Flusso preferenziale

− drenaggio profondo, ovvero quantità d’acqua che non può essere trattenuta dal terreno e che percola in verticale.

Figura 1: Schema di bilancio idrico nel modello CRITERIA

Invaso superficiale

Suolo

Infiltrazione

Evaporazione

Traspirazione

Drenaggio profondo

Scorrimento ipodermico

Scorrimento

superficiale

Risalita capillare

Falda

Acque superficiali

Precipitazioni

Flusso preferenziale

Alcune di queste quantità, come la pioggia e l’irrigazione, sono facilmente misurabili, le altre vengono normalmente stimate mediante algoritmi più o meno complessi, a partire dai dati meteorologici, dalle caratteristiche del terreno e dalle caratteristiche delle colture.

Il bilancio viene normalmente calcolato ogni giorno (Figura 2) e la somma dei vari termini deve sempre produrre un risultato nullo. Ciascuno dei termini del bilancio può risultare interessante in relazione al contesto operativo. Per esempio l’acqua residua lungo il profilo del suolo costituisce il risultato più importante quando è necessario determinare il momento in cui intervenire con l’irrigazione, mentre il drenaggio, che determina la ricarica delle falde ed il rischio potenziale di un loro inquinamento, risulta essenziale in applicazioni agroambientali.

Come si vede dalla Figura 3, CRITERIA consente di associare informazioni derivate dalla carta dei suoli alle variabili meteorologiche e ai dati colturali, allo scopo di fornire elaborazioni territoriali mediante modelli matematici basati sull’equazione del bilancio idrico. Le informazioni necessarie provengono da banche dati aggiornate dai servizi regionali dell’Emilia-Romagna. Il programma restituisce i risultati in diversi formati: nel formato mappa le informazioni relative ad una quantità sono mostrate in un determinato giorno oppure cumulate in un periodo, ad una scala compresa tra la carta regionale e quella della singola azienda; nel formato grafico e tabulare viene invece rappresentata l’evoluzione temporale di una o più variabili relative ad un punto del territorio selezionato a piacere dall’utente.

Figura 2: Il ciclo principale giornaliero in CRITERIA prevede la lettura dei dati meteorologici

del giorno, l’analisi di eventuali eventi colturali, il calcolo vero e proprio (di cui sono elencati alcuni dettagli) e la scrittura dei risultati sui database opportuni.

calcolo del bilancio idrico lettura data attuale e dei dati meteorologici

controllo della tabella STORY e, se necessario, lettura del codice evento scrittura dei

risultati

Stima delle variabili colturali (se la coltura è presente) Eventuale irrigazione (gestita dall’utente o automatica)

Risalitacapillare (in caso di falda) Calcolo dell’eventuale surplusidrico

Determinazione dell’invasosuperficiale

Infiltrazione, ridistribuzione nel profilo, ruscellamento superficiale o ipodermico

Evaporazione (potenziale e reale)

Traspirazione (potenziale e reale) Calcolo del bilanciototale

Figura 3: Gestione dei livelli informativi geografici in CRITERIA M e t e o S u o l i U n i t à s i m u l a z i o n e 5 k m 2 1 : 2 5 0 0 0 1 k m 2 C R I T E R I A : L I V E L L I D I I N F O R M A Z I O N E U n i t à d i s i m u l a z i o n e Griglia meteo C a r t a d e i s u o l i

IL MODELLO

La descrizione del modello CRITERIA è limitata in questa sede ad evidenziare i soli aspetti interessanti ai fini della valutazione del potenziale contributo del modello ad un programma di prevenzione dei danni ambientali derivanti dall’agricoltura, visti come potenziale fonte di inquinamento diffuso. In particolare ci soffermiamo sui flussi di scorrimento superficiale e ipodermico nonché di drenaggio profondo in falda.

Scorrimento superficiale

Per calcolare le altezze di scorrimento superficiale CRITERIA segue l’approccio della determinazione dell'altezza massima di invaso superficiale. Questa grandezza, che rappresenta la massima quantità di acqua che il suolo può stivare nelle pozzanghere, dipende dalla pendenza del campo, dal tipo di lavorazioni del terreno e diminuisce col passare del tempo. Lo scorrimento superficiale è presente quando l’altezza dell’invaso superficiale viene superata dagli apporti idrici al netto dell'infiltrazione. Alcuni suoli limosi della regione, sotto l’azione delle piogge battenti, manifestano anche il fenomeno dell’ incrostamento, che consiste nella rapida diminuzione dell’infiltrabilità superficiale e nel corrispondente aumento dei valori di scorrimento superficiale. La formazione di crepacci, che si manifesta nei terreni argillosi durante i periodi relativamente aridi, provoca invece la comparsa dell’infiltrazione preferenziale e la conseguente scomparsa del ruscellamento, almeno fino alla chiusura dei crepacci stessi. CRITERIA tiene conto di questi fenomeni e quindi si differenzia dalla gran parte dei modelli di bilancio idrico in circolazione, generalmente privi di algoritmi di questo tipo (Figura 4).

Figura 4: Schema a blocchi semplificato dei flussi idrici influenzati dalle condizioni superficiali

SI Infiltrazione preferenziale Fine S I Scorrimento superficiale Acqua in arrivo Incrostamento? NO Crepacci? NO Infiltrazione Ristagno? NO SI >Invaso? NO SI Fine

Lo scorrimento ipodermico

Questo fenomeno può verificarsi nel caso di discontinuità nella velocità di infiltrazione lungo il profilo causata per esempio dall’aratura, che compatta il terreno alla profondità del vomere (suola d’aratro), e in presenza di canalette di sgrondo o scoline.

In CRITERIA il suolo è schematizzato come un pacchetto di strati di spessore crescente con la profondità (Figura 5). Lo strato del terreno interessato allo scorrimento è quello tra la superficie e il fondo della scolina. Lo scorrimento ipodermico viene calcolato sulla base dall’eccesso idrico eventualmente presente in questo strato e dipende dalla conducibilità idraulica satura, considerando il suolo sostanzialmente uniforme per questa grandezza. I valori di deflusso così ottenuti sono ridotti tramite un coefficiente dipendente dalle dimensioni del campo, che tiene conto del fatto che solo il perimetro esterno dell'appezzamento è in effetti interessato al fenomeno. Una simulazione più accurata di questo fenomeno richiederebbe la rappresentazione bidimensionale del movimento dell’acqua ed un apparato matematico incompatibile con le caratteristiche operative del sistema. Tuttavia nella presente versione di CRITERIA non si è voluta trascurare una stima dello scorrimento ipodermico, presente in molte situazioni agrarie caratterizzate da sistemazioni idrauliche.

Figura 5: In CRITERIA il suolo consiste in una serie di strati di spessore crescente con la

profondità. La figura mostra la tecnica con cui si passa dagli orizzonti pedologici agli strati modellistici. Lo strato n. 4, per esempio, presenta caratteri intermedi tra quelli degli orizzonti n. 2 e 3. Orizzonte 1 Orizzonte 2 Orizzonte 3 Strato 1 Strato 2 Strato 3 Strato 4 Strato 5

Profondità

Questo flusso è determinato dalla cessione di acqua da parte dello spessore esplorato dalle radici (da 0.5 fino a 3 m secondo i casi) a strati più profondi, di interesse geologico e non più

agronomico. Si tratta di un importante fenomeno che contribuisce alla ricarica delle falde ma che costituisce anche un veicolo di trasporto verso gli acquiferi di sostanze disciolte, tra le quali bisogna segnalare in particolare l’azoto, i diserbanti e altri fitofarmaci solubili. Il drenaggio profondo è presente quando il suolo coltivato non è più in grado di stivare acqua al proprio interno ed è determinato nel modello come conseguenza dei calcoli relativi all’infiltrazione e alla ridistribuzione, che a loro volta sono funzione del tipo di suolo, delle lavorazioni, del contenuto idrico e dell’intensità delle precipitazioni.