Proposta di una nuova metodologia su base fenologica per la valutazione del bilancio idrogeologico giornaliero di bacino: calibrazione e validazione del modello attraverso misure sperimentali nel medio e alto bacino del Fiume Metauro

Il lavoro di ricerca e applicativo svolto durante il dottorato è stato mirato alla ideazione, allo sviluppo, alla calibrazione e alla validazione di un modello che consentisse di calcolare, a scala temporale giornaliera, il bilancio idrogeologico a livello di bacino con una maggior accuratezza rispetto a quella che si riesce a raggiungere con gli attuali modelli. A tal fine si è estesa a livello di bacino la procedura correntemente utilizzata in agricoltura per il dosaggio dell’acqua di irrigazione, procedura che impiega dei coefficienti colturali (Kc) per correggere la evapotraspirazione potenziale stimata con l’equazione di Penman Monteith; in particolare si è calcolato un coefficiente colturale unico giornaliero di bacino che è la media pesata di tutti i coefficienti colturali delle varie classi di uso del suolo, coefficienti che variano durante l’anno secondo le fasi fenologiche delle colture (iniziale, sviluppo, intermedia, finale). Il quaderno FAO n°56 (Allen et al., 1998) è stato la fonte primaria dei valori dei Kc e delle durate delle fasi fenologiche ma si è resa necessaria un’attività di ricerca per trovare i rispettivi valori per le aree non agricole. Il modello ha previsto un’ulteriore correzione della evapotraspirazione potenziale che tenesse conto della superficie reale del territorio attraverso il coefficiente di acclività (pari al rapporto tra superficie reale e proiettata); anche i valori di precipitazione sono stati corretti ma mediante l’inverso del coefficiente d’acclività; il calcolo del runoff è stato ottenuto mediante il metodo del curve number (USDA, 1972) adattato per la modellazione in continuo (Williams, 2000); infine è stato realizzato un bilancio idrico del suolo che ha consentito attraverso vari parametri di stimare a scala giornaliera le 3 incognite del bilancio, ovvero la evapotraspirazione reale, la variazione della riserva idrica, la percolazione profonda. In particolare la percolazione profonda (DP, deep percolation) è stato il parametro che ha consentito di calibrare e validare il modello poiché è stato confrontato a livello di trend e di valori con il deflusso di base del corso d’acqua del bacino, misurato settimanalmente alla chiusura del bacino mediante misure di portata per tutti gli anni in cui si è calcolato il bilancio (anni 2013, 2014, 2015 e 2016). Contemporaneamente sono state effettuate misure settimanali di livello piezometrico in quattro pozzi e l’andamento mediato dei quattro è stato altresì confrontato con la DP. Il territorio oggetto di indagine è stato il bacino del Fosso Santa Maria degli Angeli, piccolo bacino di circa 14 km2 posto a sud di Urbino, centro-Italia. I dati confermano la bontà del modello poiché i valori pluriennali di DP e deflusso differiscono appena del 10%; a scala temporale annuale c’è accordo tra i trends di DP, deflusso di base e falde acquifere, sia nelle fasi di salita che di discesa; in particolare il ritardo nella risalita del deflusso di base rispetto alla DP individua il tempo necessario all’acqua per effettuare il percorso ipogeo fino alla sezione di chiusura del bacino. Il modello ha poi consentito di ben caratterizzare le dinamiche idriche all’interno del suolo tramite il parametro della variazione della riserva idrica (∆R). Sono state inoltre effettuate misure di portata alla sezione di chiusura del bacino del fiume medio-alto Metauro, di cui il Santa Maria degli Angeli è sottobacino in sinistra idrografica, allo scopo di applicare il modello a un bacino di estensione maggiore. Ai fini del bilancio il lavoro ha anche previsto la realizzazione di carte di uso del suolo per gli anni di indagine, nonché due relative agli anni 1955 e 1997 al fine di studiare le variazioni di uso del suolo nel bacino. Il bilancio idrogeologico giornaliero su base fenologica è adatto per studi qualitativi e quantitativi delle risorse idriche a livello di bacino o di altra delimitazione territoriale e può essere ulteriormente migliorato attraverso una migliore definizione dei valori dei Kc e delle durate delle fasi fenologiche, l’utilizzo del double crop coefficient in luogo del single crop coefficient e una esatta attribuzione della tipologia di conduzione alle aree agricole (che è il dato che varia di anno in anno tra le superfici delle classi di uso del suolo)