Acque Sotterranee Cinesi Sotto la Lente: Un Tesoro di Dati dal 2005 al 2022!

Ciao a tutti! Oggi voglio parlarvi di qualcosa di affascinante e vitale, anche se spesso invisibile: le acque sotterranee. Pensateci, sono la più grande riserva di acqua dolce non congelata del nostro pianeta, un vero e proprio tesoro nascosto sotto i nostri piedi che sostiene ecosistemi e permette le nostre vite quotidiane. Dall’agricoltura all’industria, fino all’acqua che beviamo, dipendiamo enormemente da questa risorsa.

Ma c’è un “ma”. Con la popolazione mondiale in crescita, l’espansione dell’agricoltura irrigua e lo sviluppo economico sfrenato, stiamo chiedendo sempre di più a queste riserve idriche sotterranee. Questo porta a sfide enormi, come l’abbassamento del suolo (subsidenza) e persino un peggioramento della qualità dell’aria in alcune aree. Capire come si muovono e cambiano i livelli delle acque sotterranee è quindi cruciale. È come avere il polso della situazione idrica di una regione.

Monitorare l’Invisibile: La Sfida

Come facciamo a sapere cosa succede là sotto? Principalmente in due modi: attraverso pozzi di monitoraggio e con i satelliti GRACE (Gravity Recovery and Climate Experiment). I satelliti GRACE sono una tecnologia pazzesca: misurano le variazioni del campo gravitazionale terrestre per stimare i cambiamenti nelle riserve d’acqua, comprese quelle sotterranee, su scala globale. Fantastico, vero? Però, hanno una risoluzione spaziale piuttosto bassa, parliamo di chilometri. Questo li rende poco pratici per gestire le risorse idriche a livello locale o regionale.

I dati dai pozzi di monitoraggio, invece, sono molto più precisi. Esistono database globali, come quello dell’International Groundwater Resources Assessment Centre, che cercano di raccogliere queste informazioni. Tuttavia, spesso questi dati sono disomogenei: raccolti con metodi diversi, aggiornati a intervalli irregolari e con una distribuzione geografica non uniforme. Soprattutto in alcune aree, come la Cina, c’era una carenza di dati accurati, continui nel tempo e con una buona copertura spaziale. I dataset esistenti erano spesso limitati a bacini specifici, coprivano periodi brevi o avevano una bassa densità di punti di osservazione. Insomma, avevamo bisogno di qualcosa di più!

La Svolta: Un Nuovo Dataset Dettagliato per la Cina

Ed è qui che arriva la bella notizia! Grazie al lavoro del China Geological Environment Monitoring Institute, che ha compilato l'”Annuario dei Livelli delle Acque Sotterranee del Monitoraggio Geologico Ambientale Cinese” dal 2005 al 2022, ora abbiamo accesso a un dataset incredibilmente ricco. Immaginate: dati provenienti da ben 11.911 punti di monitoraggio sparsi per la Cina, per un totale di oltre 4,2 milioni di osservazioni! Parliamo di quasi due decenni di dati, con una media di cinque misurazioni al mese per ogni sito.

Questo dataset è una vera miniera d’oro. Proviene direttamente da osservazioni sul campo, registrando la profondità o il livello dell’acqua, il tipo (freatica o confinata) e la posizione del sito. Per garantire coerenza, tutti i dati sono stati unificati usando il Datum Verticale Nazionale del 1985. È interessante notare come la rete di monitoraggio si sia espansa enormemente dal 2018, passando da circa 1.200 a oltre 10.000 siti, migliorando drasticamente la copertura, specialmente nelle remote regioni nord-occidentali e sud-occidentali. Questo significa dati più robusti e rappresentativi.

Dai Punti alla Mappa: Come Abbiamo Elaborato i Dati

Avere milioni di dati puntuali è fantastico, ma come trasformarli in una visione d’insieme, in una mappa continua che ci mostri i livelli dell’acqua ovunque, anche dove non c’è un pozzo? Qui entra in gioco la magia (o meglio, la scienza) dell’interpolazione.

Prima di tutto, siccome non tutti i pozzi riuscivano a fornire dati giornalieri completi (a causa di limiti tecnici o altri fattori), ma la maggior parte garantiva almeno cinque letture al mese, abbiamo calcolato la media mensile per ogni stazione. Questo ci ha permesso di avere dati continui e comparabili nel tempo, superando il problema delle lacune giornaliere.

Poi, abbiamo usato un metodo chiamato Interpolazione Ponderata Inversa alla Distanza (IDW). Sembra complicato, ma l’idea è semplice: per stimare il livello dell’acqua in un punto senza misurazione diretta, guardiamo ai pozzi vicini. Più un pozzo è vicino, più il suo dato “pesa” nella stima. Abbiamo usato Python e ottimizzato i parametri (potenza 3, fattore di smorzamento 0.6, considerando i 10 vicini più prossimi) per ottenere i risultati più accurati possibili, bilanciando dettaglio locale e fluidità generale.

Il risultato? Un set di dati raster (immagini georeferenziate) mensili del livello delle acque sotterranee per tutta la Cina, con una risoluzione spaziale di 1 km, dal 2005 al 2022. Il tutto è disponibile in formato standard GeoTIFF, perfetto per essere analizzato con software GIS (Geographic Information System).

Affidabilità Comprovata: I Dati Sono Solidi!

Ok, abbiamo creato queste mappe interpolate, ma possiamo fidarci? Assolutamente sì! Abbiamo fatto un sacco di verifiche.

Innanzitutto, abbiamo confrontato la distribuzione statistica dei dati originali dei pozzi con quella dei dati interpolati. Le tendenze sono molto simili, anche se l’interpolazione, per sua natura, tende a “smussare” un po’ i valori estremi. Ma la cosa importante è che cattura l’andamento generale.

Poi, abbiamo usato l’indice di Moran per verificare la correlazione spaziale. I risultati mostrano una forte autocorrelazione positiva: le aree con livelli alti tendono ad essere vicine ad altre aree con livelli alti, e lo stesso vale per i livelli bassi. Questo significa che la distribuzione spaziale ha una sua logica e regolarità, e l’interpolazione l’ha rispettata.

Abbiamo anche confrontato le serie storiche: l’andamento nel tempo dei dati interpolati (raster) segue molto da vicino quello dei dati originali dei pozzi, con un coefficiente di correlazione (R²) di 0.82. Ottimo!

Infine, abbiamo diviso la Cina in tre zone con diversa densità di pozzi (Zona I fitta, Zone II e III più sparse) e abbiamo confrontato i valori interpolati con quelli misurati. I risultati sono stati eccellenti ovunque: i coefficienti di regressione e i valori R² erano vicinissimi a 1 (indicando una corrispondenza quasi perfetta), e gli errori (RMSE e MSE) erano assolutamente accettabili, nonostante l’enorme estensione geografica e le grandi variazioni di livello (da -100 a 4500 metri!). Un test specifico sulla Pianura della Cina Settentrionale, un’area cruciale per l’agricoltura e con molti pozzi, ha dato risultati ancora più strabilianti: R² di 0.99 e un errore medio bassissimo!

Perché Questo Dataset è Così Importante?

Questo enorme lavoro di raccolta, elaborazione e validazione ci consegna uno strumento potentissimo. Questo dataset fornisce una base solida e dettagliata per:

• Studiare le dinamiche delle acque sotterranee in Cina come mai prima d’ora.
• Esplorare le complesse interazioni tra acque sotterranee ed ecosistemi di superficie.
• Supportare pratiche di gestione sostenibile delle risorse idriche, fondamentali in un contesto di cambiamenti climatici e crescente domanda.
• Fornire dati essenziali per la pianificazione agricola, industriale e urbana.

È una risorsa aperta, accessibile a ricercatori, gestori delle risorse idriche e chiunque sia interessato a capire meglio questo elemento vitale del nostro pianeta. Poter “vedere” l’andamento delle acque sotterranee su scala nazionale, mese per mese, per quasi vent’anni, è un passo avanti gigantesco.

Insomma, abbiamo finalmente una mappa dettagliata di questo tesoro nascosto. Un punto di partenza fondamentale per proteggerlo e gestirlo al meglio per le generazioni future.

Fonte: Springer