Lo studio di un sistema complesso come i processi di erosione, trasporto e sedimentazione a scala di bacino idrografico, potrebbe essere ben descritto e quantificato da modelli fisicamente basati, i quali analizzano parametro per parametro tutte le variabili in gioco. Un modello fisicamente basato, ben si inquadra nel contesto generazionale dell’informatica attuale, con strumenti hardware sempre più performanti. Ciò nonostante, applicare queste metodologie, richiede un’elevata mole di dati che si traduce in una tempistica (acquisizione ed elaborazione dati), assai dispendiosa, un consumo di risorse economiche e umane elevato, e una limitata applicabilità in termini areali (scala di versante o piccolo bacino).
Partendo da questo presupposto, per soddisfare l’obiettivo di un’applicazione a scala di bacino e successivamente a scala regionale, è stato utilizzato un modello più distribuito e “olistico” (Seminara & Pittaluga, 2012).
Nel lavoro di dottorato è stato applicato il modello dell’erosione potenziale (EPM - Gavrilovic, 1988), che risulta uno dei più completi sotto il profilo delle variabili erosionali considerate. Inoltre, la sua implementazione all’interno del software GIS, ne permette un utilizzo estremamente versatile.
Diversi Autori hanno utilizzato il modello multiparametrico EPM in oltre cinquanta anni dalla sua formulazione originaria (Gavrilovic, 1968), fornendo stime di produzione di sedimento e di trasporto ad un’ipotetica sezione di chiusura (Gavrilovic, 1988; Zemljic, 1971; Castiglioni et al., 2000; Globevnik et al., 2003; Tazioli, 2008; Da Silva et al., 2014; Amiri, 2010; Amini et al., 2010; Milanesi et al., 2015; Vacca & Dominici 2015).
Il modello è stato applicato in differenti aree e in bacini di dimensioni variabili. Sono stati scelti più tipologie di bacini, in differenti contesti geografici, per una corretta calibrazione dei dati di input del modello, e una validazione degli output con dati sperimentali di bacini attrezzati con strumenti per la valutazione del trasporto solido. Inoltre è stata eseguita una finale applicazione in alcune aree test della Regione Calabria.
Le analisi eseguite nei due bacini di calibrazione, Rio Cordon (Alpi Venete) ed Estero Morales (Ande Cilene), hanno permesso di tarare i parametri di input dell’EPM Model, in funzione dei dati di output, opportunamente confrontati, con il volume di sedimento reale ottenuto nelle stazioni di monitoraggio sopracitate. La calibrazione, passaggio essenziale per un buon funzionamento di un modello, è stata preceduta da
un’accurata fase d’indagine, sulle caratteristiche di ognuna delle variabili dell’equazione.
Dopo la prima fase, in cui il modello è stato applicato esclusivamente con dati di letteratura (Tab. 5-1), il passo successivo è stato quello di ridurre al massimo la soggettività d’inserimento dei parametri moltiplicativi dei fattori erosivi (X-Y-γ). Tale criticità è stata risolta/mitigata, grazie all’utilizzo di analisi quantitative per la determinazione delle caratteristiche di copertura ed erosività del suolo, per le caratteristiche meccaniche e di alterazione dei litotipi affioranti, e per le caratteristiche erosionali dei fenomeni morfologici di versante.
Un’ulteriore analisi di miglioramento delle prestazioni del modello, è stata rivolta al sedimento eroso che staziona all’interno del bacino. Utilizzando un applicativo GIS, implementato da Cavalli et al. (2013), è stato calcolato un indice di connettività del sedimento con il reticolo idrografico, che opportunamente suddiviso in classi di connettività (Fig. 5-17) ha permesso di ottenere un valore di indice di connettività areale (ICa).
La metodologia così migliorata, è stata applicata alle aree di studio, fornendo degli ottimi risultati in termini comparativi, durante la fase di validazione.
In breve, verranno mostrati tutti i risultati dell’applicazione del modello (Tab. 7-1).
Tab. 7-1 Tabella riassuntiva dei risultati dell’intero spettro di applicazione del modello EPM. Vengono riportati i valori reali ottenuti da dati di trasporto solido e di interrimento, il valore di W stimato con il modello EPM, il coefficiente di riduzione proposto da Zemljic, il valore G del modello EPM, l’indice di connettività areale (ICa) di ogni bacino (ricavato dall’applicazione dell’IC proposto da Cavalli et al. 2013) e il valore V finale, ottenuto moltiplicando la stima di produzione di sedimento W con l’ICa.
Da una prima analisi, si osserva una netta sovrastima dei volumi di sedimento prodotto dai bacini, rispetto alle stime reali di trasporto solido (Estero Morales e Rio Cordon), e di interrimento di invasi artificiali (Rimasco, Castello, Fedio, Saretto, Saetta,
Real estimation W values R values G values ICa values V-ICa
Rimasco 81,97 16965 92705 0,36 33374 0,20 18541
Castello 68,16 33000 115950 0,48 55656 0,20 23190
Fedio 37,03 3600 33592 0,35 11727 0,19 6383
Saretto 53,96 20000 77243 0,25 19311 0,23 17766
Rio Cordon 5,04 194 1253 0,79 990 0,20 251
Ande Estero Morales 27,43 1500 9547 0,38 3628 0,30 2864
Saetta 8,92 7475 2297 0,50 1150 0,22 505 Pertusillo 570,56 176664 230472 0,26 59923 0,16 36876 Farneto 242,67 236516 144351 0,61 88054 0,16 23096 Angitola 155,45 55365 118988 0,74 88051 0,16 19038 Stilaro 95,17 - 85696 0,76 65305 0,19 16282 Saraceno 88,06 - 18554 0,89 16601 0,19 3525 Sfalassà 24,02 - 31283 0,86 26792 0,19 5944
Basins Surface (km2) Sediment yield (m
3 /year) A r c o A lp in o A p p e n n in o M e r id io n a le
Pertusillo, Farneto ed Angitola). Nel grafico seguente (Fig. 7-1), si mette in luce la netta discrepanza fra il dato reale e il dato calcolato dal modello.
Fig. 7-1 Rappresentazione dei valori di deviazione standard tra il valore reale e il valore volumetrico di sedimento al netto della rideposizione interna, ottenuto mediante l’applicazione del coefficiente di riduzione proposto da Zemljic (1971).
La deviazione standard calcolata fra il valore volumetrico di materiale al netto della rideposizione interna al bacino (G) e il valore reale (total load e interrimento), mostra una quasi totalità di bacini che superano il valore di deviazione standard accettabile (100). Quest’ultimo valore, deriva dalla sommatoria della media di deviazione standard, rapportata ad ogni singola differenza.
Le analisi successive, eseguite confrontando del dato reale di campo (total load e interrimento), con il valore di materiale che giunge alla sezione terminale del bacino (V), discretizzato con dell’indice di connettività areale (ICa), permettono un’ottimale calibrazione del modello.
L’equazione, opportunamente calibrata fornisce dei valori in linea con l’intero set di bacini Alpini e Andini (Fig. 7-2).
Fig. 7-2 Rappresentazione dei valori di deviazione standard tra il valore reale e il valore volumetrico di sedimento al netto della rideposizione interna, ottenuto mediante l’applicazione dell’indice di connettività areale ICa.
La deviazione standard dei due valori fornisce un ottimo fitting per i bacini Alpini e Andini (> di 100), a differenza di un’elevata deviazione standard (< di 100), che caratterizza i bacini Sud Appenninici. Tale discrepanza di risultati è ascrivibile, molto probabilmente, alle metodologie utilizzate nella valutazione di interrimento proposte da Bazzoffi & Vanino, (2009), già descritte nel capitolo precedente.
I risultati di validazione, in linea con i valori reali, rappresentano la prova della solidità del modello EPM così implementato. Rapportando i risultati in un grafico lineare, si ottiene un coefficiente di correlazione R2 paria a 0,92 (Fig. 7-3), il quale permette di affermare il buon fitting dei risultati.
Fig. 7-3 Rappresentazione del rapporto dati reali con dati stimati da EPM Model. I punti dal basso verso l’alto corrispondono ai bacini: Rio Cordon, Estero Morales, Fedio, Rimasco, Saretto e Castello.
Il parametro maggiormente influente sulla produzione di sedimento, ricavato dall’analisi di sensitività del modello (Ziliani et al., 2013; Vacca et al., 2016a), è rappresentato dalla geologia dell’area indagata, e in particolar modo dalle caratteristiche litotecniche delle rocce affioranti (Fig. 7-4). Questo presupposto ha permesso di focalizzare particolarmente l’attenzione sulle analisi geomeccaniche e sul grado di alterazione dei litotipi presenti nei vari bacini.
Fig. 7-4 Netta differenza di variazione volumetrica, del parametro litologico, in funzione dell’output del modello EPM.
Oltre alle caratteristiche litologiche, un fattore di controllo dell’erosione del suolo, è senza dubbio, la forte antropizzazione (Meusburger K. & Alewell C. 2008). Infatti, dall’osservazione dei risultati sui tassi di erosione dei tre bacini campione (Saraceno, Stilaro, Sfalassà), si è messo in luce il netto controllo antropico sulla fenomenologia che porta alla produzione di sedimento (Tab. 7-2).
Tab. 7-2 Tabella rappresentante le superfici dei bacini antropizzate in relazione con il valore di erosione specifica tipico di ogni bacino.
In questi ultimi bacini si osserva una maggiore produttività di sedimento, relazionata alla maggiore espansione territoriale delle superfici a vocazione agricola. Ovviamente, la disponibilità di superfici potenzialmente antropizzabili è connessa ad una serie di fattori tra i quali spiccano le litologie affioranti e la morfologia del territorio.
Stilaro 95,17 30 70 16282 0,17 Saraceno 88,06 21 79 3525 0,04 Sfalassà 24,02 43 57 5944 0,25 Surface (km2) Basins % area anthropized % area NOT- anthropized V-Ica Values Specific Erosion mm/year