Un gemello digitale del ciclo dell’acqua per prevedere alluvioni e frane per la gestione ottimale delle risorse idriche.
I cambiamenti climatici stanno influenzando il ciclo dell’acqua in modo importante, aumentando la probabilità e la gravità degli eventi estremi legati all’acqua, tra cui precipitazioni abbondanti, inondazioni, frane, siccità e incendi. Questi eventi stanno già causando notevoli danni economici come le perdite in agricoltura e i danni alle infrastrutture, impatti ecologici e perdite di vite umane.
Nel prossimo futuro si prevede che la loro intensità e il loro impatto aumenteranno come chiaramente evidenziato dalla siccità verificatasi i\n Italia, e in Europa, nel 2022 (e ancora in corso) e l’evento alluvionale delle Marche del 15 settembre 2022. Pertanto, risulta fondamentale sviluppare una nuova generazione di sistemi di supporto alle decisioni per migliorare la previsione e il monitoraggio dei disastri ambientali legati all’acqua e gestire in modo ottimale le risorse idriche.
DTE Hydrology per la gestione ottimale delle risorse idriche e la previsione dei rischi
In tale ambito l’Agenzia Spaziale Europea (ESA) ha finanziato il progetto “Digital Twin Earth (DTE) Hydrology” guidato dal gruppo di idrologia del CNR-IRPI e che ha come collaboratori l’Università di Vienna e di Ghent, fondazione CIMA, MEEO, ed EURAC.
Il progetto DTE Hydrology ha lo scopo di sviluppare un gemello digitale del ciclo dell’acqua ad alta risoluzione che integra osservazioni satellitari e a terra con una modellistica avanzata (Alfieri et al., 2022) allo scopo di fornire ai decisori soluzioni puntuali e dettagliate per le problematiche, e le opportunità legate all’acqua (video ESA). Il progetto sfrutta i recentissimi sviluppi dei prodotti satellitari per lo studio del ciclo dell’acqua (precipitazioni, umidità del suolo, neve, evaporazione e portata fluviale) che sono ora disponibili ad altissima risoluzione spaziale e temporale (<1 km, <1 giorno) (ad esempio Filippucci et al., 2022 e Peng et al., 2021).
Tale risoluzione spaziale è più di 20 volte migliore rispetto ai precedenti prodotti satellitari disponibili fino a 5 anni fa. Il progetto DTE Hydrology ha sviluppato una piattaforma che permette di esplorare i risultati del progetto, discaricare i dati e di analizzare scenari what-if per la previsione del rischio di piena e la gestione delle risorse idriche (quest’ultimo in fase di sviluppo).Ad esempio, si può esplorare quello che è accaduto nel nostro paese nel 2022 con l’importante siccità che ha colpito soprattutto il Nord Italia (https://explorer.dte-hydro.adamplatform.eu/?use_case=1).
La piattaforma
La Figura 1 mostra l’anomalia di umidità del suolo del Giugno 2022 che evidenzia condizioni particolarmente critiche in Italia Nord-Occidentale e in parte dell’Italia centrale.
Nella Figura 2 è invece mostrata l’animazione delle anomalie di precipitazione da marzo 2021 a febbraio 2022 dove si evince che le anomalie negative nel Nord Italia sono state importanti già a partire da settembre 2021 (con l’eccezione del mese di novembre).
Figura 2 – Animazione delle anomalie di precipitazione ad alta risoluzione da Marzo 2021 a Febbraio 2022.
La siccità è un evento che inizia lentamente già in inverno e gli impatti si osservano soprattutto nella stagione estiva. Attraverso la piattaforma è possibile esplorare diverse aree e diversi dati sia in Italia che nel bacino del Mediterraneo, a partire dal gennaio 2015.
Attraverso la piattaforma è anche possibile esplorare gli effetti delle precipitazioni al suolo come, ad esempio, durante l’evento Medicane verificatosi in Sicilia nell’ottobre del 2021. Per questo evento, è stata effettuata un’analisi dettagliata per mappare le aree in ondate nella Piana del Fiume Simeto vicino a Catania (https://explorer.dte-hydro.adamplatform.eu/?use_case=2).
La Figura 3 mostrale aree inondate durante l’evento ad altissima risoluzione spaziale (5m). Nella piattaforma è possibile esplorare l’evoluzione temporale delle aree inondate ora per ora.
Infine, la piattaforma permette anche di analizzare potenziali scenari di piena utili per la previsione delle inondazioni anche in tempo reale, come nella Figura 4(https://explorer.dte-hydro.adamplatform.eu/?use_case=3).
Versatilità
Considerando il bacino del Fiume Po, l’utente può inserire due valori per la condizione iniziale di umidità del suolo e per il totale di pioggia nei giorni successivi; queste sono le due variabili chiave per determinare il rischio di piena. L’applicazione restituisce sulla destra l’evoluzione temporale della portata fluviale in alcune sezioni di interesse lungo il Po (come, ad esempio, Cremona o Pontelagoscuro) e sulla sinistra le mappe di pioggia e umidità del suolo.
L’utente può quindi vivere l’esperienza di un operatore di Protezione Civile che sulla base delle condizioni iniziali e delle previsioni di pioggia deve determinare il rischio di piena per poi eventualmente procedere con procedure di mitigazione e protezione del territorio.
La stessa applicazione può essere utilizzata per esplorare possibili scenari di cambiamento climatico e il corrispondente rischio di piena (ad esempio, inserendo valori molto alti di pioggia).
Le dichiarazioni
“Il progetto DTE Hydrology rappresenta il primo tentativo di conciliare le osservazioni satellitari di ultima generazione con modelli avanzati, in modo da fornire agli utenti – decisori, cittadini, scienziati – informazioni dettagliate e precise sui rischi idrogeologici – piene e frane – ma anche sui benefici che si possono ottenere attraverso una gestione consapevole ed efficiente del bene più prezioso che abbiamo, cioè l’acqua” spiega Luca Brocca (CNR-IRPI), responsabile del progetto.
(Fonte: CNR)
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