Calcolo dell’evapotraspirazione reale e dell’eccedenza idrica

Ai fini del calcolo dell‟eccedenza idrica W relativo al territorio dell‟acquifero della Piana è stato preliminarmente effettuato il calcolo dell‟evapotraspirazione reale Etr.

Con il termine evapotraspirazione reale (Etr) si intende la quantità d'acqua realmente restituita all'atmosfera sotto forma di vapore, sia per evaporazione diretta che per traspirazione delle piante, in funzione delle reali disponibilità idriche del terreno.

La valutazione dell'evapotraspirazione reale è stata effettuata utilizzando la metodologia proposta da Thornthwaite & Mather (1957), molto utilizzata in ambito idrogeologico per via della sua affidabilità, riscontrata in un‟ampia casistica di applicazioni, in svariati ambienti climatici, ivi comprese quelli delle zone temperate. L‟utilizzo di tale metodologia per il calcolo di Etr si basa sul calcolo dell'evapotraspirazione potenziale media mensile (Epm), che rappresenta la quantità d'acqua che evaporerebbe nel caso in cui fosse costantemente disponibile in superficie una quantità sufficiente a sostenerla. Tale situazione si verifica quando lo strato di terreno interessato dallo sviluppo delle radici delle piante è caratterizzato dal massimo valore della quantità d‟acqua di ritenzione, pari alla capacità di campo (U): in questo caso infatti il consumo reale di acqua per evapotraspirazione (Etr) si mantiene sui valori massimi pari all‟evapotraspirazione potenziale (Etr=Ep). Nei casi invece in cui il consumo reale di acqua per evapotraspirazione (Etr) risulta ostacolato o impedito dalla carenza del rifornimento idrico (stagione secca), Etr risulta inferiore rispetto ai consumi potenziali (Etr < Ep).

74 Nella metodologia proposta da Thornthwaite & Mather (1957) il calcolo dell‟evapotraspirazione potenziale media mensile Epm, espressa in mm, si basa sulla seguente relazione sperimentale che lega Epm alla corrispondente temperatura media (Tm):

Epm = K*16*(10*Tm/I)^β dove:

K = coefficiente che tiene conto delle ore di insolazione media mensile ed è funzione esclusiva della latitudine e del mese (in pratica, è il rapporto tra le ore diurne e la metà delle ore giornaliere);

I = indice termico annuale, pari alla sommatoria degli indici mensili (i) dei dodici mesi dell'anno ciascuno espresso da:

i = (Tm/5)^1,514 β = funzione cubica dell'indice termico annuale I data da:

β = 0,49239 + (1.792*10^-5*I) - (771*10^-7*I²) + (675*10^-9*I³)

Una volta calcolata Epm, la determinazione di Etr viene effettuata in modo indiretto, sulla base della quantità delle precipitazioni e delle caratteristiche di umidità del terreno, cioè del volume idrico immagazzinato nel terreno, che a sua volta dipende dalla capacità di campo (U) del suolo.

Nel caso di studio, sulla base alle caratteristiche dei suoli presenti nell‟area in esame e degli studi agronomici consultati, il valore della capacità di campo è stato posto pari a 50 mm.

Il calcolo dell‟evapotraspirazione reale relativa al territorio dell‟acquifero della Piana è stato effettuato su scala temporale mensile, per ciascuno degli anni del periodo considerato (2005-2017) e per ciascuna delle quattro stazioni selezionate per la caratterizzazione termo-pluviometrica recente di medio periodo del sistema indicate al paragrafo 3.3 (Mazara del Vallo, Castelvetrano, Diga Trinità, Santa Ninfa). Nel settore occidentale dell‟acquifero l‟evapotraspirazione reale è stata calcolata anche come valore annuo medio sull‟intero periodo temporale preso in esame (2005-2017), sulla base dei dati della stazione termo-pluviometrica Mazara del Vallo ivi ricadente.

Una volta determinata l‟evapotraspirazione reale Etr a scala mensile relativa al territorio della Piana, l‟applicazione della metodologia proposta da Thornthwaite & Mather (1957) consente di determinare, sulla base di una procedura di calcolo del bilancio idrico del suolo, l‟eccedenza idrica W, cioè il deflusso idrico totale uscente dall‟unità di bilancio (deflusso superficiale D + infiltrazione efficace Ie). Il calcolo dell‟eccedenza idrica W su scala mensile così effettuato si basa sulla precipitazione utile (P-Etp) e sull‟immagazzinamento dei volumi idrici nel suolo (riserve idriche invasate V).

75 L‟eccedenza idrica W è stata calcolata, analogamente all‟evapotraspirazione reale, oltre che su scala temporale mensile, anche su scala annua media sul periodo 2005-2017 e relativamente al settore occidentale dell‟acquifero: essa, sulla base dell‟equazione del bilancio riferita ad un periodo di tempo pari ad un ciclo idrologico, risulta pari alla Precipitazione efficace Pe (Pe = P – Etr).

In definitiva quindi, l‟applicazione della metodologia proposta da Thornthwaite & Mather (1957) ha consentito di ottenere:

a) le serie temporali dei valori mensili dell‟evapotraspirazione reale Etr e dell‟eccedenza idrica W, per ogni anno del periodo temporale 2005-2017 e per ognuna delle 4 stazioni termo-pluviometriche selezionate per la caratterizzazione termo-pluviometrica recente di medio periodo dell‟acquifero della Piana (Mazara del Vallo, Castelvetrano, Diga Trinità, Santa Ninfa);

b) il valore di evapotraspirazione reale e di eccedenza idrica annua media, riferita all‟intero periodo in esame 2005-2017, relativo al settore occidentale dell‟acquifero, per la sola stazione termo-pluviometrica di Mazara del Vallo, ivi ricadente.

I valori di evapotraspirazione reale Etr e di eccedenza idrica W calcolati in corrispondenza delle stazioni termo-pluviometriche sopra indicate, sono stati quindi attribuiti alle singole aree di influenza delle stesse, calcolate con il metodo dei poligoni di Thiessen, come illustrato al paragrafo 3.3.

Nella Tabella 5.1 si riportano i risultati ottenuti, in termini di serie temporale di eccedenza idrica mensile W calcolata per le 4 stazioni termo-pluviometriche sopra menzionate. Tali serie temporali sono state utilizzate come dati di input nel modello idrogeologico integrato della Piana, con il quale è stata calcolata la serie temporale delle mappe dell‟Infiltrazione efficace Ie media mensile dell‟acquifero riferita al periodo 2005-2017 (cfr. paragrafo 7.4.5.2).

Nella Tabella 5.2 si riportano i risultati ottenuti dall‟applicazione della metodologia di Thornthwaite

& Mather (1957) al settore occidentale dell‟acquifero, con riferimento al calcolo dell‟eccedenza idrica mensile media ed annua media relativa all‟intero periodo 2005-2017 per la stazione Mazara del Vallo entro la cui area di influenza, calcolata con il metodo dei poligoni di Thiessen, ricade l‟area del modello locale di flusso. Il valore annuo medio di eccedenza idrica riferito all‟intero periodo 2005-2017 e relativo alla stazione Mazara del Vallo è stato utilizzato come dato di input per l‟implementazione del modello di flusso locale relativo al settore occidentale dell‟acquifero (cfr.

paragrafo 8.2).

76 Tabella 5.1 - Serie temporale dei valori mensili di eccedenza idrica relativi al periodo 2005-2017 calcolati per le 4 stazioni tempo-pluviometriche Mazara del Vallo, Castelvetrano, Diga Trinità, Santa Ninfa (valori espressi in mm)

77 Tabella 5.2 – Calcolo secondo la metodologia Thornthwaite & Mather (1957) dell’eccedenza idrica W (I+R) mensile media ed annua media relativa all’intero periodo 2005-2017 per la stazione Mazara del Vallo (valori espressi in mm)

Legenda: Tmedie = temperature mensili medie; i = indice mensile del calore; k = coefficiente di latitudine; β = funzione cubica dell'indice calorico; ETPnc = evapotraspirazione potenziale non corretta; ETPcorr = evapotraspirazione potenziale corretta; P = precipitazioni mensili medie;

coeff. Umidità = (P-ETP)/ETP; ETR = evapotraspirazione reale, W(I+R) = eccedenza idrica o precipitazione efficace Pe; dR = riserve idriche immagazzinate nel suolo.