evolutivi del clima di una data area geografica del globo terrestre.

Allo stato attuale dei lavori, la trattazione delle variazioni dei valori degli elementi caratteristici nel medio e nel lungo periodo è basata su delle sole ipotesi in quanto tali argomenti non sono stati ancora affrontati in particolare non è stato affrontato il caso del lungo periodo.   

Allo stato attuale dei lavori sono stati elaborati i soli dati di origine nota (ANNALI IDROLOGIOCI REGIONE LAZIO) i cui valori sono relativi al periodo 1950 - 1990 per un'area geografica limitata le cui stazioni meteorologiche di riferimento sono quelle di ORTE (VT), CIVITA CASTELLANA (VT), SORIANO nel CIMINO (VT) e RONCIGLIONE (VT).

Sono stati inoltre analizzati i dati climatici storici dei periodi 1960_1990 e 1970_2000 (MEDIO PERIODO) forniti on_line dal servizio WORLDCLIM e relativi al bacino idrografico del FIUME TEVERE.

Ciò ha permesso di definire un esempio seppur parziale che dimostra come i limiti caratteristici della RISPOSTA IDROLOGICA LOCALE migrino o ruotino nel tempo al variare delle cartteristiche pluviometriche di una data area del globo terrestre.

FIG_ 29 STAZIONI METEOROLOGICHE DI RIFERIMENTO E PRECIPITAZIONI MEDIE ANNUE in mm DURANTE IL PERIODO 1950 - 1990

L'analisi della soluzione grafica di sintesi riportata in FIG_29 mette in evidenza un calo generalizzato dei valori delle precipitazioni medie annue nella prozione di territorio compresa tra le stazioni meteo considerate durante il periodo 1950_1990.

FIUME TEVERE 

MIGRAZIONE_ROTAZIONE DEI LIMITI CON MORFOLOGIA COSTANTE

Si riporta di seguito un esempio parziale del processo di migrazione o rotazione dei limiti DRY e WETTED relativo al FIUME TEVERE il cui bacino è detto di grandi dimensioni. 

Il bacino è stato suddiviso in FASCE altimetriche di 250 metri di dislivello ad eccezione dell'ultima.

Si riportano le geometrie di evento relative al limite DRY per il periodo 1960_1990 ed il limite WETTED relativo allo stesso intervallo di tempo e si riportano, inoltre, le geometrie di evento dei limiti DRY e WETTED relative al periodo 1970_2000.

L'esempio è detto parziale in quanto gli intervalli temporali considerati ed elaborati in parte si sovrappongono, imoltre, l'esempio può dirsi azzardato, in quanto essendo il bacino di notevoli dimensioni gli aspetti climatici interni sono assai variabili e molto complessi. 

In questo esempio, in ultimo, la morfologia si suppone che sia rimasta tale nei 40 anni di tempo considerati e\o non sia variata eccessivamente.

Questo aspetto è messo in evidenza dall'andamento costante dei valori dell'estensione superficiale delle unità territoriali di riferimento considerate. 

FIG_30 LIMITI CARATTERISTICI  DEL PERIODO 1960_1990

FIG_31 LIMITI CARATTERISITCI DEL PERIODO 1970_2000

FIG_32 CONFRONTO TRA SOLUZIONI GRAFICHE DI SINTESI E VERIFICA DEL PROCESSO DI ROTAZIONE O MIGRAZIONE DEI LIMITI CON MANTENIMENTO DELLA MORFOLOGIA.