Modellizzazione Lago Trasimeno

UNIVERSITA' DEGLI STUDI DI PERUGIA

DOTTORATO DI RICERCA IN “SCIENZE DELLA

TERRA E GEOTENOLOGIE”

XX CICLO

GEO-05

"MODELLIZZAZIONE DEL LAGO TRASIMENO"

Massimo Melillo

RELATORE:

Walter Dragoni

COORDINATORE:

Giampiero Poli

A. A. 2008/09

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A Elena...

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Ringraziamenti

Un ringraziamento particolare va alla persona che più mi ha aiutato durante lo svolgimento di

questo lavoro: il Prof. Walter Dragoni.

Ringrazio inoltre tutti i miei colleghi della Sezione di Idrogeologia e Geologia Applicata:

Daniela Valigi, Costanza Cambi, Nicoletta Prosperini, Giuseppe Vinti, Lucio Di Matteo,

Cecilia Giontella.

Un ringraziamento va anche a tutti coloro che ho conosciuto e mi hanno accompagnato in

questo bellissimo percorso, con loro ho condiviso gioie e dolori, e ho imparato tutto quello che

mi è servito a realizzare quanto ho realizzato...

4

RIASSUNTO

Il Lago Trasimeno situato nella regione Umbria (Italia Centrale) rappresenta allo stesso tempo una

risorsa economica (approvvigionamento idrico, turismo, cultura) ed ambientale (raro ecosistema di

ambiente umido), ed è per questo soggetto ad una forte pressione antropica. Quindi rappresenta un

grande interesse scientifico, che è stato focalizzato, in questo lavoro, ad uno studio idrologico ed

idrogeologico, concretizzato attraverso l’elaborazione di un nuovo modello idrogeologico a scala

mensile. Ciò è stato fatto allo scopo di approfondire le conoscenze sulla dinamica del Lago e, in

particolare, di ottenere nuove stime per alcuni parametri tuttora poco noti relativi al Lago e al suo

bacino. I parametri che si è tentato di meglio definire sono stati: uscite dal lago per evaporazione e

prelievi artificiali, evapotraspirazione reale dal bacino, coefficiente di deflusso del bacino, ripartizione

deflusso superficiale-sotterraneo.

Il modello idrogeologico mensile, che costituisce la parte principale del lavoro, consiste in un codice di

calcolo scritto in Visual Basic, che elabora il bilancio idrogeologico del Lago e ne simula le variazioni

di livello. La calibrazione è stata effettuata sui dati del periodo 1984-2006. Si ritiene che questo

modello rappresenti un miglioramento rispetto ad altri modelli precedentemente sviluppati

essenzialmente perché esso fornisce una migliore descrizione dei processi fisici che avvengono nel

sistema. Il modello LAGO ha fornito buone simulazioni delle variazioni di livello del lago. In

particolare per le uscite dal Lago dovute a evaporazione è stato stimato un valore medio annuo di 1031

mm/anno, coerente con alcune delle stime note. Per l’evapotraspirazione reale dal bacino è stato

stimato un valore medio di 534 mm/anno, in accordo con la formula di Turc. Il coefficiente di deflusso

medio annuo e stimato in 0.26.

In questo lavoro il modello è stato applicato per prevedere l’andamento dei livelli nell’ipotesi in cui i

trends climatici già in atto nell’Italia centro-meridionale dovessero persistere; in pratica nel modello

sono state inserite serie fittizie di piogge e di temperature ricostruite sulla base dei trends climatici

sopra citati ed è stato così possibile verificare il loro impatto sui livelli del Lago Trasimeno.

5

ABSTRACT

Trasimeno Lake (Umbria Region, Central Italy) represents at the same time an economic (water supply

for local agriculture, touring and cultural heritage) and an environmental resource, since it can be

considered a rare ecosystem of wet area. Therefore it suffers of a strong anthropic pressure. For these

reasons the Trasimeno Lake holds on a particular scientific interest, which is focused, in this work, on a

hydrologic and hydrogeologic study.

It was carried on a hydrogeological modelling of Lake Trasimeno, which was done through the

formulation of a new mathematical model based on a monthly scale. This was done for the purpose of

furthering knowledge on the dynamics of Trasimeno Lake and, in particular, in order to obtain new

estimates for a number of parameters regarding the Lake and its basin which are still relatively

unknown. The parameter that this work attempted to define better are: outflow from the Lake by

evaporation and by artificial means, then real evapotraspiration of the basin, then basin flow

coefficient, and the surface flow/underground flow percentages.

The monthly hydrogeologic model, which constitutes the main part of the work, consist of a calculation

code written in Visual Basic, which processes the Lake’s hydrogeologic balance and simulates

variation in the Lake level. The calibration was done using data of a time span ranging from 1984-

2006. This model is considered to be an improvement over other previously developed models,

essentially because it furnishes a better description of the physical processes taking place in the system.

The LAGO model provided good simulation of the variation in the Lake level. The application of

model made it possible to estimate the aforesaid previously unknown parameters, obtaining results in

part consistent with the data from previous studies and in part original. In particular, a mean value of

roughly 1031 mm/yr, consistent with some of the known estimates. For the real evapotraspiration from

the basin, a mean value of about 534 mm/yr was estimated, in accordance whit the Turc formula. For

the mean annual flow coefficient a mean value of 0.26 was estimated.

In this work the model was applied in order to forecast the changes in lake levels in the event that the

climatic trends already taking place in central-southern Italy should persist; a series of assumed

rainfalls and temperatures, reconstructed on the basis of the aforesaid climatic trends were inserted in

the model, and it was thus possible to verify their impact on the levels of Trasimeno Lake.

6

SIGNIFICATO DEI SIMBOLI USATI NEL TESTO

SIMBOLO SIGNIFICATO E UNITA’ DI MISURA

i indice del time-step (mese)

SM

ST0 capacità di campo del terreno iniziale e massima (mm)

T0 quantità di acqua presente in falda all’inizio del bilancio (mm)

A1

A2 coefficienti che controllano la variazione dell’area del bacino idrogeologico

b coefficiente che controlla la quantità di eccedenza idrica che arriva al lago

MEX coefficiente per la formula di Thornthwaite

C0 coefficiente che controlla la formazione del deflusso superficiale

C1

CN

C2

fattori di correzione dei prelievi artificiali da lago

EVLmin

EVLmax coefficienti che regolano i valori di evaporazione min e max dal lago

(SHL,ESL)lago

(SHT,EST)terra coefficienti che regolano la fase e la forma della funzione d’onda per EV e ETP

EVTmin

EVTmax coefficienti che regolano i valori di evapotrasp. potenziale min e max

EM1 coefficiente che regola gli ingressi e le uscite dall’emissario artificiale

QUICK deflusso superficiale dal bacino nel time-step (i) (mm)

Pb pioggia totale caduta nel bacino imbrifero nel time-step (i) (mm)

STOLD umidità del suolo nel time-step (i) (mm)

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SIGNIFICATO DEI SIMBOLI USATI NEL TESTO

EV evaporazione mensile (mm)

Ecc eccedenza idrica (mm)

b , a1 e a2 coefficienti formula WALDA

m indice relativo al mese

i(m) indice di insolazione mensile di Thornthwaite

t(m) temperatura media mensile (°C)

TANK1 quantità di acqua presente nel bacino imbrifero (Mm3)

TANK2 quantità di acqua presente in falda (Mm3)

Sb superficie totale del bacino (Km2)

Sl superficie totale lacustre (Km2)

Si superficie bacino idrogeologico (Km2)

Vf fabbisogni idrici prelevati dal lago Mm3

Vps volume pioggia caduta sullo specchio (Mm3)

H livello reale (m)

H’ livello simulato (m)

DH variazione livello reale (m)

DH' variazione livello simulato (m)

N numero dati

n numero di coefficienti di calibrazione

err errore standard sui livelli (m)

Cd coefficiente di deflusso

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INDICE

1 INTRODUZIONE pag. 10

1.1 Inquadramento del problema » 11

1.2 Studi precedenti » 17

1.3 Scopi e metodi della ricerca » 18

1.4 Fasi della ricerca » 19

2 INQUADRAMENTO GEOLOGICO E GEOMORFOLOGICO pag. 20

2.1 Assetto geologico » 20

2.2 Caratteristiche morfologiche del bacino del Lago Trasimeno » 21

2.3 Caratteristiche morfologiche della conca lacustre » 24

2.4 Idrografia » 27

2.4.1 Introduzione » 27

2.4.2 Idrografia naturale » 27

2.4.3 Idrografia artificiale » 28

2.5 Caratteristiche idrogeologiche delle formazioni che affiorano nel bacino del Trasimeno » 30

2.6 Struttura idrogeologica del sistema » 33

3 CARATTERISTICHE CLIMATICHE E IDROLOGICHE pag. 36

3.1 Fonti dei dati idrometeorologici » 37

3.2 Temperatura » 38

3.3 Precipitazioni » 39

3.4 Deflusso dal canale » 44

3.5 Livelli del lago » 44

4 IL MODELLO IDROGEOLOGICO MENSILE DEL LAGO TRASIMENO pag. 50

4.1 Introduzione » 50

4.2 Il modello idrogeologico del Lago Trasimeno » 51

4.3 Struttura complessiva del modello » 51

4.4 Calcolo della evaporazione dallo specchio » 56

4.5 Modulo di calcolo (calibrazione/simulazione) » 57

4.5.1 Impostazioni iniziali » 59

4.5.2 Calcolo della evaporazione dal lago e dell’ evapotraspirazione potenziale

dal bacino imbrifero » 59

9

4.5.3 Calcolo del deflusso superficiale “QUICK” » 60

4.5.4 Calcolo dell’eccedenza idrica superficiale e sotterranea » 60

4.5.5 Calcolo della quantità d’acqua mensile proveniente da falda » 62

4.5.6 Calcolo della superficie del bacino idrogeologico » 62

4.5.7 Calcolo prelievi irrigui dal Lago » 63

4.5.8 Calcolo della variazione di volume e di livello del Lago » 64

4.5.9 Minimizzazione della funzione errore » 65

5 RISULTATI DELLA CALIBRAZIONE pag. 66

5.1 Scelta della migliore calibrazione » 66

5.2 Osservazioni sui risultati ottenuti con la miglior calibrazione » 68

5.2.1 Osservazioni sul deflusso superficiale » 68

5.2.2 Capacità di campo ed evapotraspirazione reale dal bacino imbrifero » 69

5.2.3 Alimentazione sotterranea dal Lago » 70

5.2.4 Coefficiente di deflusso » 71

5.2.5 Prelievi artificiali » 73

5.2.6 Evaporazione dal Lago » 74

5.2.7 Considerazioni sull’eccedenza idrica » 74

6 APPLICAZIONI DEL MODELLO pag. 76

6.1 Stabilizzazione dei livelli ad una quota accettabile » 76

6.2 Impatto delle variazioni climatiche sul Lago Trasimeno » 78

6.2.1 Introduzione » 78

6.2.2 Applicazione del modello mensile per valutare l’influenza delle variazioni

climatiche sul Lago » 79

7 CONCLUSIONI pag. 83

7.1 Osservazioni generali » 83

7.2 Osservazioni sui risultati ottenuti » 83

7.3 Problemi aperti » 85

BIBLIOGRAFIA pag. 86

10

CAPITOLO 1- INTRODUZIONE

Il presente lavoro riguarda le caratteristiche idrogeologiche ed i problemi idrologici del Lago Trasimeno, con

particolare riguardo agli impatti che le variazioni del clima e l'attività antropica hanno e, presumibilmente,

avranno nel prossimo futuro. Tali obiettivi sono stati perseguiti tramite la modellizzazione matematica del

sistema, preceduta da uno studio bibliografico, geologico, climatico e storico. La parte del lavoro che precede la

modellizzazione è in larga parte basato sui numerosi lavori esistenti (aggiornandone i dati fino ad oggi), con

particolare riguardo a Deffenu e Dragoni (1978), Dragoni (1982), Angelini (1989), Dragoni e Evangelisti (1999),

Evangelisti (2000), Dragoni (2004).

Il Lago Trasimeno é uno dei più importanti laghi italiani. La sua rilevanza economica ed ambientale è

elevatissima, dato che rappresenta un’importante risorsa di acqua per uso potabile ed irriguo, ed é un

notevole centro turistico e culturale; il Trasimeno costituisce un raro esempio di ambiente umido, con

specie vegetali ed animali unici o molto rare. Proprio per questi motivi il Trasimeno, come del resto

tutte le zone con forte vocazione turistica, é sottoposto da svariati decenni ad una pesante pressione

antropica, molto difficile da gestire. Tale pressione, corrispondente essenzialmente ad un incremento

della popolazione nella stagione estiva, ad un allargarsi delle zone urbanizzate (con il conseguente

aumento potenziale dei carichi inquinanti), si somma all’attività agricola nel suo bacino ed al

tradizionale uso delle acque per uso irriguo e potabile: tutti questi fenomeni, dalla forte incidenza

economica e sociale, contrastano con l’irrinunciabile esigenza di mantenere un'alta valenza ambientale

del lago e del suo bacino, che deve continuare ad essere un'oasi di bellezza e serenità. Negli ultimi anni

gli effetti della pressione antropica, in condizioni normali abbastanza sotto controllo, sono stati esaltati

da una fase climatica siccitosa che ha portato ad una sensibile diminuzione dei livelli del Lago. Ciò,

oltre a creare problemi igienici e difficoltà alla navigazione, ha favorito il deterioramento qualitativo

dell’acqua del lago, con impatti negativi per l’ecosistema e le attività economiche e turistiche spondali.

L’interesse scientifico per il Lago Trasimeno, da molti anni particolarmente vivo, è dovuto quindi

essenzialmente alla precarietà del suo assetto legato soprattutto all’andamento dei livelli; in particolare,

i problemi attuali del lago riguardano i livelli bassi e la cattiva qualità delle sue acque. Il problema dei

livelli bassi si inquadra nel contesto della forte variabilità stagionale e pluriennale degli stessi in

funzione della meteorologia locale (precipitazioni e temperature), mentre il problema della cattiva

qualità delle acque è causato innanzitutto dall’ingresso di sostanze inquinanti nel lago ed è accentuato

dal fatto che tali sostanze, disciolte nelle sue acque, tendono a concentrarsi maggiormente nei periodi,

corrispondenti a livelli bassi, in cui il bilancio idrogeologico del lago è negativo (le uscite,

rappresentate essenzialmente dall’evaporazione, superano gli ingressi). Pertanto nel tentativo di

11

conservare l’integrità del Lago Trasimeno è necessario approfondire le conoscenze di questo sistema,

con particolare riguardo a quelle grandezze fisiche che non sono ancora note come per esempio

l’evaporazione dallo specchio.

1.1 Inquadramento del problema

Il Trasimeno è un lago privo di emissari naturali; negli ultimi decenni ha avuto una superficie media di

circa 121 km2 e profondità massima inferiore a 6 m. Il bacino imbrifero è impostato su litotipi

nell’insieme a bassa permeabilità (Cap. 2; fig. 2.1) e pertanto esso può essere considerato all’incirca

coincidente con il bacino idrogeologico; si può quindi assumere, in prima approssimazione, che l’acqua

che s’infiltra nei sedimenti recenti ed attuali presenti nel bacino arrivi comunque al Lago tramite la

falda idrica che lo circonda. Il problema della variabilità dei livelli non è una novità degli ultimi anni,

bensì una caratteristica della dinamica del lago, strettamente dipendente dalla situazione climatica.

La tabella 1 riporta le principali caratteristiche del Lago Trasimeno nel periodo 1984 – 2006; nel

seguito, per semplicità, si assumerà che il lago abbia la superficie costante, pari alla superficie media.

Tale comoda semplificazione é giustificata dal fatto che nel periodo considerato la superficie varia

attorno al valore medio di non più del 3%, così da introdurre un errore sostanzialmente trascurabile,

specie se confrontato con l'incertezza di altri dati.

Tabella 1. Principali caratteristiche del Lago Trasimeno (periodo 1984 - 2006).

Nome Lago Trasimeno

Superficie bacino imbrifero 383,4

Temperatura media mensile °C 14,3

Pioggia sullo specchio (mm/anno) 696

Pioggia sul bacino (mm/anno) 727

ETR (evapotraspirazione potenziale Turc) (mm/anno) 555

Area media bacino idrogeologico km2 263,39

Volume medio immagazzinato nel lago (m3) 490x106

Profondità massima al livello medio (m) 5.5

Area media specchio lacustre km2 120,49

Area max. specchio lacustre km2 124,53

Area min. specchio lacustre km2 116,52

Livello medio (m s.l.m.) 257.1

Oggi é ben noto che il clima varia non solo alla scala dei milioni di anni, ma anche a quella delle

migliaia e delle centinaia di anni (cfr. per esempio Lamb, 1982; Pinna, 1996; Dragoni, 1998; IPCC

12

2001). Per ciò che riguarda l'Italia centrale vari studi, relativi agli ultimi 3000 anni, dimostrano che vi é

stata un'alternanza di fasi mediamente con clima caldo/arido e clima freddo/umido, con differenze di

temperatura media annua attorno ad 1 - 2 °C (cf. solo per esempio Ortolani e Pagliuca, 1996; Dragoni,

1998). L'ultima fase calda é avvenuta all'incirca fra il 1000 ed il 1250 d.C. (Periodo Caldo

Medioevale); questa fase é stata seguita dalla fase fredda nota come Piccola Era Glaciale, che

convenzionalmente si fa durare dal 1450 al 1850 circa. Nell'ultimo centinaio di anni si sta assistendo ad

una fase di riscaldamento che, se dovesse durare quanto il Periodo Caldo Medioevale, dovrebbe

persistere per un centinaio d'anni, con un clima mediamente più siccitoso della fase precedente. Va

sottolineato che tali fasi hanno al loro interno una notevole variabilità, con periodi - della durata anche

di vari decenni- diversi dall'andamento complessivo. E' interessante notare che la variabilità climatica

naturale del passato getta vari dubbi sull'ipotesi che l'attuale tendenza al riscaldamento globale

dell'atmosfera sia da imputarsi per intero al cosiddetto "effetto serra", che da larga parte dei media si

considera scatenato dalle emissioni artificiali di gas serra, e non sia invece una nuova fase calda di

origine naturale, simile a quelle precedenti, che si sovrappone al riscaldamento antropico (si veda a tale

proposito Singer, 1999; Dragoni, 1998; Soon e Legates, 2004).

Il fatto che nel passato periodi caldi abbiano corrisposto in media, nell'Italia Centro-Meridionale, a

periodi meno piovosi si ritrova anche nel presente: le serie storiche strumentali di pioggia e temperatura

indicano che da un centinaio di anni é in corso una fase climatica caratterizzata da un lieve incremento

di temperatura e da un più marcato decremento della piovosità media annua, con una significativa

tendenza degli anni più caldi a corrispondere a quelli più siccitosi. Va sottolineato che non tutte le serie

di dati analizzate hanno un trend statisticamente significativo, ma quando presente esso indica, con

rarissime eccezioni, un incremento della temperatura ed una diminuzione della piovosità.

I livelli del lago Trasimeno, la cui evoluzione é stata ricostruita con buona approssimazione in alcuni

importanti lavori, a cui si rimanda per ulteriori approfondimenti (ad esempio Gambini, 1995; Cialini,

1991), hanno seguito l’andamento delle fasi climatiche, innalzandosi nei periodi umidi ed abbassandosi

nei periodi caldi. Va comunque sottolineato che anche nei periodi freddo-umidi (per esempio durante la

Piccola Era Glaciale) il livello del lago non era costantemente "elevato": la natura stesso di lago chiuso

e l'alta variabilità della piovosità implicano inevitabilmente una forte variazione di livello alla scala

annuale e pluriannuale.

Secondo alcune indicazioni, gli antichi romani tentarono di regolare i livelli del Lago Trasimeno

tramite un emissario artificiale, ma non vi sono conoscenze piuttosto complete sull'argomento. L'ipotesi

dell'esistenza di un emissario romano si basa su un'affermazione di Strabone (63 a.C.-20 d.C. ca.), che

13

considera il Trasimeno un tributario del Tevere (oggi esso é collegato al Tevere solo dagli emissari

artificiali) e dalla scoperta di tracce di opere romane, durante i lavori di costruzione dell'emissario del

XIX secolo, a S. Savino (cfr. Castellani e Dragoni, 1981; Riganelli, 2002).

Peraltro una considerazione a favore dell'esistenza di un emissario di epoca etrusca o romana é quella

che praticamente tutti i più importanti laghi dell'Italia Centrale sono stati interessati da opere di

regolazione idraulica da parte di etruschi e romani, e sembra strano che nel caso del Trasimeno ciò non

sia accaduto. Recentemente, in un importante lavoro dedicato alle trasformazioni sociali dell'area del

Trasimeno ed ai rapporti fra Perugia ed il suo Lago, é stato ipotizzato in maniera abbastanza

convincente che l'emissario romano sia esistito realmente, rimanendo in funzione sino in epoca alto

medioevale, ma che fosse ubicato non a S. Savino, ma nella parte occidentale (Riganelli, 2002). In ogni

caso solo ulteriori ricerche specifiche potrebbero chiarire la questione.

Alla fine del periodo caldo medioevale terminò per il Trasimeno una fase di livelli mediamente bassi e

le acque si innalzarono con gravissimi danni per l'assetto locale: inondazioni pluriannuali di centri

abitati e di terreno agricolo ebbero certamente effetti devastanti sull'economia locale. Per tentare di

controllare i livelli massimi attorno al 1420 Braccio Fortebraccio, Signore di Perugia, fece costruire nei

pressi di S. Savino l'emissario medioevale, oggi noto come "Emissario di Braccio" (figg. 1, 2).

Figura 2. Inizio dell’emissario di Braccio in galleria (foto Dragoni)

Figura 1. Casello di manovra sopra l’emissario medioevale (foto Dragoni).

Avendo una portata massima molto ridotta, anche a causa di difetti costruttivi e di interruzioni

continue, l'emissario di Braccio ebbe scarsi risultati sul controllo dei livelli, tanto che attorno al 1480,

sempre nel tentativo di gestire i livelli lacustri e di porre rimedio al disordine idraulico della zona,

alcuni torrenti, che almeno saltuariamente drenavano nel Trasimeno, furono deviati verso il vicino

14

Lago di Chiusi. Nonostante questi nuovi lavori, i continui interventi sull'emissario ed il coinvolgimento

di illustri esperti di idraulica (basterà citare Fontana, Maderno, Castelli e Torricelli) il livello del lago

continuò a dipendere essenzialmente dalle condizioni climatiche. Il problema dei livelli alti fu risolto

nel 1898, quando fu costruito l'emissario che, ancor oggi, impedisce che il Trasimeno arrivi a quote tali

da provocare problemi all'agricoltura ed agli insediamenti rivieraschi. Questo emissario (fig. 3), con

andamento parallelo all'emissario di Braccio, ha una portata massima teorica di 12 m3/s, di un ordine di

grandezza superiore a quella dell'emissario medioevale; esso é abbastanza efficiente nello smaltire le

piene, anche se qualche problema si può verificare nel caso di sequenze di anni molto umidi ed eventi

piovosi eccezionali (Dragoni, 1982).

Figura 3. Emissario moderno (1898) parzialmente in galleria (foto Dragoni, 1984).

A tale proposito la figura 4, relativa ad alcune settimane di acque alte dei primi anni del decennio 1980-

1990 a S. Feliciano, mostra come, in periodi ad alta piovosità, nemmeno l'emissario moderno riesce a

controllare efficacemente i livelli alti: il lago ha superato il cosidetto "zero idrometrico" posto

convenzionalmente a 257.33 m s.l.m. per alcune settimane, provocando problemi non trascurabili ai

paesi rivieraschi (allagamenti, difficoltà di smaltimento degli scarichi, ecc.). In altri termini, pur se

attualmente sembra esservi solo un problema di siccità ed acque basse, esiste anche un problema

15

strisciante di possibili piene. La figura 5 mostra il lago con i livelli dell'agosto 2003, nella stessa

località della figura 4.

Figura 4. Il Lago Trasimeno in piena (località S. Feliciano; primavera 1983; foto Dragoni).

Figura 5. Il Lago Trasimeno in magra (località S. Feliciano; agosto 2003; foto Dragoni).

La figura 6 riporta l'andamento dei livelli del lago a partire dal 1921. Va rilevato che i livelli del Lago

(figura 6), pur se approssimati di 2-3 cm, sono certi dal 1950 in poi; vi é invece maggiore incertezza sui

dati precedenti, perché attorno al 1950 vi é stato un cambio nel riferimento di base, e vi é la possibilità

che tutta la serie precedente il 1950 sia affetta di un errore sistematico di una trentina di centimetri

16

(Deffenu e Dragoni, 1978). In ogni caso la figura rispecchia piuttosto bene l'andamento complessivo

dei livelli e l'alta variabilità di questi, specie se questa é raffrontata con la scarsa profondità del Lago.

Figura 6. Livelli del Lago Trasimeno il primo giorno di ogni mese dal 1° gennaio 1921 al 1° agosto 2008.

La figura 6, indica inoltre come, in conseguenza soprattutto di un periodo a bassa piovosità, oltre che di

una cattiva regolazione dei volumi in uscita dall'emissario, il periodo 1950 - 1958 é coinciso con una

gravissima crisi idrica del lago, tanto che all'epoca si temette il suo prosciugamento: il minimo livello

fu raggiunto nell'ottobre del 1958, con 254.69 m s.l.m, corrispondente ad una profondità massima di

poco più di 3 m. In questo contesto é forse opportuno rilevare come l'emissario del 1898 sia

inevitabilmente una delle cause del fatto che nei periodi siccitosi il livello del lago raggiunge quote

molto basse: l'emissario, infatti, impedendo l'instaurarsi di livelli alti, impedisce al lago anche di

accumulare acqua nei periodi piovosi (si veda il grafico in fig. 6), cosicché nei periodi siccitosi il Lago

comincia a scendere già da quote basse. In altri termini l'emissario ottocentesco limita le oscillazioni

verso l'alto, ma contemporaneamente porta verso il basso tutte le oscillazioni, con conseguenze molto

pesanti sui livelli minimi. Ancora una volta, alla fine degli anni 1950, si intervenne per cercare di

contrastare la variabilità dei livelli: il bacino imbrifero fu ampliato artificialmente, conducendo al Lago

Livelli del lago misurati il primo del mese (gennnaio 1921 - agosto 2008)

251,57

252,57

253,57

254,57

255,57

256,57

257,57

258,57

01

/01/1

92

1

01

/11/1

92

4

01

/09/1

92

8

02

/07/1

93

2

02

/05/1

93

6

02

/03/1

94

0

01

/01/1

94

4

01

/11/1

94

7

01

/09/1

95

1

02

/07/1

95

5

02

/05/1

95

9

02

/03/1

96

3

31

/12/1

96

6

31

/10/1

97

0

31

/08/1

97

4

01

/07/1

97

8

01

/05/1

98

2

01

/03/1

98

6

30

/12/1

98

9

30

/10/1

99

3

30

/08/1

99

7

30

/06/2

00

1

30

/04/2

00

5

28

/02/2

00

9

Liv

elli

de

l la

go (

m s

.l.m

.)

livelli del lago (m s.l.m.)

quota assoluta della soglia di sfioro dell'emissario (m s.l.m.)

quota assoluta del punto più profondo (m s.l.m.)

17

74.40 km2 di bacini idrografici, fra cui i torrenti che erano stati condotti al lago di Chiusi attorno al

1480.

Le figure 7 ed 8 mostrano l'assetto del Lago prima e dopo il 1960. Le opere idrauliche di ampliamento

del bacino sono reversibili, nel senso che, in caso di necessità, le portate dei torrenti deviate possono

Figura 6. Bacino del Lago prima del 1959-’60 (Dragoni, 2004). Figura 7. Attuale bacino del Lago (Dragoni, 2004).

essere ricondotte verso il lago di Chiusi. Il grafico della figura 6, mostra infine come, dopo

l'ampliamento del bacino (i canali allacciati cominciarono ad immettere acqua nel Trasimeno nel 1960-

'62), nel giro di pochi anni il lago raggiunse quello che oggi é considerato lo zero idrometrico, ossia la

quota di 257.33 m s.l.m. (1° maggio 1964). Va rilevato che tale rapido innalzamento coincise con un

periodo molto piovoso: la piovosità media annua nei cinque anni compresi fra ottobre 1953 ed agosto

1958 fu di circa 670 mm, mentre nei cinque anni successivi fu di circa 960 mm (Dragoni e Deffenu,

1978) e, come si vedrà nel seguito, senza una tale alta piovosità l'ampliamento del bacino non sarebbe

stato sufficiente ad innalzare i livelli del Lago.

1.2 Studi precedenti

Numerosi sono i lavori pubblicati sul lago Trasimeno eseguiti dagli anni ’20 ad oggi, la maggior parte

dei quali relativi agli aspetti idrologico-idraulici. Tra i principali realizzati su questi aspetti, si possono

18

citare quelli di Luiggi e Ugolini (1928), Frosini (1930,1958), Arredi (1959), consorzio di Bonifica

(1960, 1969, 1975), Deffenu e Dragoni (1978), Dragoni (1982), Evangelisti (2002). Caratteristica

comune a questi lavori è quella di prendere in esame il problema dei livelli e il bilancio idrogeologico

del lago e tentare di definire meglio le componenti non note di quest’ultimo. Uno studio molto

approfondito è stato quello eseguito dall’Italconsult per conto del Ministero dell’Agricoltura e Foreste

(1977), che prende in esame, oltre agli aspetti idrogeologici e idraulici, anche quelli naturalistici ed

economici. Per quanto riguarda la modellizzazione, vanno presi in esame i lavori di Angelini (1989) e

Ambrosetti et ali (1991). Altri lavori che possono essere citati sono quelli eseguiti per conto

dell’Autorità di Bacino del fiume Tevere (1993, 1998) relativamente al progetto di ampliamento del

bacino imbrifero. Nell’ambito di uno di questi studi è stato anche elaborato un modello di simulazione

dei livelli del lago (Istituto di Idraulica dell’Università degli Studi di Perugia), e un modello di

simulazione a scala mensile Evangelisti (1999). Recentemente sono stati fatti studi più approfonditi

sulla batimetria del lago attraverso indagini geofisiche (Pauselli et alii; 2006); continua, inoltre, da

parte del Gruppo di Lavoro Idrogeologia del Dipartimento di Scienze della Terra, la raccolta di dati

sperimentali al campo vasche in località S. Savino sul Lago per lo studio delle variazioni di

evaporazione ed evapotraspirazione in sistemi con e senza canneto.

1.3 Scopi e metodi della ricerca

La ricerca sviluppata riguarda la modellizzazione idrogeologica del Lago Trasimeno; l’obiettivo di

questa ricerca è quello di approfondire le conoscenze sulla dinamica e sul bilancio idrogeologico del

Lago, e più precisamente:

1. portare un contributo alle conoscenze sull’idrogeologia, con particolare riguardo alle componenti

poco note del bilancio (i.e. evaporazione, evapotraspirazione reale dal bacino imbrifero, separazione

deflusso superficiale – deflusso sotterraneo, prelievi artificiali da falda e dallo specchio lacustre);

2. simulare il processo di trasformazione afflussi-livelli lacustri a scala mensile attraverso un modello

matematico;

3. applicare il modello sia per ottenere nuove stime delle componenti incognite del bilancio che per

simulare gli effetti sui livelli lacustri di ipotetiche condizioni climatiche e gestionali differenti dalle

attuali.Per realizzare questi obiettivi è stato messo a punto un modello mensile di simulazione dei livelli

del lago, variante di una serie di modelli già utilizzati precedentemente in altri lavori, e basato sul

calcolo mese per mese del bilancio idrogeologico del sistema.

19

Il modello si colloca in una posizione intermedia fra un modello “fisicamente basato” ed un modello “a

scatola nera”.

1.4 Fasi della ricerca

Il presente lavoro è stato condotto attraverso le seguenti fasi.

1. Caratterizzazione geologica e geomorfologia del sistema Lago Trasimeno.

Questa prima fase è stata svolta sia sulla base della cartografia e bibliografia esistenti sia sulla base di

nuove verifiche effettuate in campagna nel corso della ricerca.

2. Ricerche bibliografiche effettuate al fine di definire lo stato attuale delle conoscenze.

In particolare è stata posta l’attenzione sul problema dei livelli, sul bilancio idrogeologico e sul

problema della stima dell’evaporazione dal Lago Trasimeno.

3. Raccolta, aggiornamento e validazione dei dati relativi a:

• pluviometria e termometria dell’area in esame;

• livelli del lago;

• portate defluite dall’emissario artificiale;

• prelievi artificiali dal lago, dalla falda e dal reticolo idrografico presente all’interno del bacino

imbrifero del Trasimeno;

• piezometria della falda freatica che alimenta il lago;

4.Analisi statistica di base dei dati I/O a disposizione;

5.Messa a punto del nuovo modello idrogeologico mensile (LAGO) per la simulazione delle variazioni

di livello del lago;

6.Calibrazione e validazione del modello sulla base dei dati della serie storica 1966-2006;

7.Risultati ottenuti dal modello.

20

CAPITOLO 2 - INQUADRAMENTO GEOLOGICO E GEOMORFOLOGICO

2.1 Assetto geologico

I lavori geologici sul bacino del Trasimeno sono molto numerosi ed a questi si rimanda per

approfondire le informazioni riguardo l'evoluzione sedimentologica e tettonica (Carta Geologica

d’Italia, Foglio 122; Colacicchi, 1974; Dallan e Nardi, 1975; Elter, 1972; Dragoni, 1974; Barchi et alii,

2007). Ai fini della presente tesi è sufficiente fare riferimento allo schema geologico di figura 2.1,

sostanzialmente confermato da numerosi controlli sul campo. La carta mostra come il bacino del Lago

Trasimeno insiste su formazioni nel complesso poco o mediamente permeabili. I principali affioramenti

sono rappresentati da due unici litotipi:

1) sedimenti emipelagici e torbiditici oligo – miocenici;

2) sedimenti marini e fluvio - lacustri plio - pleistocenici.

Figura 2.1. Schema litologico del bacino del Lago Trasimeno (da Dragoni, 1982). 1) Formazioni torbiditiche oligo–mioceniche: Argille Varicolori, Arenarie del Trasimeno, Calcareniti di Castiglione del Lago, Scisti argillosi e Marne Varicolori di Sanfatucchio e Pietreto; 2) Sedimenti marini pliocenici; 3) Sedimenti fluvio–lacustri plio pleistocenici; 4) Depositi alluvionali olocenici; 5) Bacino imbrifero naturale del Lago Trasimeno, fino al 1963; 6) Bacini allacciati artificialmente all’inizio degli anni ’60.

21

2.2 Caratteristiche morfologiche del bacino del Lago Trasimeno

Il bacino imbrifero del Lago Trasimeno occupa una vasta area del settore centro-occidentale

dell’Umbria ed è compreso fra il bacino del Fiume Tevere e quello del Fiume Arno, ad una quota

media di 290 m s.l.m.. Lo stesso bacino è situato nel territorio della Provincia di Perugia, nei comuni di

Tuoro sul Trasimeno, Castiglione del Lago, Passignano e Panicale.

Prima del 1960, l’estensione del bacino imbrifero naturale del Trasimeno, specchio compreso, era di

309 km2. All’inizio degli anni ’60, il bacino è stato ampliato a causa di una grave crisi idrica

verificatasi tra la prima metà degli anni ’40 e la fine degli anni ’50: durante questi anni il livello del

Lago scese continuamente e nel 1958 la massima profondità raggiunse 2.93 m (fig. 2.2.1).

L’ampliamento del bacino imbrifero venne effettuato attraverso l’immissione nel Lago dei torrenti

Moiano, Maranzano, Tresa e Rio Maggiore, gli ultimi due già deviati artificialmente verso la Val di

Chiana (Dragoni, 1984); nella tabella 2.2.1 vengono riportate le superfici dei bacini dei torrenti

allacciati artificialmente all’inizio degli anni ’60.

Tabella 2.2.1 Superfici dei bacini allacciati artificialmente all’inizio degli anni ’60.

Superficie dei bacini allacciati artificialmente (km2)

Torrente Moiano + Torrente Maranzano 28.7 Torrente Rio Maggiore 20.5

Torrente Tresa 25.2 Totale 74.4

Figura 2.2.1. Livelli del Lago Trasimeno.

Livelli del lago misurati il primo del mese (gennaio 1921 - aprile 2006)

251,57

252,57

253,57

254,57

255,57

256,57

257,57

258,57

ge

n-2

1

se

t-2

3

giu

-26

ma

r-2

9

dic

-31

se

t-3

4

giu

-37

ma

r-4

0

no

v-4

2

ag

o-4

5

ma

g-4

8

feb

-51

no

v-5

3

ag

o-5

6

ma

g-5

9

ge

n-6

2

ott

-64

lug

-67

ap

r-7

0

ge

n-7

3

ott

-75

lug

-78

ma

r-8

1

dic

-83

se

t-8

6

giu

-89

ma

r-9

2

dic

-94

ag

o-9

7

ma

g-0

0

feb

-03

no

v-0

5

ag

o-0

8

Liv

elli

de

l la

go

(m

s.l.m

.)




22

Quindi, l’area dell’attuale bacino imbrifero del Trasimeno, specchio compreso, è pari a 383.4 km2. La

figura 2.2.2 illustra l’attuale assetto del bacino imbrifero del Lago, mentre la tabella 2.2.2 riassume i

dati morfometrici relativi allo stesso. E’ da rilevare che le opere di allaccio dei quattro torrenti sono

reversibili: in caso di necessità è possibile, agendo su alcune paratoie mobili, inviare tutta o parte

dell’acqua dei torrenti allacciati verso il Lago di Chiusi.

Figura 2.2.2. Attuale assetto del bacino imbrifero del Trasimeno. Legenda: 1) Bacino imbrifero naturale; 2) Bacini allacciati; artificialmente; 3) Paratoie dell’opera di presa. Tabella 2.2.2. Dati di base riguardanti la morfologia del bacino imbrifero del Lago Trasimeno.

Quota assoluta media del bacino imbrifero (m s.l.m.) 290

Area del bacino imbrifero naturale, specchio compreso (km2) 309

Area dei bacini allacciati artificialmente all’inizio degli anni ’60 (km2) 74.4

Area totale dell’attuale bacino imbrifero, specchio compreso (km2) 383.4

23

Dall’analisi morfologica emerge una situazione diversa per quanto riguarda la zona nord-orientale e

parte di quella meridionale del bacino rispetto alla fascia occidentale dello stesso. Mentre infatti a nord,

ad est e parzialmente a sud sono presenti i rilievi montuosi con le quote più elevate ed i pendii più

ripidi, intorno a tutto il resto del Lago si hanno forme collinari di modesta altitudine, a morfologia

dolce e con lievi pendenze (Carollo, 1969).

Nella zona settentrionale, accanto ai rilievi, si hanno anche zone piuttosto ampie a debole pendio e

talvolta quasi pianeggianti; nei pressi di Passignano le colline si trovano molto prossime alle rive del

Lago, che determinano così un impluvio a forte inclinazione. L’arco montuoso, situato nella parte

settentrionale del bacino, è caratterizzato dalle più alte cime della regione; tra queste, le maggiori sono:

Monte Girella (462 m), Poggio Capanne (597 m), Monte Castelluccio (747 m), Monte Castiglione (802

m), Poggio Bandito (635 m) e Colle Torre Civitella (607 m). La zona rimanente della fascia orientale

supera i 500 m soltanto con il Monte Castiglionaccio (522 m) e con il Monte Marzolana (585 m),

mentre i rimanenti rilievi raggiungono quote intorno ai 400 m.

Diversa è la morfologia della regione occidentale del bacino del Trasimeno, come già accennato

precedentemente, caratterizzata da una serie di colline che si estende da Petrignano a Gioiella ed

allungata in direzione NNO-SSE; si tratta di un crinale a modesta altitudine, inferiore ai 400 m,

costituito da un pendio più pronunciato verso la parte esterna del bacino (Carollo, 1969).

La causa di questa situazione morfologica è da attribuire ai diversi fenomeni tettonici che hanno dato

origine ai rilievi, rispettivamente nelle zone occidentali ed orientali del bacino del Lago Trasimeno.

Infatti nel primo caso sono intervenuti movimenti di orogenesi poco accentuati, mentre nel secondo

caso i sedimenti oligocenici sono stati interessati da più complessi e pronunciati movimenti tettonici, i

quali hanno presentato il loro massimo sviluppo durante il Miocene, quando presero forma le attuali

strutture appenniniche. Inoltre non si può escludere che a determinare le attuali situazioni morfologiche

hanno contribuito anche le differenti caratteristiche litologiche delle due zone in questione (Carollo,

1969).

Infine la figura 2.2.3 mostra la curva ipsografica della parte emersa del bacino del Trasimeno e in essa

si può vedere che più del 90% del territorio si trova a quote comprese tra i 260 m ed i 500 m s.l.m.,

mentre la parte rimanente è posta tra le quote di 500 m e 800 m s.l.m..

24

Figura 2.2.3. Curva ipsografica della parte emersa del bacino del Lago Trasimeno (da Carollo, 1969).

2.3 Caratteristiche morfologiche della conca lacustre

Il Trasimeno, con una superficie media di 121.3 km2, è il quarto lago italiano come superficie ed è

situato nella regione Umbria, in provincia di Perugia. Le sue coordinate geografiche, riferite al centro

del lago, sono rispettivamente: 43° 09’ Latitudine Nord e 12° 06’ Longitudine Est Greenwich (fig.

2.3.1).

Figura 2.3.1. Localizzazione geografica del Lago Trasimeno.

25

Lo specchio lacustre occupa una posizione eccentrica, rispetto all’intero bacino imbrifero, essendo

l’area emersa molto più sviluppata nella parte occidentale che in quella orientale; il Trasimeno presenta

una forma subcircolare, con un indice di sinuosità piuttosto prossimo all’unità, pari a 1.34. La bassa

sinuosità è interrotta da quattro profonde insenature che rendono articolate le rive: la prima insenatura

si estende dal promontorio di Passignano alla penisola di Castiglione del Lago ed è denominata

Borghetto; la seconda va da Castiglione del Lago a San Savino ed è detta Macchia Tonda; la terza

insenatura è compresa tra San Savino e Monte del Lago ed è denominata La Valle mentre l’ultima,

detta Torricella, si estende da Monte del Lago a Passignano.

Nello specchio lacustre sono presenti tre isole: Polvese (0.644 km2), Maggiore (0.232 km2) e Minore

(0.064 km2); esse interessano complessivamente un’area di 0.94 km2, pari allo 0.86% dell’intera

superficie. L’Isola Polvese è costituita prevalentemente da arenarie alle quali si sovrappongono nella

porzione meridionale strati di calcari; l’Isola Maggiore è costituita da banchi arenacei con

intercalazioni marnose, mentre l’Isola Minore è caratterizzata da calcari selciferi e marne (Carollo,

1969).

Con riferimento alla situazione media degli ultimi trent’anni (1966–2006), la profondità massima del

lago è attorno a 5.4 m il suo perimetro è di 53.1 km; la larghezza massima dello specchio, riferita alla

congiungente insenatura di Borghetto e di S. Savino è di 16.5 km; la larghezza minima, compresa tra i

promontori di Monte del Lago e Castiglione del Lago, è di 8.5 km (Carollo, 1969).

Figura 2.3.2. Curve ipsografiche delle superfici e dei volumi per il Lago Trasimeno.

Curva Ipsografica Lago

0

20

40

60

80

100

120

140

251,0 252,0 253,0 254,0 255,0 256,0 257,0 258,0 259,0 260,0 261,0Livelli H (m.s.l.m.)

Are

e (

km

2)

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

Vo

lum

i (M

m3)

areevolumi

26

La figura 2.3.2, ripresa da Carollo (1969), riporta superficie e volume del Lago in funzione del livello

dello specchio, riferito al livello medio del mare.

L’aspetto generale della conca lacustre è quello di una cuvetta piatta, con il fondo caratterizzato da una

lieve pendenza verso la zona centrale ove si trova la massima profondità, attraverso una ristretta fascia

sommersa a pendio abbastanza pronunciato. Questa particolare morfologia, unitamente alla scarsa

profondità e all’ampiezza della superficie, hanno fatto sì che il Trasimeno venisse definito un lago

“piatto” o “laminare”; Si tratta inoltre di un lago chiuso cioè privo di emissari naturali.

Il Lago Trasimeno presenta una vasta area coperta da canneto (foto 2.3.1), costituito prevalentemente

da Phragmites australis, che complessivamente interessa una superficie di circa 10.48 km2, la maggior

parte del quale è localizzato nella zona meridionale del Lago. Il canneto, che sovente si spinge al largo

per qualche centinaio di metri, ricopre l’8% circa della superficie dello specchio, dando così al

Trasimeno un caratteristico aspetto palustre, che lo differenzia nettamente dai laghi vulcanici dell’Italia

centrale (cfr. Dragoni, 1982).

Foto 2.3.1 Vista del canneto da S. Savino (sponda sud - orientale; foto Melillo, 2005).

Nella tabella 2.3.1 sono riportati i dati morfometrici e idrologici del Lago Trasimeno.

27

Tabella 2.3.1. Principali parametri morfometrici del Lago Trasimeno aggiornati al 2006.(da Dragoni ed Evangelisti, 1997). 1 – Carollo, (1969); 2 – Evangelisti, (2003); 3 – valori ricavati da elaborazione dei dati del periodo 1963–2006.

Indice di sinuosità1 1.34

Grado di incavamento1 0.75

Larghezza massima (km)1 16.5

Larghezza minima (km)1 8.5

Perimetro del lago1 53.1

Pendenza del fondo2 (%) 1

Livello medio3 (m s.l.m.) 257

Area media dello specchio3 (km2) 121.3

Volume medio3 (m3/106) 482.3

Livello minimo3 (m s.l.m.) 255.53

Area minima dello specchio3 (km2) 116.2

Volume minimo3 (m3/106) 306

Livello massimo3 (m s.l.m.) 257.83

Area massima dello specchio3 (km2) 124.2

Volume massimo3 (m3/106) 518.9

Rapporto tra area media del bacino asciutto naturale e area media dello specchio3 1.55

Rapporto tra area media del bacino asciutto complessivo e area media dello specchio3 2.16

Profondità media (rapporto tra volume medio e area media)3 (m) 4

Profondità massima quando il lago è alla quota media (m)3 5.4

2.4 Idrografia

2.4.1 Introduzione

Il reticolo idrografico, in un bacino poco esteso come quello del Trasimeno, presenta uno sviluppo

modesto. I corsi d’acqua sono di limitata entità e, anche per la bassa permeabilità delle formazioni

presenti, hanno carattere torrentizio. Il complesso idrografico del bacino del Lago Trasimeno può

essere distinto in due parti: una di origine naturale ed una di origine artificiale.

2.4.2 Idrografia naturale

I principali corsi d’acqua che defluiscono nel Lago, con le relative lunghezze delle aste, sono riportati

nella tabella 2.4.1.

28

Tabella 2.4.1. Principali immissari con le relative lunghezze delle aste (da Comunità Montana “Monti del Trasimeno”, 2002).

Fosso Paganico (km) 10.3

Rio Pescia (km) 9.1

Fosso Macerone (km) 5.8

Fosso La Treve (km) 5.6

Torrente Rio (km) 5.4

Fosso Nuovo (km) 2.7

Fosso Est Poggio Colle Torre Civitella (km) 2.7

Fosso Ovest Poggio Colle Torre Civitella (km) 2.6

I torrenti che presentano la maggiore lunghezza delle aste sono il Fosso Paganico ed il Rio Pescia, i

quali scorrono nell’area occidentale del bacino del Lago caratterizzata dalla maggiore estensione.

Questi due torrenti presentano un decorso particolare: dopo essere discesi dalle colline di Pozzuolo e

Petrignano, essi si orientano inizialmente in direzione NNW -SSE, per poi deviare bruscamente verso

ENE e raggiungere infine lo specchio lacustre. La maggior parte del loro tracciato si svolge

parallelamente alla linea di costa, dando luogo ad un sistema idrografico asimmetrico, con gli affluenti

disposti più nel versante destro che in quello sinistro del loro bacino. Questa caratteristica può forse

essere attribuita alla presenza dei rilievi di Madonna Del Vitellino e dell’abitato di Pescia che

ostacolarono il decorso parallelo alla riva dei due corsi d’acqua, obbligandoli a deviare in modo brusco

verso il lago (Carollo, 1969).

Nella parte settentrionale del bacino del Lago si localizzano gli altri tre torrenti principali dell’area: il

Fosso Macerone, Il Fosso La Treve ed il Torrente Rio. Essi presentano un andamento piuttosto

rettilineo, obbligati anche dalla notevole pendenza dei rilievi che circondano il Lago. Questi corsi

d’acqua hanno una forte velocità di corrente e conseguentemente una notevole capacità di trasporto

solido; infatti, nella parte settentrionale del bacino del Trasimeno sono presenti i più cospicui apparati

deltizi di tutto il perimetro del Lago: quelli del Fosso Macerone, per esempio, hanno dato origine al

fertile piano di Tuoro sul Trasimeno (Carollo, 1969).

2.4.3 Idrografia artificiale

L’idrografia artificiale è legata ai bacini allacciati a quello naturale del Lago Trasimeno all’inizio degli

anni ’60 e all’emissario costruito nel 1898.

29

I sistemi imbriferi dei torrenti Rio Maggiore, Tresa, Moiano e Maranzano sono situati nel settore

meridionale del bacino del Trasimeno; tali corsi d’acqua furono addotti al Lago mediante la costruzione

del Fosso Anguillara (foto 2.4.1), un canale artificiale a debole pendenza che solca la pianura di

Macchie – Panicarola raggiungendo il Trasimeno in corrispondenza della costa sud – occidentale.

Foto 2.4.1. Il canale Anguillara alla confluenza con il Lago Trasimeno (foto Melillo, 2005).

L’incile dell’emissario artificiale del Trasimeno è ubicato sulle sponde orientali del Lago, presso S.

Savino e, dopo aver attraversato la pianura di Magione ed aggirato il colle di Monte Sperello,

confluisce nel Torrente Caina, a sua volta tributario del Fiume Nestore (fig. 2.4.1).

Figura 2.4.1. Percorso dell’emissario artificiale.

30

Il canale ha una lunghezza di 7314 m, di cui 896 m in galleria; una diga in muratura, costruita fra

l’incile ed il percorso sotterraneo, costituisce il sistema di regolazione del livello del Lago (foto 2.4.2).

Nella diga stessa furono ricavate due aperture, dette “occhi”, munite di paratoie mobili che servivano

ad alimentare alcuni mulini posti lungo l’emissario e ad irrigare la pianura di Magione; da alcuni

decenni gli “occhi” sono chiusi.

Foto 2.4.2. La diga in muratura, munita di paratoie mobili, posizionata fra l’incile e l’entrata in galleria dell’emissario (foto Melillo, 2005).

La portata massima teorica del nuovo canale emissario è di circa 12 m3/s (secondo la formula di Kutter,

nelle condizioni del canale del tunnel all’epoca della sua costruzione); le condizioni attuali del tunnel e

dei canali a valle di esso impongono, comunque, un rilascio inferiore ai 7-8 m3/s. La soglia di sfioro

fino all’aprile del 1983 era a quota 257.33 m s.l.m.; nell’aprile 1983 è stata innalzata a 257.50 m s.l.m.;

comunque la quota di 257.33 m s.l.m. rappresenta tuttora lo zero idrometrico dei livelli del Lago.

2.5 Caratteristiche idrogeologiche delle formazioni che affiorano nel bacino del Trasimeno

Nel bacino del Lago Trasimeno si possono distinguere, in base alle caratteristiche idrogeologiche, tre

unità principali (Dragoni, 1982).

1. terreni più antichi appartenenti alla “Falda del Trasimeno” (Eocene inferiore–Miocene medio).

2. depositi fluvio – lacustri del Plio – pleistocene.

31

3. depositi alluvionali recenti (Olocene).

1. Le formazioni oligo – mioceniche appartenenti al “Dominio Toscano” (Argille Varicolori,

Arenarie del Trasimeno, Calcareniti di Castiglione del Lago e Scisti argillosi e Marne

Varicolori di Sanfatucchio e Pietreto) sono caratterizzate da una bassa permeabilità (Deffenu e

Dragoni, 1978). Tale assunto viene confermato anche da uno studio idrogeologico, effettuato

nel 2001, il quale costituisce la parte integrante di una richiesta di concessione per

l’utilizzazione dell’acqua derivata da un pozzo a scopo industriale situato in località Pucciarelli,

a sud di Castiglione (fig. 2.5.1).

Figura 2.5.1 Località Pucciarelli (da Google Earth, 2008).

La stratigrafia del pozzo è stata così schematizzata:

2. livello 1, dal piano di campagna a 0.6 m (di profondità): terreno vegetale di natura limosa.

3. livello 2, da 0.7 m a 18 m (di profondità): limi argillosi color tabacco.

4. livello 3, da 18 m a 45 m (di profondità): argille limose.

5. livello 4, da 45 m (di profondità in poi): Formazione delle Arenarie del Trasimeno costituita da

alternanze di strati arenacei e calcarenitici (competenti) e strati marnoso – argillosi (duttili). Gli stati

in esame presentano spessori variabili ed, in particolare, gli strati marnosi sono più spessi di quelli

arenacei e calcarenitici.

32

La falda captata dal pozzo in questione è localizzata ad una profondità di 45 m dal piano di campagna

ed è caratterizzata da letti calcarenitici ed arenacei aventi una potenza complessiva di 9 m, e confinati

superiormente ed inferiormente da letti marnosi a bassissima permeabilità. La falda, dato il

confinamento degli strati, non presenta superiormente ed inferiormente fenomeni rilevabili di drenanza

con altre falde contigue.

Per la determinazione delle caratteristiche idrauliche della falda è stata effettuata una prova di

pompaggio della durata di 3 h alla portata costante di 6.6 l/s. I dati degli abbassamenti registrati nel

pozzo hanno permesso di ricavare un valore di trasmissività attorno a 1.3 * 10-4 m2/s tramite

l’equazione di Theis in regime di non equilibrio. La permeabilità risulta è di 1.5 * 10-5 m/s calcolata

per uno spessore saturo di 9 m.

Ciò indica che, in generale, le formazioni torbiditiche che affiorano nei vari settori del bacino del Lago

Trasimeno sono caratterizzate, almeno localmente, da una permeabilità medio alta. Tuttavia, alla macro

scala la presenza di interstratificazioni argillose ed argilloscistose genera una bassa permeabilità

d’insieme; essa è confermata dal fatto che, nell’area dove esse affiorano, mancano sorgenti con portata

notevole (Dragoni, 1982).

2. La seconda unità idrogeologica è rappresentata dai depositi fluvio – lacustri del Plio – pleistocene

che affiorano nel settore occidentale del bacino del Lago. Tali sedimenti presentano una notevole

potenza e sono costituiti da ghiaie, sabbie e sabbie limose, accompagnati localmente da una matrice

siltosa o argillosa. La permeabilità per porosità di questa formazione è piuttosto bassa e la circolazione

idrica è localizzata solamente nelle lenti sabbiose e ghiaiose in cui la matrice argillosa è più scarsa

(Dragoni, 1982).

3. Attorno al Lago Trasimeno e lungo le aste del reticolo idrografico si distinguono i depositi

alluvionali fluvio – lacustri recenti ed attuali, i quali rappresentano la terza unità idrogeologica. Sotto il

profilo litologico tali sedimenti sono costituiti da ghiaie, sabbie e limi come i precedenti ma i terreni

ghiaiosi e sabbiosi presentano, a volte, una scarsa matrice limoso argillosa. Ciò influenza la

permeabilità che localmente può raggiungere valori medio – alti (Dragoni, 1982).

Per quanto riguarda le unità idrogeologiche 2 e 3 non è stato possibile reperire, presso i vari enti

pubblici (Provincia di Perugia, A.R.P.A, ecc.), delle prove di emungimento necessarie alla

determinazione della permeabilità dei sedimenti fluvio – lacustri e dei depositi alluvionali. Nel

complesso, però, i depositi che costituiscono le unità 2 e 3 sono caratterizzati da una permeabilità

33

variabile localmente secondo la granulometria e, in base ad alcune stime effettuate in lavori precedenti

(Ministero dell’Agricoltura e delle Foreste, 1977; Angelini, 1989), la permeabilità media dei sedimenti

pliocenici e pleistocenici sembra compresa tra 10-4 e 10-5 m/s. Nelle unità idrogeologiche 2 e 3 si è

impostata una falda freatica, molto superficiale, che circonda tutto il Lago Trasimeno e che deriva

dall’infiltrazione diretta delle acque meteoriche.

2.6 Struttura idrogeologica del sistema

Nel corso di questo lavoro è stata eseguita una campagna di misure freatimetriche allo scopo di

aggiornare le piezometrie esistenti e di chiarire i rapporti tra bacino imbrifero e bacino idrogeologico

del Lago Trasimeno.

La campagna piezometrica è stata eseguita nella prima metà del mese di maggio 2005 (Gnucci, 2005),

cioè nel momento dell’anno che dovrebbe corrispondere al massimo piezometrico della falda. Le

indagini di campagna si sono sviluppate attraverso un censimento dettagliato, riportato su carte

tecniche in scala 1: 10.000 e successivamente su apposite schede precedentemente predisposte, delle

opere di captazione realizzate in tutto il bacino imbrifero del Lago. Sono stati censiti 218 pozzi

prevalentemente utilizzati ad uso domestico, generalmente non potabile, e relativo ad innaffiamento di

orti e giardini. La figura 2.6.1 (Gnucci e Melillo, 2005), illustra l’ubicazione di tutti i 218 pozzi in cui è

stato misurato il livello statico della falda.

Le misure piezometriche sono state eseguite in pozzi perforanti esclusivamente i depositi alluvionali

recenti ed i depositi fluvio – lacustri plio – pleistocenici nei quali si è impostata la falda freatica molto

superficiale. Quasi la totalità dei pozzi presenta, infatti, profondità compresa tra i 3 e i 10 m, mentre

una piccola minoranza degli stessi raggiunge i 30 m di profondità. Pozzi così profondi sono stati

misurati presso i centri abitati di Vaiano, Gioiella, Pozzuolo e Petrignano che sorgono sulle colline che

delimitano ad ovest il bacino del Lago Trasimeno. Sono stati presi in considerazione anche pozzi

ubicati al di fuori del bacino imbrifero del Trasimeno, in particolare nel settore occidentale e sud-

occidentale dello stesso poiché in passato i rapporti tra spartiacque superficiale e spartiacque

sotterraneo erano rimasti ancora poco chiari rispetto al resto del bacino.

34

Figura 2.6.1. Carta dell’ubicazione dei 218 pozzi in cui è stato misurato il livello statico della falda (maggio 2005). Al termine di questa campagna piezometrica, in base alle misure dei livelli statici riscontrati nei 218

pozzi, è stato ricostruito l’andamento piezometrico della falda freatica. La rappresentazione grafica dei

dati rilevati è stata riportata nel grafico in figura 2.6.2 (Gnucci e Melillo, 2005).

Figura 2.6.2. Rappresentazione grafica dei dati della campagna piezometrica di maggio 2005. Le coordinate geografiche sono espresse nel sistema di riferimento UTM WGS 84, fuso 33. L’equidistanza fra le curve piezometriche è di 5 m. L’area colorata in marrone: torbiditi oligo – mioceniche a bassa permeabilità.

Direzioni di Direzioni di Direzioni di Direzioni di

35

L’interpretazione di tale grafico, insieme a quanto già noto in letteratura, ha portato alle seguenti

conclusioni:

1. Le curve piezometriche si mantengono sempre ed ovunque a quote superiori al livello del Lago

e ciò significa che la falda lo alimenta in tutta la sua fascia perimetrale, drenando le acque

meteoriche del suo bacino scolante. Lo stesso risultato era stato ottenuto nella campagna

piezometrica eseguita nel mese di maggio 1998 (Evangelisti, 2003). La stessa autrice, inoltre,

ha condotto anche una campagna di misure freatimetriche nel mese di agosto 1999, periodo

dell’anno che dovrebbe corrispondere al minimo piezometrico della falda, e i risultati ottenuti

hanno confermato che anche durante tale periodo le isofreatiche si mantengono sempre a quote

superiori a quelle dello specchio lacustre. Pertanto la falda freatica alimenta il Lago Trasimeno

in tutto il suo bacino e durante tutto l’anno e ciò porta a respingere le ipotesi secondo cui, in

alcuni settori del bacino, la falda viene alimentata dal lago. Inoltre, soprattutto nel settore

occidentale del bacino imbrifero, emerge una netta diminuzione di pendenza della falda in

prossimità del Lago. La diminuzione del gradiente nella zona circumlacuale potrebbe dipendere

dalla combinazione di vari fattori, quali una diminuzione di portata per l’emergenza della falda

lungo gli alvei dei torrenti, un aumento di permeabilità dei depositi fluvio – lacustri recenti ed

attuali rispetto a quelli del Pleistocene, e un aumento dello spessore dell’acquifero in prossimità

dello specchio (Evangelisti, 2003).

2. Dalle due campagne piezometriche, eseguite da Evangelisti negli anni 1998 -1999, era risultato

che ad ovest del lago gli spartiacque superficiale e sotterraneo non erano ovunque coincidenti.

In alcuni tratti era stato ipotizzato un deflusso sotterraneo dal bacino imbrifero del Trasimeno

verso il Lago di Chiusi e la Val di Chiana. Ma, come si può osservare nel grafico in figura 2.6.2,

ciò non sembra confermato in quanto sia ad ovest che a sud - ovest del lago gli spartiacque

superficiale e sotterraneo risultano sostanzialmente coincidenti, per cui eventuali dispersioni

d’acqua per via sotterranea verso il Lago di Chiusi e la Val di Chiana sono improbabili. Sempre

nello stesso grafico si può vedere che anche nei settori settentrionale, orientale e meridionale

del lago gli spartiacque sono più o meno coincidenti e ciò viene confermato dal fatto che in

queste zone affiorano i sedimenti torbiditici oligo – miocenici caratterizzati da una bassa

permeabilità, per cui sono da escludere anche in questi settori del bacino scambi idrici

sotterranei notevoli con altri bacini limitrofi.

36

CAPITOLO 3 - CARATTERISTICHE CLIMATICHE E IDROLOGICHE

Le caratteristiche climatiche ed idrologiche del bacino del Lago Trasimeno sono state dedotte, oltre che

sulla base della bibliografia esistente, dall’analisi dei dati idrometeorologici raccolti ed elaborati

durante le prime fasi di questo lavoro. I dati presi in considerazione sono relativi al periodo che va dal

1963 al 2006, a partire cioè da quando il bacino del lago è stato ampliato all’inizio degli anni sessanta.

Nell'ambito del problema sulla trattazione e validazione dei dati idrometeorologici nonchè su quello

delle variazioni climatiche in atto, è stato sviluppato un programma di statistica per lo studio specifico

dei trend mensili stagionali ed annui di tutte le grandezze utilizzate come dati in ingresso e in uscita dal

modello, descritto successivamente nel Capitolo 4. Questo programma si è reso necessario per

analizzare in maniera semiautomatica le serie idrometeorologiche disponibili, raggruppando i dati su

base mensile, stagionale ed annua, definendo stagioni convenzionali di vari mesi e a partire da ogni

mese. Il programma carica da files le serie storiche dei dati (nel caso specifico valori mensili di pioggia,

temperatura, prelievi, etc.), e procede successivamente al calcolo della significatività della regressione

e della correlazione lineare parametrica e non parametrica per ogni combinazione che è possibile

ottenere variando il numero di mesi (trend mensili, bimestrali, etc.) e il mese di partenza considerato.

In totale vengono considerate 144 combinazioni, e per ciascuna viene verificata l’ipotesi nulla sulla

linearità; in sintesi viene fornito il valore di probabilità per il quale un certo trend sia dovuto al caso.

Questo metodo risulta concettualmente corretto soltanto quando sono rispettate tre condizioni:

1) i valori di Y devono avere una distribuzione normale (condizione di normalità);

2) i valori di Y devono avere una varianza d’errore costante (condizione di omoschedasticità);

3) i valori di Y devono essere indipendenti gli uni dagli altri.

Spesso queste condizioni di validità non sono rispettate e in una situazione di incertezza è necessario

calcolare precedentemente una retta di regressione secondo il criterio usuale dei minimi quadrati, e

successivamente una retta non parametrica. Il programma esegue questa doppia analisi e, se la risposta

della correlazione non parametrica è significativa o vicina alla probabilità del test parametrico, il

risultato di quest’ultimo può essere ritenuto corretto. In caso contrario, quando il test di correlazione

non parametrica non risulta significativo, si può dedurre che il test parametrico è stato applicato senza

rispettare le condizioni sopra esposte. Il calcolo della retta di regressione non parametrica viene

eseguita attraverso il metodo Theil (1950), mentre la significatività è testata con il metodo di Kendall

(Sen, 1968).

37

3.1 Fonti dei dati idrometeorologici

I dati idrometeorologici relativi al periodo 1963-2001 sono gli stessi utilizzati da Evangelisti (2003),

mentre per gli anni successivi tali dati sono stati forniti dalle fonti indicate in tabella 3.1.1.

Tabella 3.1.1. Fonti dei dati idrometeorologici relativi al periodo 2002-2006.

Fonte dei dati Dati forniti

Servizio Idrografico dello Stato - sez. di Roma Piogge delle stazioni di Casalini, Castel Rigone e Castiglione del Lago

Servizio Idrografico dello Stato - sez. di Pisa Piogge delle stazioni di Cortona e Città della Pieve

Provincia di Perugia (S.I.G.L.A.)1

Temperature dell’aria delle stazioni di Monte del Lago e Isola Polvese

Livelli del lago misurati a San Savino

Piogge delle stazioni di La Cima, Moiano, Villastrada Umbra, San Savino e

Passignano

C.N.R.2 di Perugia Piogge della stazione di Lisciano Niccone

1- Sistema Informativo Gestione Lacuale Agricola. 2- 2- Centro Nazionale Ricerca.

La figura 3.1.1. mostra invece l’ubicazione di tutte le stazioni idrometeorologiche che hanno fornito i

dati concernenti il periodo esaminato (1963–2006).

Figura 3.1.1. Ubicazione di tutte le stazioni idrometeorologiche che hanno fornito i dati concernenti il periodo che va dal 1963 al 2006.

38

3.2 Temperatura

I dati di temperatura, utilizzati per definire le caratteristiche climatiche dell’area del Lago Trasimeno,

sono quelli della stazione di Monte del Lago, la quale ha fornito, con una certa continuità, tali dati a

partire dal 1926. Però, nel corso del periodo esaminato (1966-2006), le registrazioni hanno subito delle

interruzioni e per questo motivo, per alcuni intervalli temporali, è stato necessario ricostruire o

sostituire le temperature di Monte del Lago con quelle di altre stazioni.

Per il 1970 e per il 1990-1995, le temperature mensili di Monte del Lago sono state ricostruite, tramite

regressione lineare, a partire da quelle della stazione di Perugia; per gli anni 1996-2000 le temperature

di Monte del Lago sono state sostituite con quelle della stazione di Castiglione del Lago, data la buona

correlazione tra le due (cfr. Evangelisti, 2003). Per gli anni successivi, le temperature mensili di Monte

del Lago sono state ricostruite, tramite regressione lineare, con quelle della stazione di Isola Polvese la

quale è entrata in funzione nel gennaio 1988 (fig. 3.2.1a e b).

Figura 3.2.1. Correlazione effettuata per ricostruire le temperature di Monte del Lago.

Figura 3.2.2a. Andamento delle temperature medie annuali della stazione di Monte del Lago (anno idrologico dal 1° settembre).

Correlazione tra le temperature mensili di Monte del Lago e Isola

Polvese per il periodo 1988-2001

y = 1.0098x + 0.3664

R2 = 0.992

0

5

10

15

20

25

30

0 5 10 15 20 25 30

Temperature mensili di Isola Polvese

Tem

pera

ture

men

sili d

i M

. d

el L

ag

o

( °C)

( °C)

Temperatura Bacino del Lago Trasimeno 1966-2006

10

11

12

13

14

15

16

1967 1970 1973 1976 1979 1982 1985 1988 1991 1994 1997 2000 2003

Anno

T (°C

)

T media annua

T media annua 1966-2006

39

Analisi statistica su:Temperatura

Serie dati:Lug-1966_Gen-2006

Comb. 12.7 Pearson 0.5813

Rif. combinaz. trend mesi 12 inizio mese Lug t-test 4.3457

Coef. angolare p. 0.0327 Signif. t-test 0.01

Intercetta p. 13.275577 Coef. ang. n.p. 0.029

Err.standard 0.5289 Interc. n.p 13.335

Coeff. det. 0.3379 Signif. Kendall 0.00016

Figura 3.2.2b. Andamento delle temperature medie mensili della stazione di Monte del Lago e risultati ottenuti dalle elaborazioni statistiche dei dati. Dal grafico in figura 3.2.2a si può vedere che, negli ultimi 20 anni circa, le temperature medie annuali

sono state caratterizzate da un andamento crescente. Nella regione è in atto un aumento della

temperatura attorno a 0.03 °C/anno. Ciò è indicato dai trend, in gran parte statisticamente significativi,

delle stazioni disponibili.

3.3 Precipitazioni

Le precipitazioni mensili sullo specchio e sul bacino del Trasimeno sono state calcolate con il metodo

dei poligoni di Thiessen o metodo dei topoieti, a partire dalle precipitazioni mensili delle stazioni

riportate in figura 3.3.1.

Per il periodo 1963-2001, sono state utilizzate le quattro diverse carte dei topoieti tracciate da

Evangelisti (2003), mentre per gli anni 2002-2006 è stato necessario costruirne una nuova (fig. 3.3.1).

Le cinque carte dei topoieti sono riferite ai seguenti intervalli temporali:

1.Periodo 1963–1993 (comprensiva della stazione di Monte del Lago).

2.Periodo 1994–1997 (esclusa la stazione di Monte del Lago).

3.Periodo 1998–1999 (escluse le stazioni di Monte del Lago e Castiglione del Lago).

4.Periodo 2000–2001 (escluse le stazioni di Monte del Lago, Castiglione del Lago, Tuoro sul

Trasimeno, Castel Rigone e Ceraso).

5.Periodo 2002–2006 (sono stati utilizzati i dati pluviometrici delle stazioni riportate in tab. 3.1.1).

Quindi, con il metodo dei poligoni di Thiessen, sono state calcolate le piogge mensili sullo specchio

lacustre (Ps), sul bacino imbrifero naturale (Pn) e sui bacini allacciati artificialmente (Pa). In seguito, le

piogge sul bacino naturale e sui bacini allacciati sono state ulteriormente ragguagliate per ottenere cosi

40

le piogge sul bacino complessivo (Pb = bacino naturale + bacini allacciati artificialmente); elaborando

tali dati sono stati ottenuti i seguenti risultati.

Figura 3.3.1. Carta dei topoieti relativa al periodo 2002–2006.

I due grafici riportati rispettivamente in figura 3.3.2 ed in figura 3.3.3, indicano l’andamento delle

piogge totali annue sullo specchio e sul bacino durante il periodo esaminato. Il calcolo delle piogge

annue è stato effettuato scegliendo come inizio dell’anno idrologico il mese di luglio. Da tali grafici si

può osservare una certa ciclicità nell’andamento delle precipitazioni annue e ciò può essere messo in

relazione con la ciclicità dell’andamento dei livelli del lago (cfr. par. 3.5).

41

La tabella 3.3.1 riassume i risultati ottenuti dall’elaborazione statistica dei dati di pioggia mensili

relativi al periodo 1966-2006; in essa si può vedere che la piovosità media annua sul bacino imbrifero è

leggermente superiore a quella sullo specchio lacustre, infatti il rapporto tra le due è molto piccolo.

Tabella 3.3.1 Risultati ottenuti dall’elaborazione statistica dei dati di pioggia del periodo 1963-2003.

Pioggia media annua sullo specchio (Ps), (mm) (1) 706

Pioggia media annua sul bacino (Pb), (mm) (1) 731

Pb/Ps 1.03

Pioggia annua minima sullo specchio (mm) (2) 382 (mag.‘01 – apr.‘02)

Pioggia annua massima sullo specchio (mm) (2) 1098 (feb.’84 – gen.’85)

Pioggia annua minima sul bacino (mm) (2) 426 (mag.’01 – apr.’02)

Pioggia annua massima sul bacino (mm) (2) 1037 (feb.’76 – gen.’77)

1-calcolo eseguito con anno idrologico dal 1° luglio 2-dopo aver eseguito il calcolo con anno idrologico a partire da ogni mese.

L’analisi statistica svolta sui dati di pioggia dallo specchio e dal bacino non presenta grosse differenze;

faremo quindi riferimento ai risultati ottenuti dalle elaborazioni del programma sulle informazioni di

natura statistica ottenute dalle precipitazioni sul bacino.

La pioggia media annua ragguagliata sul bacino, pur presentando una diminuzione media annua nel

secondo periodo del 3% (fig. 3.3.2), non presenta un trend significativo (tab. 3.3.2).

Figura 3.3.2 Andamento delle piogge medie mensili sullo specchio nel periodo 1966-2006.

Volume medio annuo pioggia su bacino periodo 1966/2006

0

50

100

150

200

250

300

1967

1968

1969

1970

1971

1972

1973

1974

1975

1976

1977

1978

1979

1980

1981

1982

1983

1984

1985

1986

1987

1988

1989

1990

1991

1992

1993

1994

1995

1996

1997

1998

1999

2000

2001

2002

2003

2004

2005

anno

VP

b (

Mm

3)

Mm3/anno

195,85

189,65

-3,17

Volume medio annuo pioggia su bacino

I serie 1966-1984

II serie 1984-2006

Variazione volume %

42

Tabella 3.3.2 Trend e risultati test di significatività valori annui.

Analisi statistica su:Pioggia bacino

Serie dati:Lug-1966_Gen-2006



Coef. angolare p. -0.947 Signif. t-test 0.58049

Intercetta p. 749.29 Coef. ang. n.p. -1.442



Più interessanti dal punto di vista statistico sono i risultati ottenuti sulle analisi stagionali della pioggia;

in particolare durante il trimestre invernale (gennaio-marzo) si evidenzia una variazione negativa con

una differenza del 26% tra il valore medio della prima e della seconda serie (figura 3.3.3); nel trimestre

autunnale invece la variazione è positiva con una differenza del 10% tra i valori medi nei medesimi

periodi (fig. 3.3.4). In entrambi i casi i trend hanno valori di significatività superiori al 95% (tabs. 3.3.3,

3.3.4).

Figura 3.3.4. Andamento delle piogge medie mensili sul bacino (trimestre gen.-mar.), periodo 1966–2006.

mm

183

135

-26

pioggia su bacino media per trimestre (gen-mar)

I serie 1966-1984

II serie 1984-2006

Variazione %

Pioggia su bacino (trimestre gen-mar) periodo 1966-2006

y = -2,0654x + 198,38

0

100

200

300

400

500

600

1967

1969

1971

1973

1975

1977

1979

1981

1983

1985

1987

1989

1991

1993

1995

1997

1999

2001

2003

2005

anno

Pb

(m

m)

43

Figura 3.3.3. Andamento delle piogge medie mensili sul bacino (trimestre set.-nov.), periodo 1966–2006.

Tabella 3.3.3. Trend e risultati test di significatività trimestre invernale.

Tabella 3.3.4. Trend e risultati test di significatività trimestre autunnale.

Analisi statistica su: Pioggia bacino

Serie dati: Lug-1966_Gen-2006


Rif. combinaz. trend mesi 3 inizio mese Set t-test 1.4107


Intercetta p. 224.29 Coef. ang. n.p. 1.078



Analisi statistica su: Pioggia bacino



Rif. combinaz. trend mesi 3 inizio mese Gen t-test 2.5009

Coef. angolare p. -2.065 Signif. t-test 0.013

Intercetta p. 196.45 Coef. ang. n.p. -2.427



Pioggia su bacino (trimestre set-nov) periodo 1966-2006y = 1,7629x + 222,53

0

100

200

300

400

500

600

1966

1968

1970

1972

1974

1976

1978

1980

1982

1984

1986

1988

1990

1992

1994

1996

1998

2000

2002

2004

anno

Pb

(m

m)

mm

246

270

10

pioggia su bacino media per trimestre (set-nov)

I serie 1966-1984

II serie 1984-2006

Variazione %

44

3.4 Deflusso dal canale

I dati riguardanti le portate defluite dall’emissario artificiale sono disponibili per tutto il periodo

esaminato (1966–2006) e derivano dai dati idrometrici rilevati dal Consorzio di Bonifica fino al 1980 e

dalla Provincia di Perugia (S.I.G.L.A.) per gli anni successivi.

Nel corso del periodo in studio, il canale emissario non ha funzionato per alcuni intervalli di tempo, i

più lunghi dei quali vanno rispettivamente dall’estate 1970 alla primavera del 1978 e dal luglio 1988 ad

oggi; ciò è dovuto al fatto che, nel corso di tali intervalli temporali, si sono verificate due delle

maggiori crisi idriche del Trasimeno. Nel grafico in figura 3.4.1 si possono osservare i volumi d’acqua

mensili defluiti dall’emissario dal 1966 al 2006 e gli anni in cui esso non ha funzionato; il volume

d’acqua totale defluito dal canale artificiale nel periodo 1966–2006 è stato di circa 155 Mm3/anno.

Figura 3.4.1 Volumi d’acqua in Mm3/mese defluiti dall’emissario nel periodo 1966–2006.

3.5 Livelli del Lago

I dati riguardanti i livelli del Lago Trasimeno sono quelli misurati a San Savino; il rilievo degli stessi

viene gestito dalla Provincia di Perugia (S.I.G.L.A.) e le misure vengono effettuate mediante un

idrometro ad ultrasuoni. L’incertezza delle letture è dell’ordine di 3–4 cm a causa delle sesse del lago,

la cui dinamica è sconosciuta. Il grafico in figura 3.5.1 mostra l’andamento dei livelli del lago misurati

Volume d'acqua defluiti dall'emissario 1966-2006

0,0

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

6,0

7,0

8,0

9,0

10,0

mag-61 ott-66 apr-72 ott-77 mar-83 set-88 mar-94 ago-99 feb-05

mese/anno

vo

lum

e (

Mm

3)

45

il primo giorno di ogni mese a partire da gennaio 1921 ad agosto 2008. La figura mostra chiaramente

che i livelli del lago sono soggetti a oscillazioni, stagionali e pluriennali, molto ampie rispetto la scarsa

profondità del Lago.

Figura 3.5.1 Andamento dei livelli del lago misurati il 1° giorno di ogni mese da gennaio 1921 ad aprile 2008.

L’oscillazione stagionale dei livelli è regolare con un minimo nel mese di ottobre, un successivo

periodo di crescenza fino ad un massimo nel mese di maggio, e quindi con un successivo periodo di

decrescenza. Questo andamento deriva dalla distribuzione nell’anno delle precipitazioni e delle

temperature: il periodo di salita, novembre – maggio, coincide con il periodo delle maggiori

precipitazioni e delle minori temperature, mentre il periodo di decrescenza, giugno – ottobre, coincide

con quello delle minori precipitazioni e delle maggiori temperature. Il grafico in figura 3.5.2 mostra

l’andamento dei livelli medi mensili nel periodo 1963–2006 e conferma quanto detto a proposito

dell’oscillazione stagionale dei livelli del lago.

Il regime dei livelli del Lago Trasimeno, come già accennato, è soggetto anche a variazioni pluriennali,

più irregolari di quelle stagionali, derivanti da variazioni, abbastanza cicliche, del clima. L’alternanza

di serie di anni a livelli medi elevati con serie di anni a livelli medi bassi è delineata nel grafico in


251,57

252,57

253,57

254,57

255,57

256,57

257,57

258,57

01

/01

/192

1

01

/11

/192

4

01

/09

/192

8

02

/07

/193

2

02

/05

/193

6

02

/03

/194

0

01

/01

/194

4

01

/11

/194

7

01

/09

/195

1

02

/07

/195

5

02

/05

/195

9

02

/03

/196

3

31

/12

/196

6

31

/10

/197

0

31

/08

/197

4

01

/07

/197

8

01

/05

/198

2

01

/03

/198

6

30

/12

/198

9

30

/10

/199

3

30

/08

/199

7

30

/06

/200

1

30

/04

/200

5

28

/02

/200

9

Liv

elli

del la

go (

m s

.l.m

.)




46

Figura 3.5.2 Andamento dei livelli medi mensili nel periodo 1966-2008. In media il livello massimo si raggiunge in maggio, il minimo fra ottobre e novembre, con una differenza di circa 35–40 cm, confermando quanto già rilevato trent'anni addietro (Deffenu e Dragoni, 1978; Dragoni, 1982).

figura 3.5.3 e rappresenta la risultante dell’alternarsi di periodi più o meno piovosi e più o meno caldi.

Sempre nello stesso grafico si può osservare che la crisi idrica di maggiore rilievo che ha interessato il

Trasimeno (se ne temette il prosciugamento) è iniziata nel 1944 e si è conclusa all’inizio degli anni ’60

in concomitanza con l’ampliamento artificiale del bacino imbrifero naturale del lago.

Figura 3.5.3 Andamento dei livelli del lago misurati il 1° giorno di ogni mese da gennaio 1921 ad aprile 2008.

livelli medi mensili

256,50

256,60

256,70

256,80

256,90

257,00

257,10

257,20

gen

feb

mar ap

rm

ag giu

lug

ago

set

ott

nov

dic

Mese

Liv

ello

m.s

.l.m


251,57

252,57

253,57

254,57

255,57

256,57

257,57

258,57

01/0

1/1

921

01/1

1/1

924

01/0

9/1

928

02/0

7/1

932

02/0

5/1

936

02/0

3/1

940

01/0

1/1

944

01/1

1/1

947

01/0

9/1

951

02/0

7/1

955

02/0

5/1

959

02/0

3/1

963

31/1

2/1

966

31/1

0/1

970

31/0

8/1

974

01/0

7/1

978

01/0

5/1

982

01/0

3/1

986

30/1

2/1

989

30/1

0/1

993

30/0

8/1

997

30/0

6/2

001

30/0

4/2

005

28/0

2/2

009

Liv

elli

del la

go (

m s

.l.m

.)




crisi 1944-1960

crisi 1970-1975

1988-oggi

47

Negli anni successivi al 1963, nonostante l’ampliamento, si sono verificate altre due crisi idriche: la

prima è avvenuta nella prima metà degli anni ’70, mentre la seconda, iniziata nel 1988, è attualmente in

corso; infatti, a partire dal 1988 ad oggi, il livello del lago si trova costantemente al di sotto dello zero

idrometrico: il problema dei livelli bassi comporta non solo gravi danni per l’ambiente, la pescicoltura,

la navigazione ma anche fenomeni di eutrofizzazione in quanto le sostanze inquinanti, disciolte nelle

acque del lago, tendono a concentrarsi maggiormente nei periodi siccitosi, quando, con emissario non

in funzione, l’uscita di gran lunga più rilevante di acqua è l’evaporazione. La soluzione avanzata al

momento è quella di un ulteriore ampliamento del bacino imbrifero o di un apporto di acqua dal vicino

bacino del Tevere (tramite il serbatoio di Montedoglio), almeno per compensare i prelievi per

l’irrigazione, peraltro ancora mal quantificati: su ciò, comunque, si discuterà nel seguito. Un’evidente

conferma del fatto che l’andamento dei livelli del lago sia strettamente legato alla meteorologia locale è

osservabile nel grafico in figura 3.5.4. Utilizzando i dati relativi al periodo 1966-2006, sono state

eseguite delle regressioni lineari tra pioggia annua sullo specchio e variazioni annue di livello del lago,

con anno idrologico a partire da ogni mese: la migliore regressione è stata ottenuta con anno idrologico

a partire dal 1° luglio e utilizzando i dati relativi ai soli anni con emissario non funzionante.

Figura 3.5.4 Migliore correlazione ottenuta per il periodo 1966-2008 tra pioggia annua sullo specchio e variazione annua di livello del lago. Il risultato è statisticamente significativo sulla base dell’ F test (i.e. significatività superiore al 90%).

Ponendo ∆H=0 nell’equazione riportata nel grafico in figura 3.5.4, si ottiene il valore della pioggia

critica ovvero la pioggia annua necessaria e sufficiente a bilanciare le uscite dal lago. Essa ha un valore

di circa 707 mm, in accordo con quanto ricavato da precedenti autori (Dragoni, 1982; Dragoni e

Lago Trasimeno:correlazione tra P annua sullo specchio e variazione

annua di livello (anno idr. dal 1° luglio). Periodo analisi 1966-2006.

∆∆∆∆h = 2,3083Ps - 1,6332

R2 = 0,8333

-0,80

-0,60

-0,40

-0,20

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,00

0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,1

Ps (m)

∆∆ ∆∆H

(m

)

48

Evangelisti, 2000): ciò significa che mediamente per piogge superiori ai 700-710 mm/anno il lago

aumenta di volume. Se però ciò accade quando il livello del lago è superiore alla quota di sfioro, entra

in funzione l’emissario, pertanto da questo livello in poi il lago non sale più. Viceversa, per piogge

inferiori ai 700-710 mm/anno, il lago scende di livello: se si ha una serie di anni con pioggia annua

inferiore alla pioggia critica, anno dopo anno continuerà a scendere. Ciò ovviamente vale finché la sua

superficie può essere considerata approssimativamente costante, i.e. indipendente dal livello.

Il grafico in figura 3.5.5 evidenzia l’andamento dei livelli misurati il primo giorno di ogni mese durante

il periodo esaminato (1966–2006) e in esso si vede che per la maggior parte del tempo il livello del

lago si è mantenuto al di sotto dello zero idrometrico; in particolare, è evidente anche l’andamento

decrescente dei livelli negli ultimi 20 anni.

Figura 3.5.5 Andamento dei livelli misurati il 1° giorno di ogni mese da agosto 1966 a gennaio 2006.

La tabella 3.5.1 riassume, invece, i risultati ottenuti dalle elaborazioni statistiche dei dati sui livelli del

lago relativi al periodo 1966–2006.

Livelli del lago misurati il primo del mese (ago 1966 - gen 2006)

251,57

252,57

253,57

254,57

255,57

256,57

257,57

258,57

lug-6

6

nov-6

7

ma

r-69

ag

o-7

0

dic

-71

ma

g-7

3

se

t-74

ge

n-7

6

giu

-77

ott-7

8

ma

r-80

lug-8

1

dic

-82

ap

r-84

ag

o-8

5

ge

n-8

7

ma

g-8

8

ott-8

9

feb-9

1

lug-9

2

nov-9

3

ma

r-95

ag

o-9

6

dic

-97

ma

g-9

9

se

t-00

feb-0

2

giu

-03

ott-0

4

ma

r-06

Liv

elli

de

l la

go (

m s

.l.m

.)




49

Tabella 3.5.1 Statistiche sui dati relativi ai livelli per il periodo 1966-2006.

Livello medio1 (m s.l.m.) 257.00

Livello massimo1 (m s.l.m.)

257.83 (apr. ’79)

Livello minimo1 (m s.l.m.) 255.53 (ott. ’03)

Massimo incremento annuo del livello2 (m) +0.78 (feb. ’76–gen. ’77)

Massimo decremento annuo del livello2 (m) - 0.68 (mag. ’01–apr. ’02)

1- Dati misurati il 1° giorno di ogni mese. 2- Valore ottenuto dopo aver eseguito il calcolo con anno idrologico a partire da ogni mese.

50

CAPITOLO 4 - IL MODELLO IDROGEOLOGICO MENSILE DEL LAGO TRASIMENO

4.1 Introduzione

Per descrivere i processi da cui dipende il volume d’acqua invasato nel Lago Trasimeno e portare un

contributo alla soluzione dei problemi del lago, è stato messo a punto un modello matematico che, a

partire dai dati di pioggia e temperatura mensili, descrive le variazioni di volume e livello del Lago

mese per mese. Questo modello, da ora in poi denominato LAGO, è la versione evoluta di una serie di

modelli simili (cfr. per esempio De Felice e Dragoni, 1991; De Felice et alii, 1993; Dragoni e Valigi,

1995; Evangelisti, 2000; Dragoni et alii, 2002; Cambi et alii, 2003); numerose le variazioni apportate al

modello lo rendono più flessibile e con risultati più rigorosi.

Un modello matematico è costituito da un insieme di criteri logici e/o da una o più di equazioni con cui

si possono descrivere le relazioni d’interesse esistenti tra gli elementi di un sistema; un modello è uno

strumento che permette di prevedere le risposte di un sistema a delle sollecitazioni esterne, magari non

accadute nella realtà, purché tali risposte dipendano dai processi considerati dal modello. Trascurando i

modelli puramente probabilistici, i modelli si possono suddividere in due grandi categorie: 1) “a scatola

nera”, costituiti cioè da una serie di relazioni matematiche totalmente empiriche tra le cause che

agiscono in un sistema e le conseguenze che ne derivano; 2) “deterministici”, che si basano su relazioni

fisiche conosciute o ipotizzate che legano cause ad effetti. Esistono poi, e rappresentano la maggior

parte, i modelli misti.

La complessità di ogni modello varia in accordo con la disponibilità dei dati, la tipologia della

componente idrologica da modellizzare, la scala temporale e l’accuratezza richiesta. Non c’è un

modello universale che possa essere applicato con successo a tutti i bacini; questo fatto, data la grande

varietà delle circostanze e delle esigenze pratiche ha contribuito a dare origine ad una grande varietà di

modelli della trasformazione afflussi-deflussi (cfr. ad es. Vandewiele et alii, 1991, 1992, 1998; Hughes,

1995; Mohseni e Stefan, 1998; Abulohom et alii, 2001).

Un modello a scala mensile, una volta tarato, può essere molto utile per valutare gli effetti delle

variazioni climatiche sul comportamento idrologico medio di un bacino e per stimare le potenziali

conseguenze del riscaldamento a scala globale (Mohseni e Stefan, 1998). A tal fine la scala mensile è la

migliore per varie ragioni: la gestione delle risorse idriche avviene a scala mensile o a scala maggiore;

gli effetti del clima, ad esempio sulla vegetazione, sono più facilmente valutabili a scala mensile o

stagionale che a scala giornaliera od oraria; le proiezioni delle variazioni climatiche attraverso i modelli

di circolazione globale (GCM) sono forniti tipicamente come valori mensili, ed infine, la scala mensile

51

richiede solo valori non distribuiti (medi) delle caratteristiche del bacino e dei dati in ingresso. In

letteratura é abbastanza diffuso l’utilizzo di modelli concettuali, fisicamente basati, applicati a sistemi

lacustri per valutare la risposta idrologica del lago in termini di deflusso, evaporazione, livello del lago

e proprietà termiche, alle variazioni climatiche. Nella maggior parte dei casi i modelli sono del tipo

“water balance model” (cfr. ad es. Jones et alii, 2001), basati cioè sull’equazione del bilancio

idrologico; vi sono poi casi di modelli accoppiati del tipo “afflussi-deflussi + modello termico o

termodinamico” (ad es. Boqiang et alii, 1998) e, nel caso in cui la componente sotterranea sia rilevante,

un modello “afflussi-deflussi” viene spesso associato ad un modello di flusso delle acque sotterranee

utilizzando un codice alle differenze finite tipo MODFLOW (cfr. ad es. Hrissanthou et alii, 2003).

4.2 Il modello idrogeologico del Lago Trasimeno

In questo lavoro la modellizzazione del Lago Trasimeno è stata effettuata essenzialmente tramite la

messa a punto e successiva applicazione di un codice di calcolo che simula le variazioni di livello del

Lago, ed è basato sull’equazione di continuità (in altri termini conserva la massa).

Il modello, di tipo determistico, esegue il bilancio idrogeologico del lago ed è costituito da un insieme

di relazioni per stimare le componenti del deflusso superficiale e sotterraneo, quest’ultimo proveniente

anche da zone esterne al bacino imbrifero.

L’insieme dei processi che costituiscono il ciclo idrologico e gli effetti sul bacino vengono in questo

modello rappresentati concettualmente come blocchi in serie (fig. 4.3.4); a ciascun blocco corrisponde

un certo volume nello spazio fisico, così che si possano definire con esattezza le quantità d’acqua

entranti ed uscenti e far valere l’equazione di conservazione della massa. I singoli processi di

trasferimento vengono descritti da relazioni matematiche e criteri logici che, insieme all’equazione di

continuità, costituiscono il modello.

4.3 Struttura complessiva del modello

Il modello idrogeologico mensile qui presentato consiste in un codice di calcolo scritto in Visual Basic,

chiamato LAGO e costituito da moduli collegati tra loro da un mainframe generale di gestione (fig.

4.3.1). Ciascuna routine esegue una parte delle operazioni e dei calcoli necessari per la modellizzazione

vera e propria che viene effettuata in uno di questi moduli assemblati. Uno dei moduli infatti, dopo aver

acquisito i dati in ingresso, calcola il bilancio idrogeologico del lago e, quindi, il livello del lago mese

per mese, esegue la calibrazione dei coefficienti e restituisce in uscita i livelli simulati e tutti gli altri

dati relativi alla miglior calibrazione effettuata.

52

Figura 4.3.1 Capture modello LAGO, mainframe generale di gestione dati.

Nel caso del Lago Trasimeno il modello è stato calibrato utilizzando i dati del periodo 1984-2006,

unico intervallo di tempo in cui c’è stata contemporanea, continua, e buona registrazione dei dati; il

modello è stato inoltre sottoposto ad un processo di validazione utilizzando i dati nel periodo tra il 1966

e il 1984.

Schematicamente il modello richiede come dati in input (tutti a scala mensile, fig. 4.3.2):

• le temperature dell’aria sul bacino e sul lago;

• le piogge ragguagliate sullo specchio e sul bacino imbrifero;

• le portate dell’emissario;

• i prelievi artificiali da falda e dallo specchio;

• il livello del lago al dato zero, ossia al mese precedente quello da cui si vuol far partire la

calibrazione o la simulazione.

• i livelli reali misurati, che servono solo in fase di calibrazione.

Tutti questi dati devono essere scritti su un file preparato preventivamente.

53

Figura 4.3.2. Capture modello LAGO, dati in ingresso al modello.

Dati necessari al funzionamento del modello sono anche quelli relativi alla curva ipsografica del lago,

che permettono di effettuare il calcolo dell’area e del volume corrispondente ad un determinato livello;

inoltre sono necessari i parametri del bilancio secondo Thornthwaite e i coefficienti relativi alle varie

versioni della formula di Dragoni e Valigi (1994) per il calcolo dell’evaporazione dallo specchio. Tutte

queste informazioni sono immagazzinate in appositi Database esterni collegati al programma

principale e facilmente accessibili per eventuali modifiche.

Il numero massimo di coefficienti il cui valore viene ricercato in fase di calibrazione è 20; tali

coefficienti, che saranno descritti più dettagliatamente nei paragrafi successivi, sono:

• capacità di campo del terreno iniziale (ST0) e massima (SM);

• quantità di acqua presente in falda all’inizio del bilancio (T0);

• coefficienti che controllano la variazione dell’area del bacino idrogeologico (A1, A2);

• coefficiente che controlla la quantità di eccedenza idrica che arriva al lago dalla falda (β);

• coefficiente per la formula di Thornthwaite (MEX);

• coefficiente che controlla la formazione del deflusso superficiale (C0);

• fattori di correzione dei prelievi artificiali da lago (C1, CN);

• fattore di correzione dei prelievi artificiali da falda (C2);

• coefficienti che regolano i valori di evaporazione min e max dal lago (EVLmin, EVLmax);

• coefficienti che regolano i valori di evapotrasp. potenziale min e max (EVTmin, EVTmax);

54

• coefficienti che regolano la fase e la forma della funzione d’onda per il calcolo dell’evaporazione

da lago e evapotraspirazione potenziale (SHL, ESL)lago, (SHT, EST)terra

• coefficiente che regola gli ingressi e le uscite dall’emissario artificiale (EM1).

Una volta calibrati i coefficienti, tra i dati in uscita forniti dal modello i principali sono:

• livelli mensili del lago in m s.l.m.;

• deflusso superficiale sul bacino imbrifero;

• infiltrazione sul bacino imbrifero;

• evapotraspirazione potenziale e reale, e confronto con i valori derivati con la formula di Turc;

• deflusso sotterraneo attraverso la falda alimentante il lago;

• valore dei prelievi da lago e da falda;

• coefficienti di deflusso globale, superficiale;

La figura 4.3.3 mostra uno schema delle principali procedure eseguite dal modello.

Figura 4.3.3 Schema delle procedure eseguite dal modello. Ogni blocco rappresentato funziona utilizzando uno o più moduli collegati tra loro.

La figura 4.3.4 mostra lo schema concettuale su cui si basa il modello, come anticipato al paragrafo

precedente. Il bacino imbrifero viene assimilato a due serbatoi in serie (TANK1 e TANK2). Il primo

serbatoio rappresenta il suolo e la vegetazione, riceve le precipitazioni (Pb) che cadono sul bacino

imbrifero e regola la produzione di evapotraspirazione (Etr) e del volume d’acqua disponibile

all’infiltrazione (inf), che vengono calcolati sulla base dei criteri di Thornthwaite-Mather (1955) (cfr.

Alley, 1984). Va però sottolineato che il metodo è stato modificato, calibrando 3 coefficienti.

IMPOSTAZIONI INIZIALI DEL MODELLO

INSERIMENTO DATI IN INPUT

CALIBRAZIONI/SIMULAZIONI

LETTURA E SALVATAGGIO DATI IN OUTPUT

55

A partire dalla pioggia sul bacino imbrifero e dal contenuto d’umidità del suolo (SM), sul primo

serbatoio viene controllata la formazione della componente QUICK che rappresenta il deflusso

superficiale e la quantità di prelievi dalla falda (Pafalda).

L’eccedenza idrica (inf) prodotta dal primo serbatoio va ad alimentare il secondo serbatoio concettuale,

che viene utilizzato per simulare il deflusso sotterraneo dalla falda libera; dal serbatoio TANK2 viene

tolta la componente Palago che rappresenta i prelievi artificiali (calibrata tramite C1 e CN). Viene poi

considerato che questa “ipotetica” falda riceva o perda acqua per via sotterranea da o verso altri bacini

imbriferi (coefficienti A1, A2). Per simulare poi la lentezza con cui si muove l’acqua sotterranea

rispetto a quella superficiale solo una parte di tutta l’acqua contenuta nel secondo serbatoio alla fine di

un certo time-step arriva al lago durante lo stesso time-step; tale quantità viene regolata dal coefficiente

β. Al sistema lago viene poi applicata l’equazione del bilancio idrologico considerando le quantità

d’acqua provenienti dai due serbatoi e quelle che direttamente entrano (piogge sullo specchio) ed

escono (evaporazione e deflusso dall’emissario) dallo specchio del Lago, così ad ogni time-step

vengono simulati le variazioni di volume e quindi le corrispondenti variazioni di livello.

Figura 4.3.4 Schema concettuale del modello. I paragrafi seguenti descrivono nel dettaglio le caratteristiche di ciascun modulo di cui è costituito il

modello; in particolare vengono descritte le equazioni che stanno alla base dello schema concettuale

appena descritto.

56

4.4 Calcolo della evaporazione dallo specchio

Concluse le fasi di impostazione iniziali e di inserimento dei dati, il modello procede al calcolo della

quantità di evaporazione mensile. Tale calcolo viene effettuato tramite la formula di Dragoni e Valigi

(1994), chiamata anche formula “Walda”. Allo stato attuale, il calcolo viene effettuato con la seguente

variante della formula:

EV = b××××i(m) a1××××t(m)

a2 (0)

con:

EV = evaporazione mensile (mm);

b, a1 e a2=coefficienti che possono assumere i valori riportati in tabella 4.4.1;

m = indice relativo al mese;

i(m) = indice di insolazione mensile di Thornthwaite;

t(m) = temperatura media mensile (°C).

La (0) rappresenta una delle 4 formule empiriche ricavate da Dragoni e Valigi (1994) per il calcolo

della evaporazione mensile da evaporimetro di classe A (le altre 3 formule richiedono la conoscenza

della radiazione globale e dell’umidità relativa medie mensili). Si è scelto di utilizzare questa formula

perché da un lato mancano i dati per l’applicazione dei metodi più rigorosi (per esempio la formula di

Penmann) e dall’altro essa è il risultato di uno degli studi più recenti sull’evaporazione da superfici

liquide nell’Italia centrale. La tabella seguente riporta i valori che possono assumere, nella (0), i

coefficienti b, a1 e a2 in funzione della stazione in cui sono ubicati gli evaporimetri considerati da

Dragoni e Valigi.

Tabella 4.4.1 Valori dei coefficienti b, a1 e a2 della formula (0) in funzione della stazione considerata da Dragoni e Valigi (1994).

Stazione b a1 a2

Roma 8.347 2.506 0.777

Viterbo 19.491 2.698 0.516

Papiano 20.133 3.218 0.475

RoViPa (formula complessiva) 19.007 3.063 0.486

57

Il programma consente di effettuare il calcolo scegliendo una qualunque delle 4 combinazioni di

parametri riportate in tabella 4.4.1. Successivamente i risultati ottenuti vengono utilizzati da moduli

descritti in seguito che forniscono la stima finale della quantità di acqua evaporante (cfr. par. 4.5.2).

4.5 Modulo di calcolo (calibrazione/simulazione)

Si tratta del modulo centrale e più complesso di tutto il programma. Esso è costituito da una struttura

principale che richiama progressivamente diverse procedure o funzioni. Ciascuna di esse svolge

determinati calcoli e/o operazioni. La struttura di questo modulo è schematizzata nella figura 4.5.1.

Prima di passare alla descrizione dettagliata delle parti principali del modulo di calcolo, è opportuno

fare alcune osservazioni utili per meglio comprendere quanto riportato nel seguito:

• l’indice del time-step (i.e. del mese), nel seguito chiamato “i”, ha un significato diverso a seconda

della variabile a cui si riferisce. Può infatti indicare l’inizio del time-step considerato oppure

l’intera durata dello stesso. Più precisamente, per le variabili livello, area e volume del lago, “i”

indica l’inizio del time-step, poiché i livelli utilizzati sono quelli misurati il primo giorno di ogni

mese (da cui vengono ricavati area e volume in base alla curva ipsografica). Per le variabili

variazione di livello, temperatura, pioggia, evaporazione, eccedenza idrica, deflusso

• dall’emissario, prelievi, ecc., “i” indica l’intera durata del time-step. Ad esempio, la variabile

“Ss(i)” rappresenta la superficie dello specchio all’inizio del time-step “i” ; la variabile “Ps(i)

rappresenta la pioggia totale caduta sullo specchio durante tutto il time-step “i”. Ulteriori

chiarimenti verranno dati nel seguito qualora necessario.

• In riferimento a quanto riportato al punto precedente, va osservato che nel modello, durante ogni

time-step, livello, area e volume del lago non sono assunti costanti e pari al valore degli stessi

all’inizio del time-step. Infatti, varie prove indicano che questa semplificazione produce un errore

non trascurabile sul bilancio di massa complessivo; si è dunque proceduti alla implementazione

di una procedura che tiene conto di questo problema, e che verrà descritta in seguito.

• Nel modulo di output, le varie componenti del bilancio del lago vengono espresse sia in volume

(Mm3) che in altezza (generalmente in mm). Per quanto riguarda le altezze, va specificato a quale

superficie esse sono riferite: mm di pioggia sullo specchio, evaporazione dallo specchio e prelievi

artificiali sono intesi come altezze rispetto alla superficie dello specchio; mm di pioggia sul

bacino, evapotraspirazione reale, eccedenza idrica, deflusso sotterraneo sono intesi come altezze

rispetto alla superficie del bacino. Tranne diversamente specificato, questa è l’interpretazione

data nel resto del testo.

58

Figura 4.5.1 Struttura del modulo di calcolo di LAGO.

Inserimento dati in ingresso (Pb, Ps, T, Ve, Vi, Pa, H)

Definizione iniziale (calcolo delle componenti al time step

Evaporazione dal Lago

Evapotranspirazione potenziale

Deflusso superficiale (QUICK)

Evapotranspirazione reale e infiltrazione

Ingresso acqua sotterranea intra ed extra bacinale

Aggiornamento delle variabili globali

Variazione di volume

Livello, Superficie, Volume (simulati)

mese,anno finale

raggiunto

Errore sul livello

( )( )nN

HHErr sr

−

−Σ=

2

( )( )nN

DHDHErr sr

−

−Σ=

2

Err prodotto < Err minimo

corrente

Aggiorna errore minimo

Processo di annealing concluso

Genera un nuovo SET di coefficienti

da calibrare

Time-Step inziale

Si

No

No

Si Seleziona il SET dei

coefficienti errore

No

Si

No

Si

Fase di calibrazione

Si

Scelta del SET di coefficienti già

calibrati

No

Fase di calibrazione Output dati

Elaborazione

No

Si

Time-Step =

Time-Step +1

59

4.5.1 Impostazioni iniziali

Il modulo di calcolo che permette di ricercare il miglior set di coefficienti si chiama annealing e si basa

sui lavori di Aarts e Korst (1990). Il modulo deve essere preventivamente impostato per definire gli

intervalli di ricerca di ciascun coefficiente, e le condizioni per le quali il processo di minimizzazione

dell’errore deve arrestarsi. Terminata questa operazione, il modello è pronto per realizzare il calcolo

mensile del bilancio e stimare le diverse grandezze in gioco.

4.5.2 Calcolo della evaporazione dal lago e dell’ evapotraspirazione potenziale dal bacino imbrifero

Come descritto precedentemente, la stima di queste due grandezze idrologiche viene eseguita

utilizzando alcune relazioni empiriche a partire dal valore di evaporazione ottenuto da evaporimetri

standard di classe A. I valori forniti da tali equazioni non tengono conto delle note differenze fisiche tra

il sistema evaporimetro e i sistemi lago e bacino e, pertanto, risultano in generale sovrastimati in estate

e sottostimati in inverno rispetto a quello che realmente dovrebbe accadere (Moisello, 1999).

Il valore di evaporazione da evaporimetro viene quindi corretto con 12 coefficienti mensili (fig.4.5.2.1),

rispettivamente per il lago e per il bacino imbrifero, ottenuti attraverso due funzioni d’onda, contenenti

ciascuna quattro coefficienti ricercati in fase di calibrazione. (EP).

Figura 4.5.2.1 Ricalibrazione della curva di evaporazione ottenuta da evaporimetro attraverso 12 coefficienti mensili, per la stima dell’evapotraspirazione potenziale e dell’evaporazione dal Lago.

≤≤ ≤≤ =

=

==

×−+=

12"mese del indice"110fase di e variaziondi tecoefficien

ampiezzadell' minima e massima e variaziondi ticoefficien

forma di e variaziondi tecoefficienKL mensile, tecoefficien

con

(1) )(

L

max,min

KLLminmaxmin

L

Lago

Lago

EVL

C

EVLEVLEVLC

αα

α

0,600

0,800

1,000

1,200

1,400

1,600

1,800

2,000

gennaio

febbr

aio

mar

zoapril

e

magg

io

giug

nolu

glio

agos

to

sette

mbr

e

otto

bre

nove

mbre

dice

mbre

Va

lore

c (

ad

i)

0

50

100

150

200

250

EV

(m

m)

0,600

0,800

1,000

1,200

1,400

1,600

1,800

2,000

gennaio

febb

raio

mar

zoapril

e

mag

gio

giugno

luglio

agos

to

sette

mbr

e

ottobr

e

novem

bre

dice

mbre

Va

lore

c (

ad

i)

0

50

100

150

200

250

EV

(m

m)

__ Curva evaporimetro __Curva calibrata “LAGO” (bacino/lago) � Coefficienti

60

La funzione d’onda (1) permette di calibrare l’andamento dell’evaporazione da evaporimetro nel corso

dell’anno variandone ampiezza, fase e forma così da meglio stimare l’evaporazione dal lago (EV) e

l’evapotraspirazione potenziale

4.5.3 Calcolo del deflusso superficiale “QUICK”

Le precipitazioni che cadono sul bacino imbrifero arrivano al lago in parte come deflusso superficiale e

in parte come deflusso sotterraneo attraverso la falda freatica che alimenta il lago. Esistono in

letteratura numerose equazioni ricavate da vari idrologici nel tentativo di descrivere e valutare il

ruscellamento superficiale in un bacino imbrifero, (cfr. ad es. Vandewiele et alii, 1991, 1992, 1998;

Hughes, 1995; Moheseni e Stefan, 1998; Abulohom et alii, 2001).

Nella versione del modello qui proposta l’equazione che permette di stimare la componente “veloce”

del deflusso superficiale (QUICK) mese per mese è la seguente (da Vandewiele et alii,1992):

in cui: QUICK = deflusso superficiale dal bacino nel time-step (i) (mm); Pb = pioggia totale caduta nel bacino imbrifero nel time-step (i) (mm); STOLD = umidità del suolo nel time-step (i) (mm); C0 = coefficiente calibrato.

4.5.4 Calcolo dell’eccedenza idrica superficiale e sotterranea

Nel serbatoio concettuale TANK1 si realizza il bilancio idrologico: il bacino imbrifero riceve come

quantità in ingresso le precipitazioni e su di esso, attraverso suolo e vegetazione, viene prodotta

evapotraspirazione e pioggia effettiva. Questo per il modello avviene attraverso criteri simili ma più

evoluti di quelli di Thornthwaite-Mather (Alley, 1984). A tal proposito il modello utilizza un

coefficiente correttivo MEX (Dragoni e Valigi, 1994) ricercato in calibrazione, che modifica la curva di

evapotraspirazione dell’umidità del suolo attraverso l’equazione (3):

(2) 1 00

0

−××−=

−

−

C

P

C

STOLD

b

b

eeCPQUICK

61

Nelle versioni precedenti del modello il valore dello stato di umidità iniziale del suolo veniva assunto

pari a quello medio calcolato su tutta la serie, producendo però un errore quando l’inizio del bilancio

era diverso. La versione attuale del modello, per ogni processo di calibrazione, utilizza un diverso stato

iniziale delle riserve del suolo (ST0), riducendo in fase di simulazione l’errore prodotto per le diverse

impostazioni di partenza del bilancio. In ogni caso i valori calibrati devono soddisfare la situazione

idrogeologica reale.

La fig. 4.5.4.1 mostra il diagramma di flusso del metodo di Thornthwaite-Mather modificato, per il

bilancio eseguito dal modello LAGO.

Figura 4.5.4.1 Diagramma di flusso che illustra il metodo di Thornthwaite-Mather per il bilancio del TANK1.

(i) step timeal suolo del riserve delle variazioneDST(i)

suolo del massime amentoimmagazzin di riserveSM

(i) step- timenel (quick) lesuperficia deflusso del netto al pioggiaP

,potenziale irazioneevapotraspEP

1)-(i step- timenel suolo del riserveST

:con

(3) e1STDST

(i)

(i)

1)(i

SM

PEPMEX

1)(i(i)

(i)(i)

=

=

=

=

=

−⋅=

−

−⋅−

−

−×=

−−

−SM

PEPMEX

ii

ii

eSTDST

)()(

1)1()(

ETR(i) =Pb(i) + DST(i-1) ST(i) = ST(i-1) - DST(i-1)

no si

si

∆(i) =POP(i) - EP(i) ≥≥≥≥

S(i) = 0

ETR(i) = EP(i)

∆(i) ≥ SM - ST(i-1) no

ST(i) = SM S(i) = ∆(i) – (SM-ST(i-1))

S(i) = 0 ST(i) = ST(i-1) + ∆(i)

POP =pioggia al netto del deflusso superficiale EP =evapotraspirazione potenziale ETR =evapotraspirazione reale DST=variazione delle riserve del suolo ST=riserve del suolo

i=time step

62

4.5.5 Calcolo della quantità d’acqua mensile proveniente da falda

Ad ogni time-step nel serbatoio TANK2, che rappresenta concettualmente la falda, arriva l’acqua che si

infiltra nel bacino imbrifero e l’acqua in ingresso per via sotterranea extra-bacinale, mentre vengono

tolti i prelievi artificiali (pozzi).

Poiché la maggior parte dei sistemi idrogeologici segue l’equazione di Darcy e l’equazione di Maillet,

dipendenti dalle dimensioni del sistema, dalla porosità efficace dalla permeabilità, ecc, il modello tiene

conto del ritardo che le acque di falda hanno rispetto a quelle superficiali, calibrando un coefficiente β

compreso tra 0 e 1 che, moltiplicato per il volume dell’acqua contenuta in falda, consente di calcolare

la porzione rilasciata in quel mese al lago. Questo coefficiente è funzione della costante di esaurimento

di Maillet (α) e del numero dei giorni di ciascun mese; la relazione utilizzata è:

4.5.6 Calcolo della superficie del bacino idrogeologico

L’estensione del bacino idrogeologico (Si), e quindi il volume di acqua alimentante il lago per via

sotterranea da fuori bacino imbrifero, come noto, è variabile in funzione dei livelli piezometrici e

quindi delle condizioni di ricarica (cfr. Cambi e Dragoni, 2000; Fetter 2001). Su questa base il modello

considera l’ipotesi che nel serbatoio-falda, possano esserci ingressi d’acqua che simulino

l’alimentazione sotterranea extra-bacinale; l’equazione (5) tiene conto delle seguenti grandezze:

1) la quantità di acqua presente in falda (TANK2);

2) la superficie totale del bacino (Sb);

3) la superficie lacustre (Sl);

4) coefficienti ricercati in calibrazione (A1 e A2).

mese giorni(Maillet), di funzione tecoefficien

step(i)- timeal faldain contenuto acquad' volume

lago a falda da osotterrane deflusso

con

(4)

2

)(

2)(

αβ

β

=

=

=

⋅=

TANK

Ds

TANKDs

iLago

iLago

(5) 21

TANK2

SleSbSi

aSba

−⋅=

⋅−

63

Questa relazione fornisce il valore dell’area del bacino idrogeologico a partire dal valore dell’area

totale del bacino imbrifero moltiplicata per un fattore esponenziale crescente al diminuire del rapporto

tra il TANK2 e la superficie totale del bacino. La formula (6) è in accordo con la relazione ricavata a

partire dalle assunzioni di Dupuit-Forchheimer (cf. per esempio Fetter, 2001), in cui la distanza (d) che

segna lo spartiacque sotterraneo caratterizzato dall’altezza massima (hmax) risulta inversamente

proporzionale alla ricarica (w) (fig. 4.5.6.1).

Figura 4.5.6.1 Schema della variazione dello spartiacque sotterraneo in funzione del volume di acqua in falda.

4.5.7 Calcolo prelievi irrigui da Lago

Assumendo che i prelievi per uso irriguo, prelevati e non dal Lago, siano soggetti a diminuzioni,

correlate generalmente ad un aumento della pioggia, il modello simula questo attraverso la relazione

(7), che esprime mediante un coefficiente C2N ricercato in calibrazione, la variazione dei fabbisogni

idrici (Vf) prelevati dal lago in funzione della pioggia caduta sullo specchio (Vps).

Si sottolinea che per i prelievi si hanno solo varie stime molto grossolane, fra loro non concordanti, e

che quindi tale grandezza deve essere trovata tramite calibrazione.

( )(6)

2

22

21

2 L

hh

w

kLd

−⋅−=

(7) 2

⋅=

⋅

+⋅

VpsVf

Vf

NC

eVfVf

hmax h1

h2

d

L

W

x

y

64

4.5.8 Calcolo della variazione di volume e di livello del Lago

Il modello esegue mensilmente il calcolo della variazione di volume sulla base delle componenti che

costituiscono il bilancio (8), poi aggiorna il volume totale.

La variazione di volume mensile ∆V(i) viene calcolata come:

Figura 4.5.8.1 Schema concettuale di una porzione di lago in due time step (i, i+1). In realtà per tutto il mese la superficie Si non rimane costante (fig. 4.5.8.1), ma varia in funzione di EV,

PS, ecc; questo può generare errori sulla conservazione della massa e sulla stima della variazione

mensile di livello.

Il modello, per evitare tutto questo, riproduce questa variazione suddividendo il processo definito dalle

formule (8), (9), (10), in 10 sottoprocessi, ognuno dei quali permette di considerare 1/10 delle

grandezze in gioco; in questo modo la superficie viene calcolata volta per volta, aggiornando il valore

del volume totale senza produrre significative perdite di massa dal sistema.

La variazione di livello del lago durante il mese (i) (variazione di livello simulata, ∆H’) è data da:

∆∆∆∆H’(i) = ∆∆∆∆V(i) / Ss(i) (11)

(10) )(

(9)

(8) )()(

11

1

++

+

=

∆+=

⋅−+⋅+=∆

ii

i

VfS

iViVV

iSiEsPibSQiVkiV

imbrifero bacino superficie specchio; dallo evaporaz.

lago; superficie specchio; sullo Pioggia ;imbrifero) bacino dal (deflusso

fabbisogni vol. emissario; vol. i;sotterrane ingressi ; immissario vol.

mese del indice volume;di variazione

con

==

===

====

==∆

−−+=

bSE

SsPquickQ

fVemiVsIimmV

iV

fVemiVsIimmVVk

Si

Si+1

65

e il livello simulato durante il mese (i) infine calcolato come:

H’(i) = H’ (i-1) + ∆∆∆∆H’(i-1) (12)

4.5.9 Minimizzazione della funzione errore

LAGO utilizza il criterio dei minimi quadrati sulla base dell’errore standard commesso nella stima dei

livelli (13):

(13) con: H = livello reale H ’= livello simulato N = numero dati n = numero di coefficienti di calibrazione Per minimizzare questa funzione il modello usa un processo di tipo probabilistico. All’esterno del

modulo centrale di calcolo è inserito un modulo chiamato ANNEALING; esso sfrutta un algoritmo di

calcolo (Aarts e Koerst, 1990) che, dopo un certo numero di tentativi random, “ricorda” le

configurazioni dei coefficienti che hanno prodotto un errore sufficientemente piccolo, e

“concentrandosi” in un intorno di esse, procede alla determinazione di un minimo relativo che nella

migliore delle ipotesi coincide con quello assoluto. In questo modo è possibile ricavare il valore di

massimo 20 coefficienti, mantenendo entro limiti accettabili il tempo per ottenere la calibrazione.

nN

HH

Err

n

−

−

=∑

1

2)'(

66

CAPITOLO 5 - RISULTATI DELLA CALIBRAZIONE 5.1 Scelta della migliore calibrazione

Sulla base dei criteri esposti nel capitolo precedente, la procedura di calibrazione del modello sui dati

del periodo 1984-2006 ha fornito la seguente combinazione di coefficienti riportata in tabella 5.1.1:

Tabella 5.1.1 Risultati del set coefficienti della miglior calibrazione del modello Lago.

Informazioni generali

Lago: Trasimeno

Superficie bacino imbrifero: 383.4

Estremi temporali bilancio: Agosto1984 - Gennaio2006

Risultati calibrazione coefficienti

1 ST iniziali ST0 3 11 EVLmin LAGO 0.8043

2 Tank iniziale T0 (Mm3) 2.9442 12 EVLmax LAGO 1.0021

3 Ris. suolo max SM 262 13 Fase SHL LAGO 11

4 Coeff. area_idro A1 0.0013 14 Forma ESL LAGO 1.4124

5 Coeff. area_idro A2 -0.0048 15 EVTmin TERRA 0.5951

6 Coeff. BETA 0.4895 16 EVTmax TERRA 0.8406

7 Coeff. MEX 0.586 17 Fase SHT TERRA 2

8 Coeff. Quick C0 794.603 18 Forma EST TERRA 0.5314

9 Prel. falda C1 1.234 19 Coeff. emissario EM1 0.671

10 Prel. lago C2 1.1223 20 Prel. lago C2N 1.069

Tale combinazione di coefficienti deriva da una serie di elaborazioni successive, effettuate variando gli

intervalli di ricerca. Analizzando inoltre l’insieme delle soluzioni ottenuto, sono state escluse tutte le

calibrazioni che, nonostante un errore accettabile, non risultassero coerenti con la realtà idrogeologica e

fisica del Lago.

Per controllare la “consistenza” del modello, alla fase di calibrazione (fig. 5.1.1) è seguita la fase di

validazione (fig. 5.1.2), cioè la verifica che il set di coefficienti scelto fosse in grado di riprodurre un

insieme di dati reali diverso da quello su cui il modello è stato calibrato.

La validazione è stata eseguita su una serie di 18 anni con inizio dal 1966: i risultati ottenuti sono da

considerarsi buoni dato che, nonostante una piccola crescita dell’errore standard rispetto ai valori medi

ottenuti in calibrazione, la sequenza di livelli simulati risulta non divergente da quella reale; questo

garantisce una sufficiente affidabilità del modello. Sulla base dei risultati di validazione, la migliore

calibrazione ha fornito i risultati di tabella 5.1.2.

67

Figura 5.1.1 Grafico delle calibrazioni del modello Lago eseguite sulla serie dal 1984/2006; sono riportate le tre migliori calibrazioni con errore standard compreso tra 7 e 8 cm.

Figura 5.1.2 Grafico delle validazioni del modello Lago eseguite sulla serie dal 1966/1984; sono riportate le tre migliori validazioni con errore standard di 14 cm.

Calibrazioni Livelli lago Trasimeno agosto 1984 - gennaio 2006

250

251

252

253

254

255

256

257

258

259

260

ago-84

feb-85

ago-85

feb-86

ago-86

feb-87

ago-87

feb-88

ago-88

feb-89

ago-89

feb-90

ago-90

feb-91

ago-91

feb-92

ago-92

feb-93

ago-93

feb-94

ago-94

feb-95

ago-95

feb-96

ago-96

feb-97

ago-97

feb-98

ago-98

feb-99

ago-99

feb-00

ago-00

feb-01

ago-01

feb-02

ago-02

feb-03

ago-03

feb-04

ago-04

feb-05

ago-05

feb-06

ago-06

mesi

livelli (m

)

Lr Livello reale (m) Fondo lago s1_i=22,53_sm=262_ev=1031_cdg=0.251_err=0.076

s1_i=23,0_sm=260_ev=1029_cdg=0.251_err=0.076 s3_i=23,46_sm=259_ev=1043_cdg=0.251_err=0.08

Fondo lago 251.57 m s.l.m.

Validazioni Modello Lago Trasimeno agosto 1966 - agosto 1984

250

251

252

253

254

255

256

257

258

259

260

ago-66

feb-67

ago-67

feb-68

ago-68

feb-69

ago-69

feb-70

ago-70

feb-71

ago-71

feb-72

ago-72

feb-73

ago-73

feb-74

ago-74

feb-75

ago-75

feb-76

ago-76

feb-77

ago-77

feb-78

ago-78

feb-79

ago-79

feb-80

ago-80

feb-81

ago-81

feb-82

ago-82

feb-83

ago-83

feb-84

ago-84

feb-85

ago-85

feb-86

ago-86

feb-87

ago-87

feb-88

ago-88

mesi

livelli (m

)

Lr Livello reale (m) Fondo lago VAL1_er=0,144_cal1 VAL2_er=0,143_cal2 VAL3_er=0,144_cal3

Fondo lago 251.57 m s.l.m.

68

L’errore standard minimo sulla stima dei livelli è risultato di 7.6 cm in fase di calibrazione e di 14.4 cm in fase di validazione. Tabella 5.1.2 Risultati modellizzazione del Lago Trasimeno secondo LAGO.

5.2 Osservazioni sui risultati ottenuti con la miglior calibrazione

5.2.1 Osservazioni sul deflusso superficiale

Secondo il modello LAGO si ha un deflusso superficiale medio annuo di circa 160 mm, corrispondente

a circa l’83% dell’eccedenza idrica totale prodotta sul bacino. Il grafico di figura 5.2.1.1 riporta

l’andamento medio mensile del deflusso superficiale e la sua percentuale rispetto alla pioggia che cade

sul bacino imbrifero. Il valore del ruscellamento ottenuto risulta in accordo con le stime trovate in

letteratura per questo tipo di terreni, con un coefficiente di infiltrazione potenziale compreso fra il 20-

30% (Dragoni e Valigi, 2000). Si può osservare, sempre dallo stesso grafico, come le percentuali di

deflusso superficiali derivate mese per mese risultino più alte nelle stagioni invernali e primaverili;

questo comporta, come mostrato successivamente nell’analisi dell’eccedenza idrica, un ridotto apporto

“diretto” al Lago, dovuto ad un decremento della pioggia nei trimestri invernali (cfr. Cap. 3 - trend

delle precipitazioni).

Lago Trasimeno EVWALDA evaporaz. dallo specchio mm/anno 1082

Superficie bacino imbrifero 383.4 EVMODELLO evaporazione dallo specchio calibrata mm/anno 1031

Estremi temporali bilancio 1984-2006 EVWALDA / EVMODELLO variazione % 4.8

Temperatura media mensile °C (min: 1,0 max: 27,0)

14.3 Deflusso superficiale mm/anno 160.22

Pioggia sullo specchio (mm/anno) 696 Infiltrazione mm/anno 23.46

Pioggia sul bacino (mm/anno) 727 CDG Coefficiente di deflusso globale 0.251

ETP (evapotraspirazione potenziale) mm/anno 872 CDGT Coefficiente di deflusso globale Turc 0.237

ETR MODELLO(evapotraspirazione reale) mm/anno 534 CDSUP Coefficiente di deflusso superficiale 0.219

ETR TURC (evapotraspirazione potenziale Turc)

mm/anno 555 Quick su lago mm/anno: 348

ETR MODELLO / ETR TURC variazione % -3.94 TANK 106 m3 Medio 0.7

Area media bacino idrogeologico km2 263.44 PRELIEVI ARTIFICIALI (Mm3/anno )

Area max. bacino idrogeologico km2 267.49 Input Calibrati

Area min. bacino idrogeologico km2 259.40 Prel. lago 7.0 11

Area media specchio lacustre km2 120.43 Prel. falda 0.3 0.4

Area max. specchio lacustre km2 124.49 Vol. immiss. 0.0 -

Area min. specchio lacustre km2 116.41 Vol. emiss. 2.6 1.7

69

Figura 5.2.1.1 Andamento del deflusso superficiale medio mensile sul bacino imbrifero in mm e percentuale di deflusso superficiale rispetto alla pioggia caduta nel bacino imbrifero.

5.2.2 Capacità di Campo ed evapotraspirazione reale dal bacino imbrifero

L'immagazzinamento iniziale nel suolo ST0 è stata stimata in 3 mm, come plausibilmente prevedibile

per il mese di agosto che è quello con il quale inizia il bilancio. La capacità di immagazzinamento

massima del suolo (SM) è risultata di 262 mm. Tale valore è in accordo con quelli riportati sulle tabelle

di Thornthwaite-Mather (1957) e riferito ad aree coltivate caratterizzate da un valore di SM compreso

fra 200 e 300 nel caso di suoli a media permeabilità.

Per quanto riguarda invece la stima dell’evapotraspirazione, il modello ha fornito un valore medio

annuo dal bacino pari a 534 mm, praticamente coincidente con le stime fatte secondo metodi diversi

(tab. 5.2.2.1).

Tabella 5.2.2.1 Stime dell’evapotraspirazione reale media mensile sul bacino imbrifero in mm.

Metodo utilizzato ETRbacino (mm/mese) %∆∆∆∆ mod. LAGO

Modello idrogeologico mensile Evangelisti (1997) serie '63-'97 557 4.1

Modelli mensili di Angelini (1989) serie '62-'87 520 -2.7

Formula di Turc, serie '84-'2006 555 3.8

Formula di Coutagne, serie '63-'97 544 1.8

Modello idrogeologico mensile Lago (2007) serie ‘84-2006 534 -

0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

gen feb mar apr mag giu lug ago set ott nov dic

mese

Defl

usso

su

perf

icia

le (

mm

)

0

5

10

15

20

25

30

% d

efl

usso

su

perf

icia

le r

isp

ett

o a

Pb

Deflusso superficiale (QUICK) % Deflusso superficiale/Pb

70

Il grafico di figura 5.2.2.1 riporta l’andamento medio mensile dell’evapotraspirazione reale dal bacino

imbrifero. L’andamento dei valori dell’ Etr media annua sulla serie analizzata dal 1966 al 2006 inoltre

non presenta alcun trend statisticamente significativo (tab. 5.2.2.2), a dimostrazione della costanza di

questa grandezza idrologica nel tempo, nonostante apprezzabili variazioni termopluviometriche.

Figura 5.2.2.1 Andamento dell’evapotraspirazione reale media mensile sul bacino imbrifero in mm. Tabella 5.2.2.2 Trend lineare annuo e risultati test di significatività.

5.2.3 Alimentazione sotterranea dal lago

Secondo il modello il LAGO riceve in media per via sotterranea, dalla falda che lo alimenta, poco più

di 5.58 Mm3/anno pari ad un’altezza sul bacino e sul lago rispettivamente di 2 e 5 cm. L’andamento

medio mensile del deflusso sotterraneo è riportato nel grafico di figura 5.2.3.1.

Il contributo dell’apporto idrico sotterraneo rappresenta in media, appena l’11% dell’eccedenza idrica

totale prodotta nel bacino imbrifero; questo valore risulterebbe sottostimato rispetto ai lavori svolti da

Analisi statistica su: ETRbacino





Intercetta p. 531 Coef. ang. n.p. 0.109

Err.standard 40.61 Interc. n.p 537


0,0

10,0

20,0

30,0

40,0

50,0

60,0

70,0

80,0

90,0


mese

Evap

otr

asp

irazio

ne r

eale

(m

m)

Evapotraspirazione reale (Etr)

71

Figura 5.2.3.1 Andamento del deflusso medio mensile in Mm3. attraverso i modelli di Angelini (1989), che invece stima tale percentuale tra il 30 e il 40%. Il modesto

contributo di alimentazione sotterranea è giustificabile dalla litologia del bacino, che ha permesso di

impostare soltanto una falda freatica, molto superficiale, che circonda tutto il Lago Trasimeno e che

deriva dall’infiltrazione diretta delle acque meteoriche (cfr. Cap. 3); il modello inoltre mostra che non

esistono afflussi sotterranei extra-bacinali: nel Capitolo 3 sono stati decritti i motivi per i quali si può

assumere coincidente la superficie idrogeologica e quella idrografica, ma, indipendentemente dalla

ricostruzione dei flussi ottenuta attraverso i dati raccolti nell’ultima campagna piezometrica, anche il

modello è pervenuto alla medesima conclusione, simulando delle variazioni della superficie

idrogeologica con la superficie del bacino imbrifero che non superano il 2%. Il confronto tra le due

superfici è riportato in figura 5.2.3.2.

5.2.4 Coefficiente di deflusso

Il coefficiente di deflusso medio annuo del bacino del Trasimeno, ottenuto con la formula 1, è risultato

essere di 0.26 in accordo con i lavori precedenti:

(1) )(

b

bbd

P

ETRPC

−=

con Pb=pioggia media annua sul bacino (mm) ETRb=evapotraspirazione media annua dal bacino secondo il modello (mm)

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,00

1,20

1,40

1,60


mese

Defl

usso

so

tterr

an

eo

(M

m3)

Deflusso sotterraneo da falda

72

Figura 5.2.3.2 Confronto tra superficie bacino imbrifero (linea fucsia) e bacino idrogeologico (linea blu). In realtà il coefficiente di deflusso è variabile di anno in anno e va anche ricordato che questo è inteso

come il rapporto tra la quantità d’acqua totale (superficiale + sotterranea) che arriva al lago dal bacino e

la pioggia caduta sul bacino stesso (coefficiente di deflusso “totale”).

L’andamento medio mensile, secondo il modello, dei vari coefficienti di deflusso (totale, superficiale,

sotterraneo), è riportato in figura 5.2.4.1.

Figura 5.2.4.1 Confronto tra coefficienti di deflusso medi mensili. I coefficienti di deflusso mese per mese, da cui i valori mensili riportati in figura 5.2.4.1 sono stati

calcolati con le relazioni della tabella 5.2.4.1.

380,0

381,0

382,0

383,0

384,0

385,0

386,0

387,0

388,0lu

g-8

4

lug-8

5

lug-8

6

lug-8

7

lug-8

8

lug-8

9

lug-9

0

lug-9

1

lug-9

2

lug-9

3

lug-9

4

lug-9

5

lug-9

6

lug-9

7

lug-9

8

lug-9

9

lug-0

0

lug-0

1

lug-0

2

lug-0

3

lug-0

4

lug-0

5

mese

(km

2)

bacino imbrifero bacino idrogeologico

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0,35

0,40


mese

Co

eff

icie

nte

di

de

flu

ss

o

cd superficiale cd totale cd sotterraneo

73

Tabella 5.2.4.1 Coefficienti di deflusso ottenuti con il modello Lago.

Coefficiente di deflusso Formula Valore medio annuo

Totale

0.26

Superficiale

0.23

Sotterraneo

0.03

Dal grafico di figura 5.2.4.1 si osserva che il coefficiente di deflusso totale non si annulla mai e

raggiunge valori compresi tra 0.30 e 0.40 nel periodo invernale, quando, oltre al contributo principale

del deflusso superficiale, si somma quello dalla falda.

Il coefficiente di deflusso assume quindi valori massimi in inverno e minimi nel periodo estivo,

coerentemente con quelli che dovrebbero essere lo stato di imbibizione del suolo e la temperatura nelle

diverse stagioni.

5.2.5 Prelievi artificiali

Come accennato nel paragrafo 4.5.7 per i prelievi si hanno solo varie stime, molto grossolane e fra loro

non concordanti. Esistono diverse fonti ufficiali, ma i dati che ne derivano non possono essere

considerati del tutto attendibili a causa dei prelievi abusivi, sicuramente numerosi e non trascurabili. Di

fatto quindi l’entità dei prelievi artificiali (autorizzati e abusivi, dal Lago e dalla falda) rappresenta

un’altra incognita sul bilancio del Lago. I dati dei prelievi inseriti nel modello sono stati dunque distinti

in quelli provenienti da falda e quelli direttamente dal Lago. Per i primi la somma annua, costante per

tutto il periodo considerato per la calibrazione, è stata di 0.3 Mm3, distribuiti per l’87% nel periodo

estivo (maggio-settembre) quando il fabbisogno idrico è maggiore, e il restante 13% nel periodo

invernale. Per i prelievi diretti dal Lago distribuiti solo nel periodo estivo, il valore medio annuo

inserito è pari a 7 Mm3. La tabella 5.2.5.1 riassume i dati relativi ai prelievi artificiali inseriti nel

modello.

Tabella 5.2.5.1 Prelievi artificiali utilizzati in input dal modello.

PRELIEVI ARTIFICIALI Mm3/anno Mm3/mese (mag-set) Mm3/mese (ott-apr)

Prelievi diretti dal lago 7.000 1.29 0

Prelievi da falda 0.342 0.06 0.006

)(

bd

P

TankQuicktotC

⋅+=

β

)(

supb

dP

QuickC =

)(

bd

P

TanksottC

⋅=

β

74

Dopo la fase di calibrazione, e per mezzo dei coefficienti utilizzati per ciascun tipo di prelievo, i dati in

uscita dal modello hanno mostrato variazioni positive rispetto ai dati originari e dunque

presumibilmente sottostimati in partenza; il confronto è riassunto nella tabella 5.2.5.2.

Tabella 5.2.5.2 Confronto tra i prelievi artificiali immessi e quelli calibrati dal modello.

PRELIEVI ARTIFICIALI Mm3/anno (input) Mm3/anno (calibrati) Variazione %

Prelievi diretti dal lago 7.0 11.0 57

Prelievi da falda 0.3 0.4 33

5.2.6 Evaporazione dal Lago

L’evaporazione rappresenta una delle più importanti ed influenti perdite di risorsa idrica; tuttavia nello

studio dei laghi le misure ad oggi disponibili di questo parametro sono frammentarie e poco affidabili.

Pertanto l’evaporazione dallo specchio del Lago Trasimeno è, di fatto, ancora non nota. Da quanto

esposto, risulta che gli unici dati disponibili sull’evaporazione dallo specchio del lago sono, in realtà,

soltanto varie stime, effettuate con metodi diversi.

Nel calcolo del bilancio idrogeologico medio annuo si è qui fatto riferimento alla stima di evaporazione

effettuata attraverso la formula ottenuta da Dragoni e Valigi (1994), elaborando i dati sperimentali

ottenuti da varie vasche evaporimetriche di Classe A, modificati successivamente da una particolare

routine del modello (cfr. cap. 4, par. 4). Il volume d’acqua ceduta dal lago per evaporazione è stimato

in 124 Mm3/anno, corrispondente ad un’altezza sul lago di 1031 mm; questo risultato mostra come la

pioggia che cade direttamente sullo specchio del lago non sia sufficiente a compensare del tutto le

perdite per evaporazione (cfr. cap. 4); questo evidenzia quindi, oltre che la stretta dipendenza del Lago

dall’apporto superficiale e sotterraneo, anche il marginale effetto, su base annua, prodotto dai prelievi,

che incide solo in minima parte sullo stato di crisi idrica. La quantità di acqua che viene prelevata

artificialmente rappresenta infatti solo il 10% di quella evaporata dallo specchio.

5.2.7 Considerazioni sull’eccedenza idrica

Come descritto nel Capitolo 3, le variazioni del regime pluviometrico negli ultimi 40 anni sono risultate

variabili a scala stagionale. Nello specifico, dal confronto tra l’altezza di pioggia nel trimestre invernale

mediata sul periodo 1966-84 e quella dei 22 anni successivi, si riscontra una riduzione tra le due medie

del 26%; la stessa analisi svolta per il trimestre estivo mostra un incremento del 10%.

Questo equivale a dire che l’eccedenza idrica diminuisce a causa della riduzione della pioggia nel

periodo in cui, essendo bassa l’ETR, si dovrebbe produrre maggior pioggia efficace; nel periodo estivo

l’incremento di pioggia non è tale da fornire sufficiente eccedenza idrica per compensare il deficit

75

Figura 5.2.7.1 Volume di pioggia efficace nel trimestre gennaio-marzo dal 1966 al 2006.

idrico invernale. Tutto ciò, a fronte di un’evaporazione dallo specchio sostanzialmente costante,

contribuisce ad un progressivo abbassamento dei livelli del Lago. Nella figura 5.2.7.1 è riportato

l’andamento della pioggia efficace espressa in volume dal 1966 al 2006 e la variazione percentuale sui

valori medi nei due periodi.

Volume Pioggia efficace (trimestre gen-mar) periodo 1966-2006

0

5

10

15

20

25

30

1967

1969

1971

1973

1975

1977

1979

1981

1983

1985

1987

1989

1991

1993

1995

1997

1999

2001

2003

2005

anno

Pbe

ff (

Mm

3)

13

10

-28

I serie 1966-1984

II serie 1984-2006

Variazione %

volume pioggia efficace media per trimestre (gen-mar) Mm3

76

CAPITOLO 6 - APPLICAZIONI DEL MODELLO

6.1 Stabilizzazione dei livelli ad una quota accettabile

Conclusa la fase di calibrazione e validazione, il modello è stato utilizzato per simulare i livelli del

Lago sotto diverse ipotesi, allo scopo di valutare l’esistenza di strategie per la gestione delle risorse

idriche migliori di quelle adottate negli ultimi anni che hanno contribuito a portare il Lago nello stato di

crisi attuale.

Utilizzando la serie della calibrazione (1984-2006), sono stati simulati i livelli del Lago supponendo un

apporto idrico, dall'esterno del bacino, variabile da 5 a 15 Mm3 all’anno, mantenendo costanti i prelievi

da esso e da falda, precedentemente calibrati (fig. 6.1).

Figura 6.1 Simulazioni livelli mensili del Lago Trasimeno attraverso il modello LAGO con immissione di volumi di acqua variabile e portata dell’emissario artificiale costante.

Si può osservare come un apporto di 5 Mm3 a partire dal 1989 (anno in cui l’emissario ha smesso di

funzionare) avrebbe sicuramente alzato il livello medio, ma la quota di sfioro dell’emissario artificiale

non sarebbe stata mai raggiunta. Nelle altre due simulazioni invece, con apporti rispettivamente di 10 e

15 Mm3, i livelli sarebbero stati notevolmente più alti rispetto a quelli avuti, raggiungendo più volte la

Simulazioni dei livelli mensili lago Trasimeno con immissione di 5,10 e 15 Mm3 dal gennaio 1989 ( portata

emissario 6 m3/s)

250,50

251,50

252,50

253,50

254,50

255,50

256,50

257,50

258,50

lug-84 nov-85 mar-87 ago-88 dic-89 mag-91 set-92 gen-94 giu-95 ott-96 mar-98 lug-99 dic-00 apr-02 ago-03 gen-05 mag-06

Liv

ell

i d

el

lag

o (

m s

.l.m

.)

Livelli Reali (luglio 1984-gennaio 2006)

Livelli simulati con 5 milioni di mc/anno (emissario 6mc/s)



Soglia dell'emissario

Fondo lago 251.57 m.s.l.m.

77

quota di sfioro; questo avrebbe permesso all’emissario di entrare di nuovo in funzione, garantendo

quindi un’efficace mobilità delle acque nel tempo. Osservando ancora il grafico, inoltre, le due

simulazioni appaiono simili a fronte di un incremento in una delle due del 50% del volume di acqua

invasato. Questo effetto è dovuto essenzialmente alla quantità di acqua che viene evacuata dal Lago nei

mesi in cui l’emissario artificiale entra in funzione con una portata di 6 m3/s (≈15 Mm3/mese), valore

preventivamente scelto e impostato nel modello.

Figura 6.2 Simulazioni livelli mensili del Lago Trasimeno attraverso il modello LAGO con immissione di volumi di acqua costante e portata dell’emissario artificiale variabile. In questo modo per le due simulazioni la frequenza di entrata in funzione dell’emissario è quasi la

stessa, ma i volumi di acqua mobilitati all’esterno sono notevolmente diversi. In un’ottica quindi di

possibili interventi per garantire il mantenimento del livello medio del lago entro accettabili valori,

unitamente ad un adeguato e necessario ricambio delle acque, una buona strategia potrebbe essere

quella di intervenire con un apporto artificiale di almeno 15 Mm3 di acqua (abbattendo completamente i

prelievi diretti dal lago sarebbero sufficienti 5 Mm3) e gestendo l’emissario con una portata non

superiore a 3 m3/s. In figura 6.2 sono riportate le simulazioni per la stessa serie di dati di figura 6.1 con

un apporto costante di acqua al lago e una gestione dell’emissario artificiale variabile tra 1 e 6 m3/s.

Simulazioni dei livelli mensili lago Trasimeno con immissione di 15 Mm3 dal gen 1989 ( portata emissario di

1,3,6 m3/s)

250,50

251,50

252,50

253,50

254,50

255,50

256,50

257,50

258,50

lug-84 nov-85 mar-87 ago-88 dic-89 mag-91 set-92 gen-94 giu-95 ott-96 mar-98 lug-99 dic-00 apr-02 ago-03 gen-05 mag-06

Liv

elli d

el la

go

(m

s.l

.m.)

Livelli Reali (luglio 1984-gennaio 2006)





Fondo lago 251.57 m.s.l.m

78

6.2 Impatto delle variazioni climatiche sul Lago Trasimeno

6.2.1 Introduzione

Il Lago Trasimeno è attualmente sottoposto ad una forte pressione antropica, dovuta soprattutto

all’aumento dei prelievi d’acqua sia dal lago che dal bacino. Gli effetti di tale pressione sono in parte

amplificati da un trend negativo delle precipitazioni e da un incremento nella temperatura che si sta

verificando nell’Italia Centrale. Questi trend climatici sono riconducibili all’aumento di temperatura

che si rileva a scala globale (i.e. Doll, 2001; IPCC, 2007). L’atmosfera terrestre a scala globale sta

infatti, passando attraverso una fase di riscaldamento valutata in media, a partire dal 1850 circa, attorno

a 0.5 °C. Indipendentemente dalle cause, tale riscaldamento influenza il ciclo idrologico e quindi le

risorse idriche e gli eventi estremi, specificatamente siccità, intensità delle precipitazioni e piene

(Singer, 1999; IPCC, 2007; Evans et alii, 2002). In linea di principio, a scala globale un aumento della

temperatura dell'atmosfera comporta una maggiore evaporazione e quindi un aumento delle

precipitazioni medie (globali). Localmente, però, si può avere una diminuzione di piovosità: questo è

quanto sta accadendo nell’area del Mediterraneo occidentale (cfr. ad es. De Felice e Dragoni, 1994;

Piervitali et alii, 1997a, 1997b; Dragoni, 1998; Dragoni e Valigi, 2000).

L'analisi delle serie storiche di pioggia, temperatura e portata più lunghe ed affidabili fin qui analizzate

(vedi tabella 6.2) sembra evidenziare nell’Italia centro-meridionale negli ultimi 50–100 anni il binomio

lieve aumento della temperatura media annua-diminuzione della piovosità annua (Dragoni et alii,

2007); Cambi et alii, 2000).

Tabella 6.2.1 Analisi di alcune serie di temperatura e pioggia dell’Italia centro-meridionale (Cambi et alii, 2000 aggiornati da Dragoni e Melillo, 2007).

Stazione Intervallo di tempo per P

Intervallo di tempo per T

T media annua (°C)

P media annua (mm)

Gradiente di T (°C/anno)

Gradiente di P (mm/anno)

Perugia 1929-2006 1910-1995 13.2 840 +0.012 -1.5 Perugia Lago 1929-2006 1966-2006 14.3 718 +0.03 No trend Roma 1929-2006 1880-1995 16.0 720 +0.008 -1.7 Potenza 1929-1996 1921-1996 12.5 778 - -2.7 Camaldoli 1929-2006 - - 1630 - -4.4 Terni 1960-2006 - - 923 - -3.8 Anche la maggior parte dei GCMs (Gaudioso et alii, 1995; Hasselman, 1997; IPCC, 2007), suggerisce

per i prossimi decenni nel Mediterraneo un aumento della temperatura, in genere accoppiato ad una

diminuzione della piovosità.

La diminuzione delle precipitazioni medie annue è inoltre accompagnata, in media, da un aumento

dell’intensità giornaliera delle precipitazioni stesse (Brunetti et alii, 2001). Contemporaneamente, negli

79

ultimi cinquant’anni, si è avuto un incremento dei periodi di siccità e della loro durata (Arena et alii,

2000; Brunetti et alii, 2002). La situazione climatico – meteorologica degli ultimi anni, caratterizzata

sia da siccità che da un alto numero di eventi a forte intensità, rientra in tale quadro, peraltro già

delineato una quindicina di anni addietro (cfr. per es. De Felice e Dragoni, 1994). L'estrapolazione dei

trend sopra descritti ai prossimi decenni indica nel complesso un decremento considerevole delle

risorse idriche rinnovabili (Piervitali et alii, 1997a, 1997b; Cambi et alii, 1998; Dragoni, 1998). A

conferma di ciò i sistemi idrogeologici dell’Italia centro-meridionale mostrano negli ultimi decenni,

coerentemente con i dati climatici, una diminuzione delle portate e, nel caso dei laghi, dei livelli.

Rimane logicamente tutta una serie di problemi aperti sugli effetti dell’attuale trend climatico sul ciclo

idrologico nella regione italiana. L’effetto delle variazioni climatiche sulle portate e sul regime dei

sistemi idrologici si sovrappone, infatti, agli effetti dell’attività antropica, e quindi è difficile

distinguere gli uni dagli altri.

6.2.2 Applicazione del modello per valutare l’influenza delle variazioni climatiche sul Lago

Come anticipato nel Capitolo 3 attualmente, per quanto riguarda il Lago Trasimeno, la pioggia

ragguagliata sull’intero bacino mostra una diminuzione nel trimestre invernale e un lieve incremento in

quello estivo. Nel complesso, quindi quanto sembra verificarsi nell’area di studio concorda, nella

diminuzione delle precipitazioni annue, con quanto evidenziato nel precedente paragrafo a riguardo

dell’Italia centro-meridionale; per la temperatura il trend lineare annuo risulta positivo.

Al fine di valutare l’effetto della diminuzione delle precipitazioni (P) e dell’aumento di temperatura (T)

sul regime del lago, il modello LAGO è stato applicato inserendo, come dati di input, una serie di

piogge e temperature fittizie in grado di riprodurre tali trend (scenari a P, T variabili). Sono state,

inoltre, fatte altre simulazioni per periodi più lunghi mantenendo costanti le piogge e le temperature

(scenari a P, T costanti).

- Simulazioni a P, T variabili

In ingresso sono stati inserite le piogge mensili (medie del periodo 1984-2006, tab. 6.2.1) modificate

per ogni anno in relazione ai trend mensili ricavati dall’analisi statistica e risultati statisticamente

significativi; la tabella 6.2.2 riassume tali variazioni apportate.

80

Tabella 6.2.1 Valori di Ps, Pb, T mensili ricavati dall’anno idrologico medio sulla serie storica 1984-2006.

Tabella 6.2.2 Valori dei trend ricavati dall’analisi statistica per la serie storica dal 1966-2006.

Per quanto riguarda le temperature è stato evidenziato in vari tentativi che il loro effetto sui livelli del

lago è senz’altro inferiore rispetto all’influenza esercitata da variazioni sulle precipitazioni. Infatti,

secondo tutte le formule e secondo il modello l'aumento della temperatura di 1-2 C°, produce un

aumento non superiore al 2-3 % dell'evaporazione.

In questo lavoro per ipotizzare le condizioni peggiori, nella simulazione delle variazioni climatiche

sono state inserite in ingresso le temperature del periodo 84-06 aumentate di 0.0028 °C all’anno.

La lunghezza delle serie di dati mensili in ingresso è stata 480 dati, ossia la serie 84-06, diminuita nelle

piogge ed aumentata nelle temperature, è stata ripetuta più volte; ciò è stato fatto non al fine di simulare

i successivi 480 mesi (40 anni) ma per far sì che il sistema del Lago Trasimeno raggiungesse un nuovo

equilibrio sotto condizioni climatiche differenti da quelle attuali. Il grafico in figura 6.2.3 mostra i

risultati ottenuti applicando il modello con i coefficienti calibrati riportati nel Cap. 5 I livelli medi del

Mese Media Pb (mm) Media Ps (mm) Media T (°C)

lug 30 30 24.0

ago 40 39 24.4

set 80 76 19.7

ott 88 84 15.5

nov 109 104 9.9

dic 63 59 6.0

gen 43 40 5.1

feb 46 44 6.1

mar 46 45 9.3

apr 70 67 12.2

mag 58 56 17.4

giu 54 50 21.1

Variazione annua Mese

Trend Ps (mm) Trend Pb (mm)

lug -0.23 -0.33

ago -0.23 -0.33

set 0.00 0.00

ott 0.00 0.00

nov 0.00 0.00

dic 0.00 -0.33

gen -0.63 -0.57

feb -1.03 -1.02

mar -0.07 -0.33

apr -0.23 0.37

mag -0.23 -0.33

giu -0.23 -0.33

81

lago che ci si potrebbe attendere con queste condizioni di pioggia e temperatura raggiungerebbero un

pseudo - equilibrio a partire dai prossimi 30 anni con un livello medio vicino alla quota di fondo lago.

Figura 6.2.3 Simulazioni livelli mensili del Lago Trasimeno attraverso il modello LAGO per i prossimi 40 anni sotto condizioni climatiche differenti da quelle attuali. Il risultato ottenuto non costituisce una previsione precisa, viste le numerose incertezze ancora presenti

nei dati utilizzati e la non certezza sulle condizioni climatiche future. Il fine di questa simulazione è

stato quello di ottenere un’indicazione di massima dell’impatto che i trend climatici in atto potrebbero

avere sul livello medio del lago e sul suo regime.

- Simulazioni a P, T costanti

Per queste simulazioni sono stati utilizzati i dati della serie calibrata ripetuta più volte per un periodo di

complessivo di 84 anni (dal 1984-2048). Il grafico in figura 6.2.4 mostra i risultati ottenuti applicando

il modello con i coefficienti riportati nel Capitolo 5. Nel grafico è possibile osservare l’andamento

decrescente dei livelli del lago fino a 50 anni dall’inizio della simulazione. Successivamente il livello

medio del lago si attesta intorno ai 255 m.s.l.m. equivalente ad una profondità media inferiore ai 4 m.

Simulazioni dei livelli mensili lago Trasimeno dal 2006 al 2026

250,5

251,5

252,5

253,5

254,5

255,5

256,5

257,5

258,5

lug-06 mar-09 dic-11 set-14 giu-17 mar-20 dic-22 ago-25 mag-28 feb-31 nov-33 ago-36 mag-39 feb-42 ott-44

Liv

ell

i d

el

lag

o (

m s

.l.m

.)

Soglia dell'emissario Fondo lago 251.57 m.s.l.m. Livello simulato 2006-2046 p,t variabili

82

Figura 6.2.4 Simulazioni livelli mensili del Lago Trasimeno attraverso il modello LAGO per i prossimi 60 anni sotto condizioni climatiche identiche a quelle del periodo 1984-2004.

Simulazioni dei livelli mensili lago Trasimeno dal 1984 al 2068

250,5

251,5

252,5

253,5

254,5

255,5

256,5

257,5

258,5

lug-84 giu-89 mag-94 apr-99 mar-04 feb-09 gen-14 dic-18 dic-23 nov-28 ott-33 set-38 ago-43 lug-48 giu-53 giu-58 mag-63 apr-68

Liv

ell

i d

el

lag

o (

m s

.l.m

.)


Livelli simulati (luglio 1984-gennaio 2048) serie T-P 08-28=serie T-P 84-04 calibrazione 2

Fondo lago 251.57 m.s.l.m.

LIVELLO MEDIO 1984-2012 256.65 m.s.l.m.



120.07 km2

111.71 km2

116.32 km2

gen 2006

83

CAPITOLO 7 - CONCLUSIONI

7.1 Osservazioni generali

Il modello idrogeologico descritto in questa Tesi di Dottorato rappresenta un miglioramento rispetto a

tutti i modelli precedentemente realizzati, poiché descrive in modo più preciso il comportamento fisico

del sistema preso in considerazione. Ciò è dimostrato non soltanto dalle buone calibrazioni, ma

soprattutto dalle soddisfacenti validazioni del modello ottenute su un periodo di venti anni.

L’applicazione di questo modello ha permesso inoltre di ottenere informazioni su alcuni parametri poco

noti relativi al Lago e al suo bacino. Alcuni dei risultati sono concordanti con quelli deducibili dalla

letteratura; altri sono originali (evapotraspirazione, evaporazione dal lago, deflussi, prelievi). Ulteriori

affinamenti del modello idrogeologico, che porterebbero a risultati ancora più attendibili di quelli

ottenuti, sono certamente possibili, fermo restando che i dati utilizzati siano più affidabili e consistenti.

7.2 Osservazioni sui risultati ottenuti

Dall’applicazione del modello idrogeologico sono state ottenute stime dell’evapotraspirazione reale e

potenziale del bacino, del coefficiente di deflusso, dell’apporto superficiale e sotterraneo al Lago, del

rapporto tra spartiacque sotterraneo e superficiale, prelievi artificiali da falda e dal Lago, uscite dal

Lago per evaporazione.

I risultati ottenuti possono essere sintetizzati come segue:

Evapotraspirazione reale

La stima dell’evapotraspirazione medio annua dal bacino fornita dal modello è di 534 mm, ed è

praticamente coincidente con i risultati ottenuti con metodi diversi.

Deflusso sotterraneo e superficiale

L’alimentazione sotterranea della falda superficiale al lago stimata dal modello è risultata di 5.58

Mm3/anno (un volume d’acqua pari al 6% della pioggia che in media in un anno cade sul bacino

imbrifero); tale valore è risultato più basso delle stime ottenute in precedenza da altri Autori, ma

più coerente considerate le caratteristiche litologiche del bacino; il valore di infiltrazione efficace

media annua nel bacino idrogeologico del lago risulta di 22 mm/anno;

Il deflusso superficiale medio annuo risulta il 22% della pioggia che cade sul bacino imbrifero e al

83% dell’eccedenza idrica; tale valore risulta congruente con la tipologia di terreni affioranti.

84

Coefficiente di deflusso

Il coefficiente di deflusso medio annuo del bacino del Trasimeno stimato, sulla serie storica dal

1984 al 2006, risulta di 0.26.

Rapporto spartiacque bacino idrografico e idrogeologico

Il modello ha simulato una variazione tra la superficie del bacino imbrifero e quello idrogeologico

del 2%; questo risultato conferma quanto detto sull’ipotesi di coincidenza dei due bacini derivata

dallo studio eseguito sui dati dell’ultima campagna piezometrica fatta.

Uscite dal Lago

Prelievi artificiali:

la stima dei prelievi da falda è 0.4 Mm3/anno; mentre per il prelievi diretti dal Lago il valore

risulta di 11 Mm3/anno; tali valori non corrispondono ai dati ufficiali che sono stati utilizzati per

la calibrazione.

Evaporazione dallo specchio:

il volume d’acqua ceduta dal Lago è stimato in 124 Mm3/anno, corrispondente ad un’altezza sul

Lago di 1031 mm; tale valore si accorda con molte delle stime già note.

Tramite il modello LAGO è stata inoltre stimata la costante di recessione α relativa all’acquifero che

alimenta il Lago. Il valore ottenuto circa 2.24*10-2 giorni-1, è paragonabile ai valori relativi ad alcuni

sistemi idrogeologici dell’Italia centrale caratterizzati da bacini a permeabilità medio-alta. Nel

confronto tra i livelli reali e quelli simulati, l’errore standard minimo sulla stima dei livelli è di 7.6 cm

in fase di calibrazione, e di 14.4 cm in fase di validazione.

Dopo queste due fasi, il modello è stato applicato utilizzando sia una serie di piogge e temperature

fittizie costruite per simulare l’effetto delle variazioni climatiche in atto nella regione, sia la serie di 24

anni dal 1984 ripetuta fino al 2068 senza variazione di alcun dato. Nel primo caso i test effettuati hanno

indicato una discesa costante del livello del Lago che raggiungerebbe un pseudo - equilibrio dopo circa

30 anni. Nel secondo caso, l’equilibrio si raggiungerebbe nello stesso tempo ma ad una quota

maggiore; la profondità media del lago sarebbe comunque molto bassa in quanto oscillerebbe attorno a

4 m.

Il modello è stato inoltre utilizzato per simulare i livelli sotto diverse ipotesi gestionali; lo scopo è stato

quello di ipotizzare strategie migliori di quelle adottate negli ultimi anni che hanno contribuito a

portare il Lago nell’attuale stato di crisi. Utilizzando la serie della calibrazione (1984-2006), sono stati

simulati i livelli del Lago supponendo un apporto idrico variabile da 5 a 15 Mm3 all’anno, mantenendo

85

costanti i prelievi dal lago e da falda. Una gestione del lago sotto queste ipotesi consentirebbe oltre che

ad un assestamento dei livelli cui corrisponderebbe una profondità media intorno ai 5-6 m, anche

un’adeguata mobilità delle acque dovute all’emissario artificiale che tornerebbe di nuovo a funzionare.

7.3 Problemi aperti

L’approfondimento delle conoscenze sulle caratteristiche del Lago Trasimeno richiede innanzitutto la

disponibilità di un adeguato e preciso sistema di rilevazione dei dati. Sarebbe, infatti, necessario

integrare il già esistente sistema S.I.G.L.A con altre stazioni adeguatamente attrezzate per la misura

dell’evaporazione dallo specchio. Ciò consentirebbe di “risparmiare” numerosi coefficienti nella fase di

calibrazione rendendo molto più snello l’intero processo di calcolo svolto dal modello.

Sarebbe opportuno effettuare ulteriori prove di pompaggio per determinare i parametri idrogeologici

dell’acquifero che circonda il Lago e indagini piezometriche più dettagliate e continue utili a

quantificare il deflusso sotterraneo diretto al Lago; inoltre studi geochimici ed isotopici potrebbero

servire a verificare il bilancio del Lago.

Soltanto, dunque, sulla base di una più consistente ed attendibile banca-dati, sarebbero possibili

ulteriori e significativi miglioramenti del modello Lago.

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Documents

Modellizzazione Lago Trasimeno