CAMBIAMENTI CLIMATICI E PIANIFICAZIONE:

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1 CAMBIAMENTI CLIMATICI E PIANIFICAZIONE: DUE BACINI IDROGRAFICI A CONFRONTO CLIMATE CHANGE SCENARIO AND STRATEGY PLANNING: COMPARISON BETWEEN TWO RIVER BASINS Anna Maria De Girolamo *, Antonio Lo Porto, Daria De Luca Istituto di Ricerca Sulle Acque del CNR, Sezione Territoriale di Bari Via F. De Blasio, Bari. * Corresponding author: Tel /511 Fax: annamaria.degirolamo@ba.irsa.cnr.it Received 15/05/2007 Accepted 13/11/2007 Riassunto Il presente lavoro si pone l obiettivo di valutare l impatto che i mutamenti climatici possono indurre sul ciclo idrologico e sull apporto di sedimenti e nutrienti in due bacini idrografici localizzati in differenti regioni climatiche e caratterizzati da un diverso regime idrologico: il Rio, affluente del Flumendosa (Sardegna), e il fiume, affluente del Po. I cambiamenti climatici sono stati valutati mediante il modello HadCM2 e gli effetti di tali variazioni climatiche sono stati simulati mediante il modello idrologico SWAT. E risultato che le precipitazioni, nel bacino del Rio, subiranno una contrazione mentre nel bacino dell è previsto un incremento durante la stagione invernale. Conseguentemente, significativi cambiamenti del bilancio idrologico sono previsti nel bacino idrografico del Rio, dove si verificherà una contrazione dei volumi annui di deflusso ed un incremento dei sedimenti e nutrienti apportati al fiume nei primi mesi dell anno. Meno consistenti, ma non per questo meno preoccupanti, saranno i cambiamenti nel bacino del fiume, dove si verificherà un incremento dello scorrimento superficiale nei mesi invernali e primaverili e un aumento dell erosione e del trasporto di nutrienti e sedimenti nello stesso periodo. La pianificazione del territorio e delle risorse idriche, pertanto, dovrà tener conto di tali mutamenti sia a breve che a medio e lungo termine. Parole chiave: cambiamenti climatici, modellizzazione a scala di bacino, bilancio idrologico. Abstract In this work the potential impacts of the future climate changes on the water resources, sediment and nutrient delivery in surface water have been evaluated for two watersheds, located in different climatic regions of Italy, with different hydrological characteristics: Rio (Sardinia Island) and river (Emilia Romagna). The general circulation model HadCM2 has been used to estimate climate changes and SWAT hydrologic model has been used to simulate changes in components of the hydrologic cycle in response to climatic condition and land management practices. Important changes are expected regarding the water balance in the Rio catchment where a sensible decrease will affect streamflow. Higher load in sediments and sediment-bound pollutants are predicted in the first two months of the year, while in autumn a decrease of the load can be expected, by far higher in nitrate losses in surface water. By far lower changes are predicted in the second catchment, the River, where an increased surface runoff will take place in winter and spring, leading consequently to an increase in the same period of load in sediment and particulate bound nutrients; soluble nutrients will show not sensible changes. Keywords: climate changes, watershed modeling, hydrologic balance. Introduzione Fin dalla metà degli anni settanta, esperimenti condotti tramite modelli di circolazione generale hanno evidenziato che l aumento delle concentrazioni di gas serra nell atmosfera potrà influenzare il clima. L allarme della comunità scientifica è stato accolto dalle Nazioni Unite con l istituzione dell Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) il cui compito è redigere rapporti sui cambiamenti climatici ed effetto serra sulla base di valutazioni scientifiche, tecniche e socioeconomiche. Dalle conclusioni del quarto rapporto (IPCC, 2007) emerge che il cambiamento climatico non è solo un problema ambientale, nel senso fisico del termine, ma è strettamente connesso a questioni di natura economica, politica e sociale. L evoluzione futura del clima, dunque, appare molto complessa e i modelli previsionali, dovendo tradurre e formalizzare dal punto di vista matematico le articolate interconnessioni tra sistemi naturali e sociali, non possono considerarsi perfetti (Georgiadis e Mariani, 2006a; Georgiadis e Mariani, 2006b). Le tecniche di simulazione climatica prevedono l applicazione simultanea di più modelli accoppiati atmosferaoceano (AOGCM) ed un ampia gamma di scenari possibili di emissioni di gas serra. Allo stato attuale i principali punti critici sono costituiti dalla simulazione delle nubi e conseguentemente delle precipitazioni (Stephens, 2005) e dalla mancanza di una teoria in grado di descri- 5

2 vere la variabilità del vortice polare e della grande circolazione atlantica che concorrono alla formazione delle precipitazioni (Wang e Schirmel, 2003). Gli output di questa classe di modelli, inoltre, sono riferiti alla macroscala e nonostante oggi siano disponibili diverse tecniche di downscaling per proiettare i risultati alle scale minori, la risoluzione con cui vengono usati è ancora modesta. Ne deriva un elevato grado di incertezza (Broccoli et al., 2003) che va tenuto in debito conto nella lettura dei risultati dei modelli. Le proiezioni presentate nel quarto rapporto dell IPCC, elaborate sulla base di differenti scenari, prospettano un aumento della temperatura nel periodo compreso tra 1,1 C e 2,9 C, nel migliore dei casi, e tra 2,4 C e 6,4 C nello scenario peggiore. Per quanto riguarda le precipitazioni, maggiormente variabili nello spazio e nel tempo (Allen e Ingram, 2002), i modelli prevedono un aumento alle medie - alte latitudini mentre alle basse latitudini è previsto un aumento in alcune aree ed una diminuzione in altre. In particolare, nell'europa meridionale le modifiche climatiche previste consistono in un incremento della temperatura ed una riduzione delle precipitazioni estive accompagnato da un aumento di intensità e di frequenza degli eventi meteorici. In Italia l evoluzione del clima si diversifica tra nord e sud soprattutto per quanto riguarda i fenomeni estremi (Brunetti et al., 2003), per cui la persistenza dei periodi di siccità riguarderà soprattutto il meridione mentre il rischio di alluvioni interesserà maggiormente il settentrione (ENEA-FEEM, 2003). Sulla base di queste previsioni la Commissione europea ha affidato al Joint Research Centre s Institute for Environment and Sustainability di Ispra (Varese) il compito di valutare l impatto che tali cambiamenti possono indurre sull ambiente. Nell ambito di questo studio particolare importanza è stata attribuita alle possibili ripercussioni sulle risorse idriche in termini di quantità e qualità. Lo studio ha evidenziato l importanza strategica della pianificazione delle risorse idriche, a medio e a lungo termine, ed ha individuato nella modellizzazione matematica il mezzo più efficace ed economico per valutare possibili scenari e probabili linee di azione da perseguire. Il presente lavoro si pone l obiettivo di valutare l impatto che i mutamenti climatici possono indurre sul ciclo idrologico, sull erosione e sulla qualità delle acque superficiali in due bacini idrografici. Sono stati scelti due bacini localizzati in differenti regioni climatiche e caratterizzati da un diverso regime idrologico: il Rio, affluente del Flumendosa, e il fiume, affluente del Po. Il primo, a carattere intermittente, è localizzato in Sardegna ed è contraddistinto da un regime semipermanente con lunghi periodi di magra, il secondo ha origine sull Appennino Tosco- Emiliano ed è caratterizzato da portata perenne. E stato applicato il modello idrologico SWAT che ha consentito, sulla base dei dati attuali e delle previsioni stimate dal modello HADCM2, di valutare le variazioni del ciclo idrologico e della qualità delle acque. 6 Fig Bacino idrografico del Rio. Fig. 1 - Rio river basin. Fig. 2 - Bacino idrografico del fiume. Fig. 2 - river basin. Materiali e Metodi Aree di studio Entrambi i bacini sono stati accuratamente delineati mediante l acquisizione di un completo quadro conoscitivo. Il bacino idrografico del Rio (Fig. 1) sottende una superficie di 6476 ettari e presenta un altitudine variabile tra i 250 e i 750 metri. La lunghezza dell asta principale del corso d acqua è di circa 16 km. Il clima è tipicamente mediterraneo; la temperatura, i cui valori medi mensili oscillano tra 5 C e 27 C, può registrare valori elevati raggiungendo e, talvolta, superando i 40 C. Il regime pluviometrico è caratterizzato da un semestre umido che va da ottobre a marzo, con precipitazioni abbondanti nei mesi di novembre (70 mm) e dicembre (75 mm), e da un semestre asciutto in cui, in particolare in luglio (14 mm) e agosto (24 mm), si registrano rari eventi piovosi. Le precipitazioni presentano una media annuale di 535 mm e sono contraddistinte da eventi sensibilmente variabili nello spazio e nel tempo. I suoli di copertura sono prevalentemente franco-sabbiosi e franco-sabbioso-argillosi; gli spessori so-

3 no variabili e in alcuni casi raggiungono o superano il metro di profondità. Su buona parte delle superfici produttive si estendono seminativi e pascoli. Altrettanto importante è l attività zootecnica costituita principalmente da allevamenti ovini e bovini che ha conservato caratteri tradizionali non intensivi e si basa sia sullo sfruttamento di pascoli naturali che sull utilizzo delle essenze foraggere da sfalcio. Il bacino del fiume (Fig. 2) presenta una superficie di ettari. Il reticolo idrografico è abbastanza sviluppato, due sono i principali affluenti: Termina e Tassobio, l asta principale si estende per circa 99 km. L idrologia del bacino è caratterizzata da un regime delle precipitazioni ampiamente variabile con valori medi annui di altezza di pioggia compresi tra 850 mm e 1150 mm. L altezza media delle precipitazioni nevose nella zona montuosa è di circa 60 cm con un tempo di permanenza al suolo di un mese. Le temperature medie mensili sono comprese tra 2 C e 24 C. La parte pianeggiante del bacino è caratterizzata da a- gricoltura intensiva; cereali, mais e barbabietole sono le colture maggiormente presenti. L area centrale del bacino, prevalentemente collinare, è interessata da pascoli e la parte montuosa è ricoperta da boschi. I suoli sono principalmente limosi e argillosi nella parte bassa del bacino e sabbiosi o franco-sabbiosi nella rimanente parte del bacino. Scenari climatici e modello idrologico Gli attuali scenari climatici sono stati sviluppati a partire dagli anni 90, diventando argomento di studi sempre più approfonditi. Il potenziale aumento della temperatura globale viene calcolato in base a diverse ipotesi che contemplano possibili evoluzioni socio-economiche, differente politica energetica e sviluppo di nuove tecnologie. Sono stati studiati ed elaborati numerosi modelli: CCSR/NIES, CSIRO, ECHAM, HadCM con risoluzioni differenti. Nel caso in esame sono stati stimati i cambiamenti di temperatura e precipitazioni al 2020, 2050 e 2080 mediante il modello HadCM2, sviluppato dall UK Hadley Centre for Climate Prediction and Research. Si tratta di variazioni medie previste per i periodi , , valutati rispetto alle osservazioni del trentennio Questo modello fornisce valori che ricadono nel centro dell intervallo di variazione accettato dall IPCC ed è uno dei GCM maggiormente citati nella bibliografia scientifica. In particolare è stato utilizzato lo scenario HHGGA1 che prevede un incremento annuo di gas serra immessi nell atmosfera pari all 1% ed una crescita economica in un contesto globale, ossia un futuro caratterizzato da un aumento demografico, da una notevole crescita economica e dall uso di nuove e più efficienti tecnologie. Questo modello ha una risoluzione spaziale di 2,50 x 3,75 (latitudine per longitudine) a cui corrisponde una griglia di 96 x 73 celle. Le dimensioni di ciascuna cella sono di 417 x 278 km e si riducono a 295 x 278 km alle latitudini 45 Nord e Sud. Gli effetti che questi cambiamenti climatici inducono sul bacino idrografico sono stati simulati mediante il modello idrologico e di qualità delle acque SWAT (Soil and Water Assessment Tool), sviluppato dall USDA - ARS (United States Department of Agriculture Agricultural Research Service), dotato di interfaccia GIS (Di Luzio et al., 2001). Il modello opera su base temporale giornaliera considerando la variabilità spaziale dei dati e consente di prevedere l impatto che le diverse pratiche di management adottate nell ambito del bacino idrografico producono sul corso d acqua in termini di qualità e quantità. SWAT, quindi, formalizza dal punto di vista matematico i processi fisici e chimici che avvengono nel bacino: clima, crescita delle piante, bilancio idrologico, produzione e movimento di sedimenti, ciclo di nutrienti e pesticidi (Arnold et al., 1998). Dal punto di vista metodologico il bacino idrografico viene frazionato in sottobacini, suddivisi a loro volta in unità aventi comportamento idrologico omogeneo. Il ciclo idrologico giornaliero è basato sulla classica equazione di bilancio delle acque superficiali. Il modello offre tre possibili opzioni per calcolare l evapotraspirazione potenziale: Hargraves and Samani, Penman-Monteith o Priestley- Taylor. Il ruscellamento superficiale viene stimato dal modello mediante l SCS Curve Number Method o l approccio Green e Ampt e l erosione ed i carichi di sedimenti sono stimati, per ciascun sottobacino, attraverso la Modified Universal Soil loss Equation. Per quanto riguarda i nutrienti SWAT simula il movimento e la trasformazione delle diverse forme di azoto e fosforo all interno del bacino. Questi vengono asportati dal suolo e addotti al corso d acqua attraverso lo scorrimento superficiale, il deflusso ipodermico e il deflusso di base. Le trasformazioni di azoto e fosforo da una forma all altra sono governate dai rispettivi cicli (Santhi et al., 2001). L applicazione di questo modello richiede un ampia serie di informazioni e di osservazioni la cui accuratezza e il cui grado di dettaglio sono determinanti nella affidabilità dei risultati. Nel presente lavoro sono stati utilizzati i seguenti dati: Digital Elevation Model (DEM), carta di uso del suolo, carta dei suoli, parametri fisici e idraulici di ciascun profilo di suolo, portata e parametri di qualità degli scarichi dei depuratori, informazioni relative alle pratiche agricole ed alle fertilizzazioni, dati climatici. Riguardo a questi ultimi, per il bacino del Rio sono stati impiegati dati pluviometrici provenienti da tre stazioni di misura e dati termometrici, di radiazione solare, velocità del vento e umidità relativa registrati in una sola stazione; per la modellizzazione del bacino dell sono stati impiegati i dati termopluviometrici registrati in tredici stazioni. Tutti i dati utilizzati sono stati forniti dall Ente Acque della Sardegna (ex EAF) e dall ARPA Emilia Romagna, sezione di Reggio Emilia. Per la calibrazione e la validazione idrologica del modello SWAT, nel bacino del Rio, caratterizzato da una sostanziale uniformità territoriale, è stato adottato l approccio split in time, ossia sono stati utilizzati due set di dati di portata indipendenti, registrati giornalmente nella sezione di chiusura. In particolare per la calibrazione si è fatto riferimento al periodo , mentre per la validazione sono stati considerati gli anni 2003 e Per il bacino del fiume, è stato adottato il metodo split in space poiché nell area sono presenti sottobacini a carattere montano, forestati, insieme ad altri a morfologia collinare con scarsa copertura ve- 7

4 Tab. 1 - Precipitazioni e temperature di riferimento Tab. 1 - Precipitation and temperature baseline Gen Feb Mar Apr Mag Giu Lug Ago Set Ott Nov Dic baseline (mm) 47,0 43,0 37,7 57,2 36,1 32,3 13,8 24,4 40,8 55,5 74,4 72,7 baseline (mm) 97,9 60,7 77,1 70,1 63,9 51,9 42,3 89,9 91,9 94,4 94,3 93,0 baseline ( C) 8,7 8,9 11,2 13,0 17,8 22,2 25,5 26,3 21,5 18,0 12,6 9,5 baseline ( C) 2,3 4,3 9,0 12,8 17,8 21,5 24,4 23,9 19,8 13,6 7,6 4,8 getale ed a carattere di piana alluvionale, interessati da agricoltura intensiva. In questo caso i dati ottenuti in una prima stazione di misura, per il periodo , sono stati utilizzati per la calibrazione e quelli rilevati nella seconda stazione di misura, nello stesso periodo, sono stati impiegati per la validazione. Infine, è stata eseguita l analisi statistica dei risultati mediante la determinazione degli indici di correlazione e di efficienza per verificare l aderenza del modello ai dati osservati (Nash e Sutcliffe, 1970). Risultati e discussione Il modello HadCM2 stima un generale e progressivo aumento della temperatura per entrambi i bacini, come si può osservare nelle Fig. 3 e 4. L incremento medio annuo è compreso tra 1,30 C (2020) e 3,46 C (2080) nel bacino del Rio e tra 1,80 C e 4,36 C nel bacino dell. Per quanto riguarda le piogge, le previsioni fornite dal modello si differenziano notevolmente nei due bacini. Una riduzione su base annua è prevista per il bacino del Rio in ciascuno degli o- rizzonti temporali esaminati. Come si può osservare nella Fig. 5, le maggiori riduzioni interesseranno i mesi e- stivi e autunnali. Meno sensibili appaiono le variazioni nel bacino dell dove su base annuale non ci sono grandi cambiamenti (Fig. 6) mentre su base mensile le variazioni più marcate si riferiscono ai primi mesi dell anno degli scenari più remoti ( ). I valori di riferimento (baseline) rispetto ai quali sono state valutate le variazioni climatiche sono riportati nella Tab.1. L aumento di temperatura e la contemporanea variazione dei volumi di pioggia indurranno sostanziali modifiche sul bilancio idrologico, sull erosione e sull apporto di nutrienti al fiume ed alla falda. I risultati delle simulazioni di seguito riportati mostrano, per i due bacini esaminati, similarità e differenze. Rio Il ruscellamento (surface runoff) e il deflusso di base (baseflow), ossia il contributo della falda superficiale al deflusso totale, saranno le variabili maggiormente condizionate dai cambiamenti delle precipitazioni. Come si evince dalla Tab. 2, il ruscellamento simulato mediante il modello SWAT subirà una notevole riduzione rispetto agli attuali valori, passando dai 166 mm annui calcolati per il 2003 ai 106 mm previsti per il 2020 ed infine ai 146 mm e 129 mm prospettati rispettivamente per il 2050 e il Sarà concentrato essenzialmente nei mesi autunnali ed invernali per divenire pressoché nullo nei mesi estivi. Ancora più vistosa risulterà la contrazione del baseflow che si ridurrà dagli attuali 121 mm a poco più di 60 mm per i primi scenari e a 36 mm per lo scenario più remoto. La contemporanea riduzione del ruscellamento e del baseflow, infine, indurrà un preoccu- Fig. 3 - Variazioni mensili della temperatura Fig. 3 - Monthly temperature changes Fig. 4 - Variazioni mensili della temperatura Fig. 4 - Monthly temperature changes Fig. 5 - Variazioni mensili delle precipitazioni Fig. 5 - Monthly precipitation changes Fig. 6 - Variazioni mensili delle precipitazioni Fig. 6 - Monthly precipitation changes 8

5 pante calo rispetto ai valori del 2003 del deflusso totale (Total Water Yield). Come si può osservare nella Tab. 3 su base annua tale riduzione ammonta al 40% circa nel 2020 e nel 2080 ed al 25% nel L evapotraspirazione potenziale è stata calcolata mediante il modello SWAT con il metodo Penman- Monteith. Tutti gli scenari esaminati presentano una variazione positiva: il valore annuale passarà dai 1123 mm, quantificati per il 2003, a 1158 mm stimati per il 2020, continuerà ad aumentare raggiungendo i 1186 mm nel 2050 ed infine si attesterà a 1217 mm nel L evapotraspirazione reale (Et r ), i cui valori mensili sono riassunti nella Tab. 4, dovrebbe subire un lieve incremento nei mesi invernali e ridursi complessivamente su base annua. L evapotraspirazione reale, come è noto, dipende da fattori climatici (temperatura e umidità dell aria, radiazione solare, velocità del vento) e dalla disponibilità idrica del suolo, oltre che dal particolare tipo di coltura, pertanto, il contemporaneo aumento di temperatura e precipitazione previsto per mesi invernali indurrà un aumento dell Et r, mentre la riduzione di contenuto idrico nel suolo dovuto alla diminuzione delle piogge produrrà un leggero calo della quantità effettivamente evaporata. Le variazioni previste nell ambito del bilancio idrologico indurranno cambiamenti, rispetto alle attuali condizioni, anche nelle quantità di nutrienti e di sedimenti apportati al fiume e alla falda. Così per il nitrato, che segue l andamento del ruscellamento, è previsto per il 2020 una generale riduzione dei carichi mensili, mentre per gli altri due scenari il modello SWAT ha prodotto un incremento nei primi mesi dell anno ed una diminuzione per il rimanente periodo. I carichi annuali per ettaro, riassunti nella Tab. 5, mostrano una lieve flessione passando da 1,3 kg a circa 1 kg per i tre scenari ipotizzati. Tab. 2 - Valori mensili dello scorrimento superficiale (mm) Tab. 2 - Monthly surface runoff (mm) Gen Feb Mar Apr Mag Giu Lug Ago Set Ott Nov Dic totale Tab. 4 - Valori mensili dell'evapotraspirazione reale (mm) Tab. 4 - Monthly actual evapotranspiration (mm) Gen Feb Mar Apr Mag Giu Lug Ago Set Ott Nov Dic totale Tab. 3 - Valori mensili del deflusso totale (mm) Tab. 3 - Monthly water yield (mm) Gen Feb Mar Apr Mag Giu Lug Ago Set Ott Nov Dic totale Tab. 5 - Valori mensili dei carichi per ettaro di N-NO3 (kg/ha) Tab. 5 - Monthly load per ectar of N-NO3 (kg/ha) Gen 0,14 0,13 0,13 0,20 0,15 0,17 0,32 0,31 Feb 0,24 0,15 0,31 0,29 0,17 0,19 0,22 0,24 Mar 0,06 0,04 0,10 0,13 0,10 0,08 0,09 0,11 Apr 0,05 0,04 0,07 0,07 1,06 1,00 1,13 1,12 Mag 0,02 0,01 0,02 0,01 0,23 0,24 0,22 0,21 Giu 0,03 0,03 0,03 0,02 0,22 0,25 0,29 0,35 Lug 0,01 0,00 0,00 0,00 0,45 0,55 0,54 0,55 Ago 0,02 0,01 0,01 0,01 0,21 0,27 0,26 0,29 Set 0,03 0,03 0,03 0,03 0,19 0,23 0,23 0,33 Ott 0,15 0,09 0,09 0,02 0,29 0,29 0,29 0,29 Nov 0,36 0,32 0,15 0,11 0,42 0,42 0,37 0,43 Dic 0,19 0,21 0,15 0,13 0,63 0,86 0,86 0,84 totale 1,30 1,06 1,09 1,02 4,12 4,55 4,82 5,07 9

6 Tab. 6 - Valori mensili dei carichi per ettaro di sedimenti (t/ha) Tab. 6 - Monthly load per ectar of sediments (t/ha) Gen 0,47 0,37 0,46 1,18 0,13 0,05 0,04 0,09 Feb 1,51 0,76 2,30 2,46 0,13 0,21 0,74 1,17 Mar 0,02 0,01 0,04 0,07 0,22 0,22 0,34 0,49 Apr 0,06 0,04 0,11 0,11 0,37 0,54 0,93 1,65 Mag 0,07 0,06 0,06 0,00 0,28 0,33 0,38 0,31 Giu 0,03 0,03 0,02 0,00 0,08 0,01 0,00 0,00 Lug 0,00 0,00 0,00 0,00 0,15 0,03 0,02 0,01 Ago 0,00 0,00 0,00 0,00 0,42 0,19 0,09 0,10 Set 0,00 0,00 0,00 0,00 1,50 1,08 1,52 1,09 Ott 0,39 0,13 0,22 0,01 0,64 0,57 0,60 0,43 Nov 0,54 0,60 0,22 0,24 0,09 0,10 0,04 0,04 Dic 0,12 0,20 0,14 0,09 0,12 0,18 0,07 0,05 totale 3,21 2,20 3,57 4,16 4,13 3,50 4,77 5,44 Tab. 7 - Valori mensili dei carichi per ettaro di fosforo organico (kg/ha) Tab. 7 - Monthly load per ectar of organic phosphorus (kg/ha) Gen Feb Mar Apr Mag Giu Lug Ago Set Ott Nov Dic totale Per quanto riguarda i sedimenti, infine, è previsto un incremento annuo negli scenari più remoti quando l apporto al fiume salirà da 3,2 t/ha a 3,6 t/ha e 4,2 t/ha. Tale aumento è particolarmente evidente nei primi mesi dell anno ed è seguito da una riduzione nei mesi estivi (Tab. 6). Analogo andamento è previsto per il fosforo organico, il cui carico annuale per ettaro si eleverà da 1,3 kg a 1,8 kg (Tab. 7), e per l azoto organico che salirà da 11 kg/ha a circa 15 kg/ha (Tab. 8). Nel bacino idrografico del fiume i cambiamenti climatici previsti dal modello non saranno tali da modificare in maniera sostanziale il bilancio idrologico su scala annuale. Lo scorrimento superficiale, quantificato per il 2003 in 79 mm, subirà una contrazione nei primi due scenari attestandosi rispettivamente a 70 mm e 75 mm per poi subire un incremento fino a raggiungere il valore di 83 mm nello scenario più remoto (Tab. 2). Il valore annuale del base flow, che attualmente è stato valutato dal modello in 105 mm si ridurrà nell arco temporale esaminato ( ) e la maggiore contrazione dovrebbe presentarsi nel 2050 quando assumerà il valore di 97 mm. Il deflusso totale, i cui valori mensili sono riportati nella Tab. 3, subirà inizialmente una leggera contrazione (2020) per poi incrementare l attuale valore di 360 mm fino a raggiungere i 376 mm nello scenario più remoto. L evapotraspirazione potenziale, calcolata sulla base dei dati disponibili con il metodo Hargraves-Samani (Hargraves e Samani, 1985), mostra un aumento per tutti gli scenari esaminati. In particolare il valore di 1451 mm calcolato per il 2003 si innalzerà nel primo periodo (2020) fino a 1533 mm per poi raggiungere i 1600 mm nel 2050 ed attestarsi infine a 1667 mm nel L evapotraspirazione reale, riassunta in Tab. 4, subirà un lieve incremento per i primi periodi esaminati ed una riduzione per lo scenario più remoto. Tab. 8 - Valori mensili dei carichi per ettaro di azoto organico (kg/ha) Tab. 8 - Monthly load per ectar of organic nitrogen (kg/ha) Gen 1,82 1,47 1,77 4,52 0,56 0,12 0,12 0,25 Feb 5,39 2,88 8,32 8,97 0,51 0,66 2,12 2,65 Mar 0,06 0,05 0,13 0,22 0,63 0,52 0,76 0,93 Apr 0,18 0,14 0,40 0,41 1,23 1,20 1,89 2,18 Mag 0,33 0,24 0,26 0,01 0,71 0,69 0,61 0,33 Giu 0,13 0,16 0,08 0,02 0,14 0,02 0,01 0,01 Lug 0,00 0,00 0,00 0,00 0,24 0,07 0,05 0,02 Ago 0,00 0,00 0,00 0,00 0,74 0,50 0,24 0,24 Set 0,00 0,00 0,00 0,00 2,47 2,19 2,84 2,10 Ott 1,05 0,50 0,76 0,02 0,96 1,00 0,91 0,82 Nov 1,76 2,08 0,81 0,84 0,28 0,31 0,12 0,16 Dic 0,36 0,61 0,48 0,31 0,33 0,49 0,24 0,16 totale 11,08 8,13 13,01 15,32 8,80 7,77 9,92 9,86 Per quanto riguarda i nutrienti le simulazioni mostrano un graduale incremento dell apporto di nitrati al fiume dovuto essenzialmente all aumento dello scorrimento superficiale previsto per i mesi invernali. La produzione annuale per ettaro che attualmente è poco più di 4 kg salirà a 4,5 kg nel 2020 per poi attestarsi a 5 kg nel 2080 (Tab. 5). I sedimenti, che in un primo tempo subiranno una diminuzione, andranno poi aumentando nel lungo periodo passando dalle attuali 4 t/ha ad oltre 5 t/ha alla fine dell arco temporale considerato (Tab. 6). Analogo andamento è previsto per i nutrienti organici, come si evince dalle tabelle 7/8 l apporto di fosforo si manterrà prossimo a quello attuale (1 kg/ha) mentre l azoto incrementerà il carico annuale di circa 1 kg/ha negli orizzonti temporali più distanti (2050 e 2080). 10

7 Adattamento e pianificazione Sebbene i mutamenti climatici siano fenomeni globali, gli effetti negativi, si scaricano prevalentemente a livello regionale e locale differenziandosi tra nord e sud. Molti sono i settori su cui incidono questi cambiamenti: sistemi naturali, agricoltura e pesca, silvicoltura, risorse idriche, turismo, salute umana, energia. Sinora, i cambiamenti climatici non sono intervenuti in maniera rilevante nelle principali politiche ambientali dell Unione Europea. La Direttiva Habitat e la Direttiva Quadro sulle Acque Water Framework Directive, infatti, non fanno alcun riferimento a tali cambiamenti ed allo stesso tempo non si è avuta un integrazione in altri settori pertinenti delle politiche dell Unione. Delle due le linee di azione individuate dal protocollo di Kioto: Mitigation, ossia limitazione delle cause che determinano il problema, e Adaptation, ovvero interventi atti a gestire le conseguenze degli impatti, solo la prima ha visto un impegno dell Unione Europea e degli Stati membri. L Italia, con la Legge 120/2002 (G. U. n. 142/2002), ha ratificato il protocollo di Kioto ed ha avviato una serie di misure per la limitazione delle emissioni. Le strategie di adattamento, attualmente, sono o- rientate essenzialmente alla difesa del suolo, in particolare alle inondazioni. Sebbene a livello comunitario siano state avviate ricerche a sostegno della pianificazione di misure di adattamento, a livello nazionale, solo alcuni paesi hanno preparato strategie specifiche (EEA, 2005). In Italia sono state condotte ricerche approfondite finalizzate essenzialmente alla produzione della Terza comunicazione Nazionale alle Nazioni Unite (Ministero dell Ambiente e della Tutela del Territorio, 2002) ma non è stato ancora sviluppato un vero e proprio programma. Vi è, pertanto, ancora molto da fare nella pianificazione e nell attuazione di misure di adattamento in settori quali la sanità pubblica, l economia (energia, turismo, agricoltura, pesca), la gestione degli ecosistemi e delle risorse idriche. Un programma di ricerca nazionale ed un coinvolgimento delle regioni è dunque auspicabile, così come auspicabile è lo stanziamento di risorse appropriate per migliorare i modelli, soprattutto per quanto concerne gli eventi meteorologici estremi. Essenziale deve essere il coinvolgimento del settore pubblico e privato sia a livello locale che nazionale così come deve essere favorita la cooperazione tra paesi al fine di condividere informazioni. Conclusioni I modelli di previsione delle precipitazioni, a scala regionale, sono ancora affetti da consistenti incertezze tuttavia sembra emergere la tendenza ad una sensibile riduzione delle piogge nelle regioni meridionali, dove le siccità estive potrebbero diventare più frequenti ed intense, e ad un incremento delle precipitazioni invernali al Nord, dove potrebbe aumentare il rischio di alluvioni. Gli effetti dei cambiamenti climatici, ipotizzati mediante il modello HadCM2, si sono rivelati differenti per i due bacini esaminati. Significativi cambiamenti del bilancio idrologico sono previsti nel bacino idrografico del Rio, dove si verificherà una contrazione dei volumi annui di deflusso ed un incremento dei sedimenti e nutrienti apportati al fiume. Tali cambiamenti climatici indurranno, pertanto, ulteriori fattori di rischio in una zona già attualmente afflitta da scarsità di acqua e da degrado dei suoli. Meno consistenti, ma non per questo meno preoccupanti, saranno i cambiamenti nel bacino del fiume, dove si verificherà un incremento dello scorrimento superficiale nei mesi invernali e, conseguentemente, un aumento dell erosione e del trasporto di nutrienti e sedimenti nello stesso periodo. Aumenterà, pertanto, il rischio di degrado a cui sono sottoposti i suoli soprattutto nelle zone collinari e montuose. La vulnerabilità al cambiamento climatico dei sistemi naturali e dei sistemi umani, dipende, quindi, essenzialmente dalle caratteristiche delle regioni, ossia dalla popolazione, dal tipo di risorse disponibili, naturali ed e- conomiche, dalla loro gestione e, quindi, dalle istituzioni presenti sul territorio. In Italia, sebbene siano stati condotti alcuni studi sui cambiamenti climatici, non si è ancora sviluppato un vero e proprio programma nazionale di ricerca e di adattamento al cambiamento climatico, come invece già avviene in altri paesi. Lo sviluppo delle attività economiche sul territorio dovrà necessariamente fare i conti con la vulnerabilità ambientale e la pianificazione delle risorse idriche, così come la programmazione dello sviluppo economico, dovrà tener conto delle variazioni future del clima e dei rischi ad esse associate. Sarà necessario intervenire, per quanto riguarda la gestione delle risorse idriche, perseguendo una politica di pianificazione a lungo termine con interventi strutturali volti alla conservazione e alla prevenzione delle risorse. I modelli numerici sono attualmente un importante strumento per riprodurre il sistema climatico e per rappresentarne gli scenari futuri. Il potenziamento di tali attività permetterà al Paese di costituire le necessarie competenze di base e di acquisire un sistema di informazioni scientifiche idoneo a supportare decisioni politiche e linee di pianificazione più idonee. Ringraziamenti Lo svolgimento del presente lavoro è stato possibile grazie alla collaborazione di Hydrocontrol - Centro di Ricerca e Formazione per il Controllo dei Sistemi Idrici (Cagliari), dell Ente Acque della Sardegna (ex EAF) Cagliari e dell ARPA Emilia Romagna, sezione di Reggio Emilia. Bibliografia Allen, M.R., Ingram, J.W., Constraints on future changes in climate and the hydrologic cycle. Nature, 419. Arnold, J. G., Srinivasan, R., Muttiah, R. S., Williams, J. R., Large Area Hydrologic Modelling and Assessment Part I: Model Development. Journal of American Water Resources Association, 34 (1), Broccoli, A. J., Dixon, K. W., Delworth, T. L., Knutson, T. R., Stouffer, R. J., Twentieth-century temperature and precipitation trends in ensemble climate simulations including natural and anthropogenic forcing. Journal of Geophysical Research, 108, NO. D24, 4798,

8 Brunetti, M., Buffoni L., Mangianti C., Maugeri M., Nanni T.,2003. Temperature, precipitation and extreme events during the last century in Italy. Global and Planetary Change, 40. Di Luzio, M., Srinivasan, R., Arnold, J., ArcView Interface for SWAT2000 User s Guide. USDA. Temple Texas. Direttiva 92/43/CEE - Direttiva Habitat del 21 maggio 1992 relativa alla Conservazione degli habitat naturali e seminaturali e della flora e della fauna selvatiche. GU L 206 del , rettifiche GU L 59 dell' , GU L 31 del Directive 2000/60/EC - Water Framework Directive of the European Parliament and of the Council 23 October 2000 establishing a framework for Community action in the field of water policy. Official Journal of the European Communities, 22 December EEA (European Environment Agency), Vulnerability and Adaptation to Climate Change in Europe. Technical report No 7/2005. ENEA FEEM, La risposta al cambiamento climatico in Italia Rapporto ENEA. Ministero Ambiente e Territorio, Roma. Georgiadis, T., Mariani L., Clima e cambiamento climatico. I. Profilo storico, atmosfera e clima, variabilità del clima, ruolo delle nubi. Rivista Italiana di Agrometeorologia, 1, Georgiadis, T., Mariani L., Clima e cambiamento climatico. II: Dati osservati, paleo-climatologia, modelli climatici, attività internazionali. Rivista Italiana di Agrometeorologia, 2, Hargreaves, G. H., Samani, Z. A., Reference crop evapotranspiration from temperature. Applied Eng. Agric., 1, IPCC, Climate Change 2007: The Physical Science Basis, Fourth Assessment Report. Paris, February Legge 1 giugno 2002, n.120. Ratifica ed esecuzione del Protocollo di Kyoto alla Convenzione quadro delle Nazioni Unite sui cambiamenti climatici. G. U. n. 142 del 19 giugno Ministero dell Ambiente e della Tutela del Territorio, Terza Comunicazione Nazionale dell Italia alla convenzione Quadro sui cambiamenti climatici. Roma. Nash, J.E., Sutcliffe, J.V., River flow forecasting through conceptual models. Journal of Hydrology, 10, Santhi, C., Arnold, J. G., Williams, J. R., Dugas, W. A., Srinivasan, R., Hauck, L. M., Validation of the SWAT Model on a large river basin with point and nonpoint sources. Journal of the American Water Resources Association, 37 (5). Stephens, G. L., Cloud Feedbacks in the Climate System: A critical Review. Journal of climate, 18(2), Wang, G., Schirmel, D., Climate change, climate models, and climate impacts. Annual Review of Environment and Resources, 28,