Analisi dell’elasticità climatica per i bacini appenninici dell’Emilia Romagna

L’argomento trattato in questo elaborato è l’elasticità climatica dei deflussi dei bacini appenninici dell’Emilia Romagna. Essa fornisce una misura della sensibilità dei deflussi alle variazioni degli afflussi meteorici. Il concetto di elasticità per valutare la sensibilità dei deflussi ai cambiamenti del clima fu introdotto per la prima volta nella letteratura idrologica da Shaake [1990]. La definizione teorica di elasticità climatica dei deflussi è data dalla formula (1). Essa si basa su un rapporto tra la variazione in termini relativi dei deflussi Q (e la corrispondente variazione relativa di una variabile climatica (ad esempio la precipitazione P, o variabili di interesse come l’evapotraspirazione potenziale ET, temperatura T, radiazione media).
La (1) non è di agevole applicazione nei calcoli ingegneristici perché presuppone la conoscenza di una relazione matematica derivabile che leghi in maniera biunivoca la variabile climatica al deflusso corrispondente. In realtà, il processo di trasformazione degli afflussi in deflussi per un dato bacino idrografico è un fenomeno molto complesso nel quale interagiscono numerosi fattori e vengono coinvolte una grande quantità di grandezze fisiche, che non può essere descritto da una semplice relazione matematica. Pertanto, nella pratica si ricorre a definizioni semplificate, di natura empirica che stimano l’elasticità idroclimatica di un bacino a partire dalle serie osservate di afflusso meteorico e deflusso alla scala temporale annuale, stagionale o mensile.
Gli obiettivi prefissati nella presente Tesi sono dunque:
- Raccogliere dagli annali idrologici pubblicati sia dell’ex SIMN (Servizio Idrografico e Mareografico Nazionale – periodo di riferimento 1925-1985) che dell’ARPA (periodo di riferimento 1990-2010) le serie annuali e mensili di altezze di precipitazione e corrispondente deflusso misurate dalle stazioni idrometriche poste su alcune sezioni dei corsi d’acqua dell’Emilia Romagna per un insieme di 30-40 bacini appenninici emiliano-romagnoli aventi (dimensioni variabili tra i 30 km2 e i 2000 km2). Le serie annuali devono essere più lunghe possibile e comprendere almeno una ventina di anni in modo tale che siano statisticamente consistenti.
- con questi dati, valutare l’elasticità climatica dei deflussi attraverso un metodo empirico (non parametrico) con tre distinte formulazioni;
- valutare l‘elasticità climatica attraverso il metodo convenzionale basato sulla definizione di elasticità parametrica e confrontare i risultati ottenuti con quelli del metodo empirico;
- identificare le caratteristiche di bacino più adatte a descrivere l’elasticità valutare analizzando se esistano dei legami di tipo statistico tra i descrittori di bacino come l’area, la quota media, la pendenza media, la struttura della rete di drenaggio e l’elasticità climatica valutata con il metodo empirico;
- verificare la possibile dipendenza dei valori empirici di elasticità dal periodo di osservazione e interpretarne le possibili motivazioni, sulla base di dati che coprono tutto il periodo 1925-2010 per una decina di bacini caratterizzati dalle maggiori lunghezze delle serie storiche. Per realizzare questa analisi è necessario ricercare un numero sufficientemente elevato di quelle stazioni (e quindi i relativi bacini) che possiedono misure di deflusso e afflusso per gli anni e del periodo 1925-1965 e del periodo 1990-2010.
Si sono così raccolte le serie storiche di portata e precipitazione annuale e mensile per 31 bacini in riferimento agli annali ex SIMN e per 50 bacini in riferimento agli annali ARPA. Si sono trovate 12 stazioni le cui misure di altezza di pioggia e deflusso ricoprono i due periodi di riferimento.
I risultati più rilevanti dell’indagine mostrano che:
- l’elasticità climatica media annuale dei bacini appenninici Emiliani Romagnoli si attesta intorno a 1,5, il che significa che ad un aumento del 20% delle precipitazioni da un anno all’altro corrisponde una variazione del deflussi pari a circa il 30%;