movimento di una piccola goccia d'acqua. Galileo Galilei. Salvatore Manfreda,.
Mauro Fiorentino,. Vito Iacobellis, Appunti di Idrologia Superficiale ...
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Salvatore Manfreda Vito Iacobellis Mauro Fiorentino
APPUNTI DI
IDROLOGIA SUPERFICIALE
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978-88–548–3203–9
I diritti di traduzione, di memorizzazione elettronica, di riproduzione e di adattamento anche parziale, con qualsiasi mezzo, sono riservati per tutti i Paesi. Non sono assolutamente consentite le fotocopie senza il permesso scritto dell’Editore. I edizione: maggio 2010
a Giusi – SM a Cristina – VI a Maria Rosaria – MF
di Salvatore Manfreda
Io potrei predire il moto dei corpi celesti, ma non potrei dire nulla sul movimento di una piccola goccia d’acqua. Galileo Galilei
Salvatore Manfreda, Mauro Fiorentino, Vito Iacobellis, Appunti di Idrologia Superficiale
Indice
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Prefazione
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Introduzione
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Capitolo I Il dato idrologico 1.1. La gestione della rete di monitoraggio, 17 – 1.2. Le informazioni storiche, 19 – 1.3. La pluviometria, 19 – 1.4. Stima indiretta della temperatura locale, 22 – 1.5. Approccio semplificato alla classificazione climatica, 26 – 1.6. I fiumi italiani, 30.
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Capitolo II Proprietà idrauliche dei suoli 2.1. Potenziale dell’acqua nel suolo, 33 – 2.2. Il contenuto d’acqua nel suolo, 36 – 2.3. La capacità idrica di campo, 39 – 2.4. Il concetto di acqua disponibile, 42 – 2.5. Caratterizzazione dei suoli, 46 – 2.6. Proprietà idrauliche dei suoli: funzione di ritenzione idrica e modelli parametrici di stima, 50 – 2.7. Misure del contenuto d’acqua del suolo, 54 – 2.8. Il database europeo sui suoli (HYPRES), 58.
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Capitolo III Il bilancio idrologico: interazione acqua-suolo 3.1. Aspetti generali sul processo di formazione del deflusso superficiale, 61 – 3.2. Modelli analitici di infiltrazione: il modello di Richards, 64 – 3.3.
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Indice Modelli di infiltrazione semplificati ed empirici, 68 – 3.3.1. Il modello di Horton, 69 – 3.3.2. Il modello di Philip, 70 – 3.3.3. L’infiltrazione reale e la generazione del deflusso superficiale, 72 – 3.3.4. Un metodo empirico basato sul coefficiente di deflusso, 78 – 3.3.5. Il metodo del Curve Number, 80 – 3.4. Schematizzazione del bilancio idrico del suolo alla scala puntuale, 86.
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Capitolo IV Evapotraspirazione 4.1 Caratteristiche generali del processo di evapotraspirazione, 89 – 4.2. Stima dell'evapotraspirazione potenziale, 91 – 4.3. Modello di Thornthwaite, 93 - 4.4. Metodo di Blaney-Criddle, 95 – 4.5. Metodo Penman, 96 – 4.6. Metodo Penman-Monteith modificato dalla FAO, 97 – 4.7. La scelta del metodo per il calcolo dell’evapotraspirazione potenziale, 99 – 3.8. Stima dell'evapotraspirazione massima delle colture, 100.
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Capitolo V Formazione dei deflussi in alveo 5.1. Descrizione del fenomeno di formazione dei deflussi, 103 – 5.2. Il deflusso superficiale, 106 – 5.3. Le componenti dell’idrogramma di piena, 108 – 5.4. Descrizione dell’idrogramma di piena, 109 – 5.5. Filtro fisicamente basato per la separazione del deflusso di base, 111 – 5.5.1. Stima della costante di esaurimento, 115 – 5.5.2. Stima dei coefficienti di ruscellamento superficiale, evapo-traspirazione e ricarica della falda, 117 – 5.6. I modelli di trasformazione afflussi-deflussi, 122 – 5.6.1. L’idrogramma unitario istantaneo, 123 – 5.6.2. Alcuni esempi di modelli concettuali dell’IUH, 126 – 5.6.3. Calcolo delle portate mediante discretizzazione dell’integrale di convoluzione, 126.
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Capitolo VI I Sistemi Informativi Geografici a supporto dell’idrologia 6.1. I GIS, 131– 6.2. Modelli digitali del terreno, 132 – 6.3. Modelli utilizzati per descrivere la topografia del terreno, 133, – 6.4. Possibilità applicative dei GIS, 136 – 6.5. Le applicazioni idrologiche, 136 – 6.6. Individuazione del bacino idrografico mediante ArcView, 139 – 6.7. Open Source, 142 – 6.8. GRASS GIS, 143 – 6.8.1. GRASS GIS per l'idrologia, 144.
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Bibliografia
163 Appendice: Dati idrologici relativi ai principali bacini italiani
Prefazione
Il presente lavoro nasce dal desiderio di documentare una parte dell’attività didattica svolta all’interno dei corsi di idrologia e risorse idriche delle Facoltà di Ingegneria dell’Università degli Studi della Basilicata e del Politecnico di Bari. Il testo propone un’introduzione alle nozioni e agli elementi di base della materia trattata, offrendo spunti di approfondimento scientifico sulle interazioni acqua-suolo, senza tralasciare le esigenze di carattere tecnico-pratico del lettore. Per tale motivo, accanto a contenuti di carattere generale sul tema dell’idrologia superficiale, sono riportate informazioni utili alla caratterizzazione idrologica di bacini idrografici riferibili a differenti contesti climatici e territoriali. In tale ottica, si forniscono una serie di elementi, dati e riferimenti a studi, attualmente disponibili, relativi a numerosi corsi d’acqua italiani. Sono riportate informazioni concernenti le portate, oltre che temperature e precipitazioni medie di riferimento per numerose stazioni di misura distribuite sul territorio nazionale. Nella parte finale del testo, sono forniti alcuni elementi per lo studio idrologico dei bacini idrografici condotto con l’ausilio di un sistema informativo geografico (GIS). Tale strumento consente di gestire una gran mole di dati spazialmente distribuiti, particolarmente utili per lo studio di problematiche di carattere ambientale tipicamente caratterizzate da elevata eterogeneità spaziale e da numerose componenti tra loro interagenti. I GIS sono ormai entrati prepotentemente nella pratica tecnica dell’ingegneria ambientale, consentendo di analizzare le caratteristiche generali dei bacini idrografici come limiti di bacino, area di drenaggio, forma ed organizzazione del reticolo idrografico etc…
Introduzione
L’acqua, per la sua abbondanza, fu ritenuta dagli antichi filosofi uno dei quattro elementi costitutivi dell’Universo insieme con fuoco, aria e terra. Svolge una funzione essenziale per la vita essendo un elemento fondamentale di tutti gli organismi viventi. Il nostro pianeta è coperto per quasi 3/4 della sua superficie da acqua sotto varie forme. Le risorse idriche del nostro pianeta, secondo le stime fatte dal Servizio Idrogeologico U.S.A., ammontano a 1.4 miliardi di Km3 complessivi così ripartite: 94% circa sono contenute negli oceani; 2% nelle calotte polari; 4% nel sottosuolo; 0.13-0.14% in fiumi, laghi, paludi, atmosfera e biosfera. Le acque dolci sono una frazione minima della risorsa idrica totale corrispondente a circa due milioni di Km3. Solo una parte del patrimonio idrico dei continenti è adatto all’uso idropotabile e costituisce un bene di prima necessità la cui disponibilità continua a diminuire e la cui qualità tende a degradare in conseguenza del crescente inquinamento ambientale. Per contro, la richiesta di acqua, potabile e non, è in continuo aumento a causa dello sviluppo demografico e industriale: il problema sta assumendo a scala mondiale i contorni di una vera e propria emergenza. Il reperimento delle fonti e l’approvvigionamento dell’acqua diventano, nella nostra epoca, compiti sempre più difficili raggiungendo situazioni drammatiche causate da numerosi fattori quali: i) la diminuzione delle acque utilizzabili per effetto dell’inquinamento ambientale; ii) l’aumento dei consumi individuali dovuti al crescente tenore di vita delle popolazioni ed allo sviluppo industriale (acque per il raffreddamento delle macchine e per lo svolgimento dei processi); iii) l’aumento della popolazione e della concen-
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Introduzione
trazione di aree ad elevata densità abitativa nei grandi centri urbani; iv) l’aumento dei fabbisogni dell’agricoltura che, sulla spinta di leggi di mercato troppo spesso estranee all’uso razionale della risorsa idrica, ricorre all’irrigazione non solo per il supporto alle ricorrenti crisi idriche ma anche per lo sviluppo di colture idroesigenti più remunerative. In paesi come l’Italia, l’allocazione delle risorse idriche è fortemente sbilanciata verso il settore agricolo, con il 70% dei consumi di acqua dolce, mentre il 22% riguarda l’industria e il restante 8% è utilizzato per usi domestici. Le risorse idriche naturali sono distribuite sul territorio in maniera molto eterogenea. Tale eterogeneità è acuita dalla variabilità dei processi che ne controllano le dinamiche temporali, per cui a fronte di una domanda crescente e di una ridotta disponibilità, il tema della gestione di detta risorsa risulta cruciale per gli anni a venire. Se ai citati fattori antropici si aggiungono le proiezioni fornite dai modelli climatici che dipingono scenari caratterizzati da significative riduzioni delle precipitazioni medie di lungo periodo ed incrementi delle temperature (specie quelle estreme), inevitabilmente si avranno ripercussioni sui termini del bilancio idrologico e, non ultimo, il deflusso superficiale. Si evidenzia così la necessità di definire strumenti per la descrizione dei processi coinvolti nella generazione dei deflussi superficiali che da un lato possono servire per ottimizzare la gestione della risorsa e dall’altro sono necessari per la previsione dei valori estremi. Le piene rappresentano, infatti, la seconda faccia della medaglia, per cui la disponibilità di modelli di calcolo per la valutazione del deflusso superficiale risultano fondamentali nei problemi di previsione di medio-lungo periodo nonché per la previsione in tempo reale. Il testo, che non mira ad essere esaustivo della materia, si limita ad affrontare la descrizione dei processi fisici di interazione acqua-suolo che contribuiscono alla formazione del ruscellamento, lasciando l’approfondimento delle componenti aleatorie che influenzano la previsione delle piene a successive iniziative di natura editoriale.
Capitolo I
Il dato idrologico
1.1. La gestione della rete di monitoraggio In Italia, le attività di rilevamento, validazione, archiviazione e pubblicazione delle grandezze meteoclimatiche sono state gestite, per quasi un secolo, dal Servizio Idrografico e Mareografico Nazionale (SIMN). Il sistema di rilevazione sistematica dei dati idrologici nacque in Italia all’inizio del XX secolo con l’istituzione dell’Ufficio Idrografico del Magistrato delle acque di Venezia nel 1907 e dell’Ufficio Idrografico del Po nel 1912. Nel 1917, furono creati gli altri Uffici Compartimentali (si veda Figura 1) come sezioni autonome del Genio Civile e nel 1919 un Ufficio Idrografico centrale. Nel 1970 gli Uffici Compartimentali delle regioni a statuto speciale furono trasferiti alle Regioni. Successivamente, il Servizio Idrografico venne trasferito dal Ministero dei Lavori Pubblici alla Presidenza del Consiglio all’interno del Dipartimento dei Servizi Tecnici Nazionali nel 1991. Tale trasferimento sembrava rispondere al mutato ruolo del Servizio Idrografico che da struttura di supporto nella rilevazione di dati finalizzati alla progettazione di opere pubbliche (da cui la collocazione nel Ministero dei Lavori Pubblici) diventava un servizio tecnico a supporto di vari settori (dall’ambiente, ai lavori pubblici, alla protezione civile, ecc.) da cui la collocazione nella Presidenza del Consiglio.
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Capitolo I
Dopo poco più di un decennio dal suo trasferimento nella Presidenza del Consiglio, il Servizio Idrografico Nazionale fu smantellato in quanto nel 2002 la competenza, in conseguenza del decentramento amministrativo introdotto con la legge 59/97 ed il D.L.vo 112/98, passò alle Regioni e come struttura nazionale rimase solo un servizio dell’Agenzia per la protezione dell’Ambiente (APAT- oggi ISPRA) incaricato di raccordare a livello nazionale le attività dei servizi regionali. Il trasferimento alle Regioni, che era già avvenuto nel 1970 per le regioni a statuto speciale, ha creato realtà notevolmente diverse sia nell’individuazione delle strutture regionali incaricate di gestire il servizio idrografico, sia nei livelli di efficienza del servizio stesso. L’attività di coordinamento da parte dell’ISPRA, non essendo sancita in maniera chiara dalla legge, non ha avuto modo di tradursi in maniera operativa, per cui oggi, esistono realtà notevolmente diverse nelle varie Regioni.
Figura 1. Schema riassuntivo degli uffici compartimentali del Servizio idrografico e mareografico nazionale (SIMN).
Il dato idrologico
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1.2. Le informazioni storiche La stragrande maggioranza delle informazioni idrologiche oggi utilizzate per descrivere il comportamento dei fiumi italiani è limitata alle attività di monitoraggio del SIMN. Un recente progetto dell’ISPRA (denominato Annali) ha portato alla riorganizzazione di dette informazioni che sono oggi disponibili via web attraverso il sito: http://www.apat.gov.it/site/it-IT/Progetti/Progetto_Annali/. Il progetto Annali ha consentito la informatizzazione di tutti i dati pubblicati sugli Annali Idrologici dal 1921 ad oggi al fine di realizzare una base dati nazionale. Ciascun Annale Idrologico contiene i dati relativi ad un anno ed al territorio di competenza dell’Ufficio Compartimentale del Servizio Idrografico Nazionale che ne ha curato la predisposizione e la stampa. Gli Annali Idrologici dal 1950 e per la maggior parte degli anni precedenti, sono suddivisi in due parti: Parte I relativa alla termometria e pluviometria; Parte II contenente misurazioni relative agli afflussi meteorici, idrometria, portate e bilanci idrologici, freatimetria, trasporto torbido, studi riferiti ad eventi di carattere eccezionale, mareografia.
1.3. La Pluviometria Lo studio delle precipitazioni è di fondamentale importanza per i progetti di ingegneria idraulica in quanto da esse dipendono le disponibilità idriche superficiali e sotterranee oltre che le portate di piena e di magra. Con il termine di precipitazione si indica l’afflusso meteorico sia sotto forma liquida (pioggia) sia solida (neve, grandine). Le misure di precipitazione sono generalmente espresse in termini di altezze di pioggia misurate mediante pluviometri tradizionali o pluviografi. Le precipitazioni nevose, invece, si misurano in termini di altezze del manto nevoso oppure nel loro equivalente in acqua attraverso il ricorso a sistemi di riscaldamento che liquefanno il contributo nevoso. Questi sistemi sono posti in associazione a stazioni pluviometriche nelle zone d’alta quota.
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Capitolo I
Il pluviometro tradizionale è costituito da un imbuto che intercetta l’acqua meteorica e la fa defluire in un recipiente. La quantità d’acqua raccolta in tale recipiente viene giornalmente (convenzionalmente alle ore 9 del mattino) misurata da un operatore che riporta tale misura in mm (al giorno) su un apposito registro. Le misure riportate giornalmente nei registri dei vari operatori addetti ai pluviometri vengono poi trascritte negli Annali Idrologici per tutte le stazioni. La minima quantità di precipitazione che viene riportata è pari a 0.2 mm, e le misure riportate sono sempre multipli di 0.2 mm. I pluviografi tradizionali di contro sono costituiti da un imbuto che fa defluire l’acqua meteorica su una doppia vaschetta basculante, fatta in modo tale che ogni 0.2 mm di precipitazione compie una rotazione attorno al proprio asse. Ogni movimento di basculamento viene trasmesso attraverso un meccanismo ad un pennino che riporta su una striscia di carta l’avvenuto movimento (si veda esempio riportato in Figura 2). Poiché la striscia di carta è applicata su un tamburo rotante a velocità costante (compie una rotazione completa in una settimana) si ha anche traccia del tempo in cui avvengono i basculamenti. Il pluviografo perciò non richiede la lettura giornaliera da parte dell’operatore, ma solo la sostituzione settimanale della striscia pluviografica. La lettura del tracciato (pluviogramma) viene successivamente fatta dai tecnici del Servizio Idrografico. I pluviografi più utilizzati sono: Pluviografo a bascula, Pluviografo a sifone (o a galleggiante).
Figura 2. Esempio di registrazione effettuata da un pluviografo (Stazione Pluviometrica di Lauria Inferiore – 18-25 dicembre 1995). Con i pluviografi è possibile ottenere un’informazione più dettagliata sull’andamento temporale della precipitazione. Questi strumenti
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sono dotati di un sistema di svuotamento automatico e di un supporto di registrazione che attualmente sono prevalentemente di tipo magnetico. I pluviografi di tipo tradizionale vengono progressivamente sostituiti da sistemi di memorizzazione digitale del dato e di trasmissione a distanza dei dati registrati in tempo reale. La rete pluviometrica gestita dal SIMN comprendeva più di 2400 stazioni pluviometriche che hanno consentito di caratterizzare le disponibilità idriche sul territorio nazionale e di pianificare la realizzazione di grandi opere strategiche come gli invasi artificiali.
NORD: 1120 mm/anno CENTRO: 980 mm/anno SUD: 949 mm/anno ISOLE: 750 mm/anno
Figura 3. Mappa delle precipitazione medie annuali in Italia stimate con riferimento al periodo 1921-1950. La distribuzione delle piogge medie annuali mostra una forte correlazione con la struttura morfologica del territorio ed una elevata eterogeneità spaziale con picchi di pioggia che superano i 2000mm/anno e numerose aree con piovosità inferiore ai 600mm/anno (si veda Figura
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Capitolo I
3). Generalmente si assiste ad una riduzione della piovosità con il diminuire della quota media. Alla luce delle caratteristiche pluviometriche del territorio nazionale risultano chiaramente individuabili le regioni con maggiore criticità in termini di disponibilità idrica: Sicilia, Puglia e Sardegna.
1.4. Stima indiretta della temperatura locale La temperatura dell’aria è, con la precipitazione, l’elemento con maggiore influenza nel determinare la natura di un clima. Essa dipende dal bilancio energetico netto tra i flussi di calore provenienti dagli strati atmosferici superiori (radiazione solare globale, controradiazione, flussi turbolenti per azione del vento) e quelli provenienti dal suolo (radiazione terrestre, radiazione solare riflessa, moti convettivi). Anche l’evaporazione e la condensazione all’interno del volume di aria contribuiscono a far variare lo stato termico dell’aria. Tali flussi di calore sono fortemente influenzati da numerosi fattori locali, quali la durata del soleggiamento, l’inclinazione del terreno rispetto ai raggi solari, l’orientamento del suolo rispetto alla direzione di provenienza della radiazione solare, il valore dell’albedo, l’altitudine del luogo, la latitudine. A causa dell’influenza di tali fattori locali, di carattere astronomico e geografico, la temperatura manifesta una forte variabilità spaziale anche nel raggio di poche centinaia di metri. I fattori che a più grande scala influenzano la distribuzione della temperatura nelle diverse regioni sono la posizione geografica e, a parità di latitudine, la posizione dei mari e dei continenti. In Figura 4 viene proposta una mappa delle temperature medie annuali stimate sulla base dei dati SIMN sul territorio nazionale, un estratto di detti dati è riportato in Tabella 1.
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Figura 4. Mappa delle temperature medie annuali stimate sul periodo 1961-1990. In particolare, è possibile ricostruire una serie storica mensile delle temperature medie mensili locali. La loro valutazione può ottenersi analizzando il regime termometrico di un determinato sito, partendo dalle osservazioni disponibili. A tal fine devono essere individuate le stazioni termometriche più rappresentative per caratterizzare l’andamento della temperatura dell’area in esame in ragione della sua localizzazione, quota e lunghezza delle serie storiche disponibili.
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Capitolo I
Città Ancona Aosta Bari Bologna Bolzano Cagliari Catania Catanzaro Firenze Foggia Genova L’Aquila Livorno Milano Napoli Palermo Perugia Pescara Potenza Roma Sanremo S.M.Leuca Sassari Siena Sondrio Torino Trento Trieste Venezia
min max min max min max min max min max min max min max min max min max min max min max min max min max min max min max min max min max min max min max min max min max min max min max min max min max min max min max min max min max
GEN 2.8 7.9 ‐2.4 5.1 5 11.5 ‐1.6 4.6 ‐4.1 4.3 6 14.3 5.6 14.5 5.5 12 1.8 8 3 11 5.4 10.1 ‐2 4.7 5.2 11.4 ‐1.7 4 5.8 12.1 7.5 15 2 7 2.5 9.7 0.5 5.6 2.7 11.8 6 11.8 7 12.2 5.4 11.1 1.5 7.2 ‐3.5 5.8 ‐3 3.4 ‐2.2 4 2.8 6.4 0.8 6.1
FEB 4 10 ‐1.7 7.2 5.4 13.1 1 8 ‐1.7 8.5 6.5 14.8 6.5 15.6 6 11.5 2.8 11.4 3.6 12.5 6.2 12 ‐0.4 7.3 6.5 12.2 ‐0.5 8.4 6.5 13 8.5 16.2 2.6 9 3 11.4 1.5 7.5 3.5 13 6.5 12.4 7.4 13 5.7 12 2.2 9.3 ‐1.5 9.5 ‐1 7.4 ‐0.6 8 3.2 7.9 1.9 8
MAR 7.1 12.9 1.4 11 7 15 5 13.6 3.6 12.6 8.3 16.8 7.6 17 6.6 13.2 5.2 15.1 5.1 17 8.6 14.5 2.4 11.7 7.8 14.5 4 14 8.5 15.6 9.6 18 4.2 12.5 5 14 3 10 5 15.2 8 14.2 8.2 14.6 7.5 15 5 13.1 2.5 14.6 4 12.4 3.7 13 6.2 12 5.4 12.1
APR 10.6 17 5.3 16.9 9.2 17 8.4 18.1 7.8 18.5 10 18.9 10 19.3 9 16.5 8.3 19.7 8.4 19.8 12 17.1 5.4 15.3 10.5 17.6 8.3 18.5 11 18.8 11.5 20.5 7.4 16.5 8 17 5.5 14 7.5 18.1 10.7 18.2 11 17.8 10 19 8 17 6.6 19.3 8.4 17 7.4 17.5 10.4 17 9.7 17.2
MAG 14.4 21 8.7 19.4 13 21.5 12.6 21.8 11 22 13 22 13.4 23 12.4 20.3 12 23.4 12.2 25 15 20.6 8.4 18.8 14 21.2 12 22.6 14.2 21 14.5 23.6 10.5 20.3 12.1 21.9 10 18.5 11.1 22.9 13.9 20.2 14.4 22.1 13 23.1 11.1 21 10.2 22.1 12.2 20 10.9 21 14.4 21.2 13.6 21.2
GIU 18.4 25.6 12.2 22.9 16.8 25.6 15 27.2 14.5 26.7 16 27.5 15.9 27.9 16.5 23.3 14.6 27.5 16.4 29.5 18.8 25.2 12.4 23.5 17.7 24.5 16.3 28 16.5 25.5 18 28 14.6 25.4 15.5 25.8 13.5 23 14.7 27 17 24 18 26.8 16.4 26.4 15.2 26.5 13.3 25.3 16.2 25.1 15.5 26 18 25 17.5 25.2
LUG 21 28.3 13 25 19 29.6 20 30.3 16 29.1 18.6 30.3 18.8 30.8 19.4 28.2 17.8 32 19.8 32 21.1 27.9 14.5 27.4 19.7 28.2 18.6 31 20 29.1 21 30.8 17.9 29 18 28.7 16 27 17.4 30.4 20 27.1 21.4 29.8 19.4 29 18 30 15.4 28.7 19.1 27.2 17 28.7 20.5 28.4 19.8 28.1
AGO 20 28 13.3 24.6 19 29.7 17.5 30.1 15.8 28 18.6 30 18.8 31 19.4 28.9 16.5 31.2 21 32 21.1 28 14 26.4 20 28.3 18 29.5 19.8 30 21.5 31 17.8 28.1 17.6 28.8 16 27 17.5 30.3 19.4 27 19.4 29.9 19.5 29.3 18 29.8 15 27.1 18.1 27 16.4 28.1 20 27.5 19 27.6
SET 18.6 24.7 10.5 21 17.2 26 16.8 25 12 24 18 27.5 17 28.5 17.5 26.8 15 27.4 16.5 28.8 19 25.7 12.3 23 18.2 25.7 14.8 25 18.3 26 19 28.4 14.6 24.6 15.5 26 13 23 14.8 26.8 17.9 25 18.9 26.8 17 26 15.3 25.5 12.3 24.1 14.5 23 14 24.5 17.6 24.1 16.5 23.6
OTT 13 19 6.3 15.2 13 22 11 18.4 7.8 17.6 14.5 23.5 14 24 13.5 20.9 10.5 20.4 13 22 14.8 20.6 8 17.1 14.2 21 10 17.6 13.5 21.6 15.5 24.6 10.3 18 11.5 20.5 8.5 16.8 10.8 21.8 14.2 20.5 15 21.4 14 21.8 10.7 19 7.2 18 9.7 16.5 8.6 17 12.6 18 11.2 18
NOV 8.2 13 2 9.9 9.5 17.8 6.4 11.5 3 10.8 10.2 19.1 10 19.5 10 15.9 6.2 14.2 8 16.5 10 15.6 3.2 10.8 10.5 16 4.5 10.8 10 16.5 11.5 21 6.5 12.5 7.2 15.5 5 11.5 6.8 16.3 10.2 16 11.5 17 10 16.8 6.3 13 1.9 12 3 9.5 4 10 8 12 6.1 12.2
DIC 5.4 9 ‐1.1 5.9 6.5 13 0.7 5.5 ‐1.5 5.5 7.5 15.5 7.5 16.2 7 12.9 3 9.8 5 13 6.8 11.5 0.2 6.4 6.5 11.8 0 5.2 7 12.2 9 16 2.5 8 4 12 2.4 8 3.9 12.6 7.7 13.1 8.5 13.7 6.5 12.8 3 8.5 ‐2 6.6 ‐2 4.8 ‐0.3 4.6 5 8.3 2.4 7.2
media annuale 15.00 10.48 15.93 13.62 12.16 16.98 17.18 15.55 14.74 16.30 16.15 11.28 15.97 13.29 16.35 18.34 13.41 14.63 11.95 15.08 15.88 16.91 16.11 13.93 12.10 12.19 12.37 14.44 13.77
Tabella 1. Valori misurati della temperatura media mensile minima e massima registrata in trenta stazioni termometriche distribuite sul territorio nazionale.
Il dato idrologico
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In Figura 5 sono rappresentati a titolo di esempio i regimi termometrici di tre stazioni del bacino del fiume Agri (Basilicata). 2,0 1,8 1,6 1,4
ti/T
1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 mese 0,0
G
F
M
A
M
G
L
A
S
O
N
D
Moliterno
0,313
0,398
0,548
0,843
1,179
1,487
1,685
1,761
1,461
1,068
0,787
0,436
Stigliano
0,284
0,372
0,522
0,831
1,203
1,525
1,725
1,803
1,456
1,058
0,771
0,415
Teana
0,327
0,399
0,550
0,823
1,184
1,490
1,693
1,774
1,440
1,060
0,776
0,449
AGRI
0,308
0,390
0,540
0,832
1,188
1,500
1,701
1,779
1,452
1,062
0,778
0,433
Figura 5. Regime termometrico del bacino dell’Agri in Basilicata (periodi 1959/1964 e 1966/1972). Nel 2001, Claps e Sileo hanno elaborato un modello per la valutazione delle temperature medie mensili, dedotto da un’analisi statistica sui dati di temperatura rilevati in Italia meridionale, puntando alla caratterizzazione del regime termometrico, allo scopo di stabilire la temperatura media annua e mensile di un luogo a partire dalla conoscenza della quota e della latitudine. Il modello, proposto con lo scopo di fornire informazioni qualitative e omogenee a scala regionale, si basa sulla seguente relazione per definire la temperatura media annua:
T = 29.9755 − (0.0057 ⋅ z ) − (0.3209 ⋅ lat )
(1)
in cui: T = temperatura media annua in °C; z = quota locale in m s.l.m.; lat = latitudine, in gradi sessagesimali. Valutata la temperatura media annua, il modello prevede, inoltre, la stima della temperatura media mensile, secondo la relazione:
26
Capitolo I
Tmi = Tma ⋅ f (t )
(2)
⎛ 2π ⎞ ⎛ 2π ⎞ f (t ) = 1 + B ⋅ cos⎜ ⋅ t ⎟ + C ⋅ sen ⎜ ⋅t⎟ ⎝ τ ⎠ ⎝ τ ⎠
(3)
C = −0.0002 ⋅ z − 0.3065
(4)
B = 1.0455 ⋅ C − 0.0351
(5)
dove:
ed infine t=[1,12] rappresenta il mese di riferimento e τ=12. Per ulteriori approfondimenti sul tema si rimanda alla pubblicazione di Claps et al. (2007) in cui tale approccio viene esteso all’intero territorio italiano.
1.5. Approccio semplificato alla classificazione climatica Un’analisi ambientale volta all’inquadramento climatico di un determinato territorio prevede la conoscenza degli aspetti meteorologici principali. In quest’ottica, molti studiosi si sono cimentati nell’inquadramento del territorio in classi di clima procedendo ad un’elaborazione dei dati elementari acquisiti ed ottenendo degli indicatori noti come Indici Climatici Sintetici. In genere, tali indici non risultano avere valore assoluto, mentre mantengono un sicuro significato quando sono adoperati in termini relativi. E’ possibile ottenere una classificazione delle condizioni climatiche prendendo come base un fattore limitante, che secondo la definizione dei geobotanici è un “fattore ecologico sfavorevole, il quale al di là di un certo valore critico si comporta come se fosse il solo regolatore della vita vegetale”. Un fattore limitante per la vegetazione, fra i più tipici, è rappresentato dalle condizioni di aridità ovvero dalla disponibilità di risorsa idrica di un sito. La quantità delle precipitazioni, la temperatura e l'entità dell'evaporazione rappresentano parametri indispensabili da conoscere al fine di
Il dato idrologico
27
valutare il grado di aridità (si veda a tal proposito la sezione riguardante il bilancio idrico al suolo). Una certa quantità di precipitazioni, infatti, non determina di per sé condizioni di aridità se non è accompagnata da un elevato flusso evapotraspirativo. I metodi adottati per affrontare il problema dell’aridità in un luogo variano in relazione al particolare punto di vista da cui esso è inquadrato, ciò spiega l’esistenza di un notevole numero di definizioni. Le variabili generalmente utilizzate singolarmente o combinate sono: precipitazione, temperatura, evaporazione dell’acqua libera, traspirazione delle piante, radiazione solare. La maggior parte degli studiosi ha cercato di esprimere l’aridità utilizzando formule più o meno complesse nelle quali compaia sempre il rapporto tra disponibilità di risorsa idrica (precipitazioni) e disponibilità energetica (radiazione solare, temperatura, evapotraspirazione potenziale). Generalmente quando si applicano queste formule alle medie mensili della temperatura e della piovosità, si tende ad accertare l'esistenza o l'assenza di un periodo arido nel corso dell'anno, mentre nei casi in cui tali formule vengano applicate alle medie annue si cerca di esprimere sinteticamente il grado di aridità o di umidità delle località studiate. In entrambi i casi, l’obiettivo finale punta all’individuazione di tipologie climatiche in funzione del grado di aridità (Pinna, 1977). Un’espressione di questo tipo facilmente utilizzabile è quella proposta da Lang (1915), che mise in relazione la piovosità media annuale con la temperatura media annuale e stabilì un rapporto definito Pluviofattore: IP =
P T
(6)
dove: P = precipitazione media annua, in mm; T = temperatura media annuale, in °C. Sulla base del Pluviofattore di Lang è possibile individuare 5 classi climatiche riportate in Tabella 2. Ad ogni modo, il Pluviofattore di Lang presenta un difetto che consiste nel fatto che i suoi risultati non sono univoci, infatti, due stazioni hanno indice uguale anche se in una
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Capitolo I
di loro i valori medi annui della T e della P risultano esattamente dimezzati rispetto ai valori corrispondenti dell’altra località. La facilità di calcolo ed il facile reperimento di dati meteorologici utilizzati, ha favorito un uso vario ed improprio dell’indice di Lang cui è stato alla fine attribuito un significato bioclimatico. Regione Climatica Regioni aride Regioni subtropicali e tropicali Regioni temperate Regioni di steppa Regioni temperate fredde
Valori dell'Indice P/T
