Di chi è l’acqua, se è di qualcuno ? una prospettiva idrologica

Riccardo Rigon

Green Week, Trento, Marzo 2016

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!2

Una quarantina di anni fa, stavo facendo una lunga camminata, tra cime assolutamente

sconosciute ai turisti, in quella antica regione delle Alpi che penetra in Provenza.

….. Si trattava, quando intrapresi la mia lunga

camminata in quel deserto, di lande nude e monotone.

Jean Giono (L’uomo che piantava gli alberi*)

http://stephenliddell.co.uk/2013/07/20/the-man-who-planted-trees-and-the-green-wall-of-africa/

* Il racconto animato che vinse un Oscar

R. Rigon

C’era una volta

!3

Il racconto prosegue e lascia intendere che si è trattato di un disastro ambientale

L’ipersfruttamento della risorsa forestale per produrre carbone, ha causato, come in altre occasioni*, la rottura dell’equilibrio idro-biologico.

*J. Diamond, Collasso: come le civiltà scelgono di vivere e morire, 2005

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R. Rigon

e c’è ancora adesso

!4

Sono posti dove si vive male. Le famiglie, serrate l'una contro l'altra in quel clima di una

rudezza eccessiva, d'estate come d'inverno, esasperano il proprio egoismo sotto vuoto.

L'ambizione irragionevole si sviluppa senza misura, … Le più solide qualità scricchiolano …

Jean Giono (L’uomo che piantava gli alberi*)

R. Rigon

la difficoltà della gestione dell’ambiente

!5

Urbanizzazione

ma anche l’inurbamento altera il ciclo idrologico

R. Rigon

di capire come costruire le città

!6

Denudamento del suolo

Who et al., Nature Climate Change 2, 655–662 (2012) doi:10.1038/nclimate1556

R. Rigon

di come gestire il territorio

!7

5th International ConferenceWATER IN THE ALPS - AND BEYOND

Adapting alpine and mountain river basins to climate change

Trento Sept. 25th – 26th,

2014

Martin

Beniston

Univ. Geneva

Evolution of global and alpine

temperatures 1901-2000

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Global

Alps

A questo si assomma il cambiamento climatico

Beniston, Environmental changes in mountains and uplands, 2000

R. Rigon

di come adattarsi al cambiamento climatico

!8

is of notoriety that climate models have greater difficultyin simulating precipitation than temperature, particularlyin regions of complex terrain and because of ofteninadequate convective parameterizations within coarsemodel grids, several in-depth analyses have been conductedto establish the strengths and weaknesses of precipitationsimulations with the RCMs, inter alia by Christensen andChristensen [2003] and Schmidli and Frei [2005].[13] Figure 3 compares the simulations of seasonal pre-

cipitation at the grid points closest to the 6 sites andobservations for the reference 1961–1990 climate. Onlythe range of precipitation for all sites is shown, rather thanthe seasonal rainfall at each individual site, for the sake ofclarity. The amplitude between low and high precipitation isa striking example of the influence of topography, since thealtitudes of the 6 sites range from 450 m above sea level atAltdorf to 2,500 m at Santis. While there are clearly differ-ences between the model results when the lower and upperrange of RCM seasonal precipitation are superimposedupon the observed range, the simulated seasonal totalsremain remarkably close to the observations. In addition,3 of the models identify well the summer rainfall peak.[14] Bearing in mind the inevitable discrepancies be-

tween models at coarse resolution and observations, theRCMs nevertheless show some skill in the simulation ofprecipitation, sufficiently so to justify further simulationsaimed at identifying possible changes in rainfall extremes inthe future. The ‘‘greenhouse’’ climate is based on the IPCC‘‘A2’’ scenario, which assumes high emissions throughoutthe 21st century leading to a strong climatic response by2100.

4. Discussion

[15] All models applied to the A2 scenario climate for theperiod 2071–2100 show a marked shift of the seasonality ofmean precipitation compared to 1961–1990 (Figure 4). The4 models agree on increases in winter and spring precipi-tation, and reductions in summer and autumn. The principalcause of the change in seasonal patterns is related to thestrong summer warming and drying in the Mediterraneanzone that would also affect the Alps and regions to thenorth, and the enhanced winter precipitation that a milderclimate is expected to bring to the region. As a result of theshifts in mean precipitation, the frequency of extreme events

also changes in seasonality compared to current climate.Table 3 lists the exceedance of precipitation beyond the99% quantile for the observed data at the 6 sites, and forboth the control and scenario simulations. While the ‘‘nor-dic RCMs’’ underestimate heavy precipitation and ICTPand CHRM overestimate such events, the models mirrorfairly well the current seasonal pattern of extremes despitethe coarse grids used and the complexity of the Alpineterrain. For the scenario climate, the RCMs project thelargest changes in spring and autumn with large increasesin intense precipitation. Summer rainfall extremes areprojected to decline and, in the RCAO and HIRHAMmodels, autumn events are more frequent than summerextremes.[16] In terms of the potential for floods, landslides and

damages, it should be stated that heavy precipitation is anecessary but not always sufficient condition for strongimpacts. The response of hydrological systems to highprecipitation levels is a function of the prior history ofprecipitation, evaporation rates, the permeability of soilsand, a factor unique to mountain regions, the bufferingeffect of the altitude at which snow falls during an event.The more elevated the freezing level, the greater thepotential for strong runoff since there is a larger surfacearea capable of capturing rain waters and channeling theseinto river catchments [Stoffel et al., 2005]. The potentialincrease in water volume that can run off the Bernese Alps(the region particularly affected by the August 2005 floods)is about 15% when the freezing level rises from 2,500 to3,000 m, for example, and is close to 25% if the snowline islocated at 3,500 m, because of the additional surface areathat intercepts rain water. The same quantity of precipitationcan thus lead to a very different hydrological responseaccording to the level at which snow falls during an intenseprecipitation event; without the buffering effect of snow, aheavy downpour can become a catastrophic event.[17] Table 4 shows the freezing level for the 10 heaviest

daily precipitation totals recorded at Engelberg; the altitudesat which snow falls during these events spans a range of1,000 m, from less than 3,000 m above sea level to close to4,000 m. The combination of precipitation totals and thefreezing level determines the potential for impacts; thecritical threshold above which snow fall no longer suffi-ciently buffers the effects of heavy rainfall on runoffamounts is about 3,400 m. In the right-hand columns, theresults of the 10 most extreme precipitation events in theEngelberg area in the scenario climate (using the HIRHAMmodel) highlight the seasonal shift in mean and extreme

Figure 3. Comparisons of observed and simulated meanseasonal precipitation at the 6 observation sites. Forpurposes of clarity, only the minimum-to-maximum rangeof precipitation across all stations is shown, rather than thecurves for each individual site.

Figure 4. Change in average seasonal precipitation for thecontrol and scenario climates as simulated by the 4 RCMs.

L05701 BENISTON: AUGUST 2005 RAINFALL IN SWITZERLAND L05701

3 of 5Beniston, M. (2006), Geophys. Res. Lett.,33, L05701

Precipitazioni sul fiume Rodano

R. Rigon

che ci sottrae acqua

!9

Figura 2.12: precipitazione totale annua nelle stazioni di Passo Rolle e San Martino, da confrontare conPaneveggio, Predazzo e Cavalese.

PRECIPITAZIONE

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500

1000

1500

2000

2500

3000

1920 1925 1930 1935 1940 1945 1950 1955 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000

anni

mm

Paneveggio NUVOLONIPasso RolleSan Martino di CastrozzaPredazzo NUVPredazzo RECCavalese NUVCavalese REC

R. Rigon

che ci sottrae acqua

!10R. Ranzi - EGU Wien, 2010

R. Rigon

che ci sottrae neve

!11

-

P ETP-

Calanca, Global and Planetary Chance, 57, 2007, 151-160 2006

R. Rigon

che fa soffrire gli ecosistemi

!12

5th International ConferenceWATER IN THE ALPS - AND BEYOND

Adapting alpine and mountain river basins to climate change

Trento Sept. 25th – 26th,

2014

Martin

Beniston

Univ. Geneva

Possible future discharge by 2100

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2071-2100

(A2)

Proiezioni di portata sul Rodano

Beniston, M. (2010). Impacts of climatic change on water and associated economic activities in the Swiss Alps. Journal of Hydrology.

R. Rigon

improverisce i fiumi e i torrenti

!13

Le donne covano rancori. C'è concorrenza su tutto, per la vendita del carbone come per il

banco di chiesa, per le virtù che lottano tra di loro, per i vizi che lottano tra di loro e per il

miscuglio generale dei vizi e delle virtù, senza posa.

Jean Giono (L’uomo che piantava gli alberi*)

R. Rigon

e porta divisione e conflitto

!14

Un esempio vicino vicino

L’Adige ha una portata media di poco meno di 190 m3/s (a ponte S. Lorenzo,

Trento)

In alcuni giorni all’anno,

soprattutto di domenica,

quando la diga di S. Giustina

n o n p r o d u c e e n e r g i a

elettrica , la portata può

scendere sotto 80 m3/s: la

portata minima richiesta alla

foce

Questo è un esempio di un

conflitto che si potrebbe

generare tra Trentino/Alto

Adige - Süd Tirol e Veneto

R. Rigon

non altrove, ma qui.

!15

Pro

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zio

ne

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Ener

gia

Agr

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Turismo

Altro (es. s

frutta

mento minerario)

Utilizzo idropotabileSalvaguardia degli ecosistemi

R. Rigon

e mette a dura prova i processi sociali

!16

Abbassamento delle falde

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disponibilità d’acqua

Dissesto idrogeologicoErosi

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R. Rigon

il nostro ambiente e le nostre città

!17

Il pastore che non fumava prese un sacco e rovesciò sul tavolo un mucchio di ghiande. Si

mise a esaminarle l’una dopo l’altra con grande attenzione, separando le buone dalle

guaste. ….

Pianto così le cento ghiande con estrema cura

Jean Giono (L’uomo che piantava gli alberi*)

R. Rigon

Ma

!18

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Quanta acqua c’è sulla Terra ?

Circa 1400 millioni di km3

Shiklomanov and Skolov (1983)

Cerchiamo di capire

R. RigonR. Rigon

!19

Ma solo lo

0.001%è quello che sostiene la vita degli ecosistemi

R. Rigon

quanta acqua c’è

!20

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6

Il buon vecchio ciclo idrologico

I valori precedenti sono approssimati ....

R. Rigon

Come fluisce

regola il Clima

!21

sostiene la vita sulla Terra

ne scolpisce la superficie

Il ciclo idrologico

è all’origine di servizi ecosistemi fondamentali

Perch è importante

R. RigonR. Rigon

!22

Venere Terra Marte

96.5% CO2 3.5% N2

93.5% CO2 2.7% N2

78 % N2 31% O2

Ma

Più di quel che crediamo

R. Rigon

Gli altri pianeti hanno un’atmosfera molto diversa

R. Rigon

!23

Gli studi che riguardano la fotosintesi dicono che

O2

è prodotta dalle piante che “rompono” la molecola d’aqua, mentre il

biossido di carbonio viene fissato dalle piante.

Quindi è la presenza di vita che crea l’atmosfera e il ciclo idrologico della Terra come li conosciamo oggi

R. RigonR. Rigon

Perché è tutto un sistema

!24

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Tempo prima del presente in milioni di anni (Gyears)

Concentrazione dell’ossigeno nell’atmosfera

R. Rigon

Perche è tutto un sistema, acqua e vita

!25

Le querce del 2010 avevano adesso dieci anni ed erano più alte di me e di lui. Lo spettacolo

era impressionante.

…..

Pouffier mi mostrò i boschetti di betulle che datavano a cinque anni prima, cioè al 1915 …

le aveva piantate in tutti i terreni dove sospettava, a ragione, che ci fosse umidità quasi

a fior di terra.

Jean Giono (L’uomo che piantava gli alberi*)

R. Rigon

Capendo il quale …

!26

Abbiamo abbastanza acqua ?

per bere

per la produzione di cibo

7.000.000.000 di persone

R. Rigon

avremo abbastanza acqua

!27

Quanta acqua consumiamo ?

circa

Una quantità minore dell’intero ciclo (111.000 km3 all’anno) !

7.000.000.000.000 m3

all’anno

= 7.000 km3

R. Rigon

per tutti

!28

La risorsa non è distribuita uniformemente

R. Rigon

Anche se, non è così semplice

!29

5th International ConferenceWATER IN THE ALPS - AND BEYOND

Adapting alpine and mountain river basins to climate change

Trento Sept. 25th – 26th,

2014

Martin

Beniston

Univ. Geneva

Upstream-downstream links

Rhone Basin

>15 million

Rhine Basin

>50 million

Po Basin

>15 million

Danube Basin

>80 million

Beniston, V Alpine Convention Water Conference, 2014

Dalle montagne nasce il 60% dei fiumi

R. Rigon

Le montagne hanno un ruolo particolare

!30

Il processo aveva l’aria, d’altra parte, di funzionare a catena.

… ridiscendendo al villaggio , vidi scorrere dell’acqua in ruscelli che, a memoria d’uomo

erano sempre rimasti secchi.

Jean Giono (L’uomo che piantava gli alberi*)

R. Rigon

Cerchiamo di capirlo

!31

Ma siamo veramente in grado di capire se l’utopia di Giono può funzionare davvero ?

situazione di pericolooperedidifesa

frane

stato del bosco

uso agricoloestensificazione

scoglimento del ghiacciaio

degradazione del permafrost

uso agricolointensificazione ecologia

pesca

acqua potabile

caccia

prese d‘acquabacino di ritenuta

diga

A. Zisch, 2013

R. Rigon

Ancora non ci siamo

!32

Allo stato presente possiamo misurare

Il fiume Adige

e magari rendere i dati “Open”

R. Rigon

Ma ci siamo vicini

!33

Produrre nuove categorie di modelli idrologici Entropy 2014, 16 3484

Figure 1. Quantification of the entropy or exergy budgets in the Critical Zone at differentspatial scales.

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R. Rigon

Ma ci siamo vicini, vicini

!34

La grande, importante e assai discussa domanda è: Come gli eventi che hanno luogo confinati nei bacini idrografici, nei suoli, nelle piante, nelle foreste, possono essere descritti dalla fisica e dalla chimica (dall’idrologia) ?

La risposta preliminare che questa presentazione vorrebbe suscitare è la seguente: C’e’ una parziale abilità dell’idrologia del presente di rendere conto di questi eventi, e non c’è ragione per dubitare che essi lo possano essere sempre di più nell’imminente sviluppo di questa scienza. *

* Parafrasando What is life ? di E. Schroedinger

R. Rigon

Per questo lavorano gli idrologi

!35

Find this presentation at

http://abouthydrology.blogspot.com

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Domande ?

R. Rigon