Cemento e Acqua: Come l’Urbanizzazione Stravolge i Fiumi (e Aumenta le Alluvioni)

Ciao a tutti! Oggi voglio parlarvi di qualcosa che tocca le vite di moltissimi di noi, anche se magari non ce ne rendiamo conto tutti i giorni: come le nostre città, crescendo a dismisura, cambiano il modo in cui l’acqua si comporta sul territorio. Pensateci un attimo: dove prima c’erano campi, boschi o prati, ora spuntano strade, palazzi, parcheggi. Superfici impermeabili, che non lasciano passare l’acqua come faceva il terreno naturale. E questo, amici miei, ha delle conseguenze enormi, soprattutto quando piove forte.

Il Dilemma Urbano: Più Cemento, Più Acqua che Scorre Via

Il punto è questo: la crescita globale della popolazione e l’urbanizzazione accelerata stanno letteralmente ridisegnando la faccia dei nostri bacini idrografici. E quando cambiamo il “sottofondo” – quello che in gergo tecnico chiamiamo la superficie sottostante – modifichiamo profondamente i processi idrologici. L’espansione di superfici impermeabili, come l’asfalto e il cemento, fa due cose principali: riduce la capacità del terreno di assorbire l’acqua (infiltrazione) e, di conseguenza, aumenta la quantità di acqua che scorre via rapidamente in superficie (il deflusso superficiale). Questo sconvolge l’equilibrio idrologico di interi bacini.

Le città, spesso situate proprio all’interno di questi bacini, sono legate a doppio filo con le dinamiche idrologiche circostanti. Capire esattamente come i cambiamenti del suolo influenzano il deflusso è quindi fondamentale per gestire in modo sostenibile le nostre preziose risorse idriche, specialmente in questi sistemi complessi “bacino-città”. Non si tratta solo del tipo di copertura del suolo (cemento vs erba), ma anche del tipo di terreno sottostante e della pendenza del terreno. Tutti questi fattori giocano un ruolo.

Oltre i Vecchi Modelli: Un Nuovo Sguardo al Deflusso

Finora, molti studi si sono concentrati sull’effetto di un singolo fattore alla volta, oppure hanno usato modelli idrologici che ci danno un’idea generale del deflusso all’uscita del bacino, ma non ci dicono molto su cosa succede *dentro* il bacino, metro per metro. E qui entra in gioco la novità che voglio raccontarvi.

Recentemente, è stato proposto un approccio più sofisticato, un quadro per discriminare le componenti del deflusso che si generano più facilmente, tenendo conto della combinazione di tre fattori chiave: tipo di suolo, uso del suolo e pendenza topografica. Questo approccio è stato integrato in un modello chiamato GRGM (Grid-based Runoff Generation Model), che lavora su una griglia molto dettagliata (celle di 30×30 metri!).

Ma cosa sono queste “componenti del deflusso”? Semplificando, l’acqua piovana può prendere diverse strade:

• Deflusso superficiale in eccesso (Rs): L’acqua che scorre via subito perché piove troppo forte per essere assorbita.
• Deflusso superficiale saturo (Rsat): L’acqua che scorre in superficie perché il terreno è già completamente zuppo.
• Deflusso intermedio (Rint): L’acqua che si infiltra un po’ ma poi scorre lateralmente appena sotto la superficie.
• Deflusso sotterraneo (Rg): L’acqua che si infiltra in profondità e alimenta le falde.

Il modello GRGM cerca di calcolare quanta acqua prende ciascuna di queste strade, cella per cella, basandosi sulle caratteristiche del terreno in quel punto specifico.

Il Caso Studio: Zhengzhou Sotto la Lente

Per testare questo nuovo approccio, i ricercatori hanno preso in esame un’area specifica: il bacino idrografico del fiume Jialu controllato alla stazione di Zhongmou, in Cina, che include la grande città di Zhengzhou. Quest’area è un esempio lampante di urbanizzazione rapida (il tasso di urbanizzazione ha raggiunto quasi l’80% nel 2020!) ed è stata tristemente nota per una devastante alluvione nel 2021, causata proprio da piogge torrenziali che hanno messo in crisi sia il sistema fluviale che la rete di drenaggio urbano. Un caso perfetto, insomma, per vedere come se la cava il modello GRGM.

Hanno analizzato i dati di 11 eventi di pioggia intensa tra il 2016 e il 2019 e li hanno usati per calibrare e validare il modello GRGM, confrontandolo anche con un modello di infiltrazione più datato, il modello di Horton (HI). I risultati? Il modello GRGM si è dimostrato significativamente più accurato! L’errore relativo medio nel calcolo del deflusso si è ridotto del 27.76% e il coefficiente di determinazione medio (che indica quanto bene il modello “spiega” i dati reali) è aumentato di 0.11 rispetto al modello HI. Questo significa che considerare insieme suolo, uso del suolo e pendenza dà una rappresentazione molto più fedele della realtà.

Cosa è Cambiato in 40 Anni (1980-2020)?

Ma la parte forse più affascinante è stata analizzare come sono cambiate le cose in quest’area negli ultimi 40 anni, dal 1980 al 2020. E i cambiamenti sono stati drastici.

Uso del suolo: La trasformazione principale è stata la drastica riduzione dei terreni agricoli e una vertiginosa espansione dei terreni edificati (costruzioni). Nel bacino, l’area edificata importata (cioè trasformata da altri usi) è stata enorme, ben 713 km², e gran parte di questa (quasi il 70%) è avvenuta proprio nell’area centrale della città di Zhengzhou. Foreste, praterie e aree acquatiche, già poco estese, si sono ulteriormente ridotte.

Componenti del deflusso: Qui le cose si fanno interessanti.

• Il deflusso superficiale in eccesso (Rs), quello che scappa via subito, è aumentato in modo impressionante, specialmente nel centro città, passando dal 22% al 67% del deflusso totale! E questa tendenza si è allargata a macchia d’olio dal centro verso la periferia.
• Il deflusso superficiale saturo (Rsat) è rimasto sempre a livelli bassi.
• Il deflusso intermedio (Rint) e quello sotterraneo (Rg), che prima erano più diffusi, sono stati progressivamente “rimpiazzati” dal deflusso Rs, soprattutto nelle aree urbanizzate. Nelle zone fuori dalla città centrale, Rint e Rg sono ancora dominanti, ma la loro percentuale totale è diminuita.

Il decennio chiave per questi cambiamenti è stato quello tra il 2000 e il 2010, un periodo di urbanizzazione particolarmente rapida, durante il quale la percentuale di Rs nel bacino è schizzata dal 24% al 41%.

Il Legame Inequivocabile: Cemento Chiama Acqua Veloce

E ora, la conferma che tutti ci aspettavamo, ma quantificata nero su bianco. Analizzando le correlazioni, è emerso un legame fortissimo:

• Il deflusso superficiale in eccesso (Rs) è positivamente correlato in modo altamente significativo con i terreni edificati. Il coefficiente di correlazione di Pearson supera lo 0.93 (dove 1 indica una correlazione perfetta)!
• Al contrario, Rs è negativamente correlato con terreni agricoli, foreste e praterie (più ce ne sono, meno Rs c’è).
• Le altre componenti del deflusso (Rsat, Rint, Rg) mostrano il comportamento opposto: sono correlate positivamente con le aree naturali/agricole e negativamente con le aree edificate.

Curiosamente, la correlazione tra le componenti del deflusso e le aree coperte da acqua (fiumi, laghi) è risultata generalmente bassa e non significativa. Questo potrebbe dipendere dal fatto che, sebbene l’acqua piovana su uno specchio d’acqua diventi subito deflusso, l’area totale coperta da acqua è rimasta relativamente piccola e costante rispetto all’esplosione delle aree edificate. Inoltre, i corsi d’acqua hanno una capacità di regolazione e immagazzinamento temporaneo che può “smorzare” la risposta immediata.

Perché Tutto Questo è Importante?

Capire queste dinamiche è cruciale. Questo studio ci fornisce una base scientifica solida per:

• Prevedere meglio le inondazioni: Sapere dove e come si genera più deflusso superficiale aiuta a identificare le aree a maggior rischio.
• Pianificare le città in modo più intelligente: Possiamo progettare infrastrutture urbane (come le infrastrutture verdi, ad esempio tetti verdi, pavimentazioni permeabili, bacini di ritenzione) che aiutino a mitigare l’impatto dell’impermeabilizzazione.
• Gestire le risorse idriche: Comprendere come cambia il ciclo dell’acqua ci aiuta a gestire meglio l’approvvigionamento idrico e la qualità dell’acqua.

Certo, lo studio ha delle limitazioni. Ad esempio, considera tutta l’area edificata come impermeabile, senza distinguere l’effetto positivo che potrebbero avere eventuali infrastrutture verdi al suo interno. Inoltre, si concentra sulle caratteristiche del suolo, ma in futuro bisognerà integrare anche i fattori climatici e la morfologia urbana più complessa.

In Conclusione: Agire Ora per Città Resilienti

La morale della favola? L’urbanizzazione selvaggia ha un prezzo idrologico pesante. Trasformare paesaggi naturali in distese di cemento e asfalto accelera drammaticamente il flusso dell’acqua, aumentando il rischio di alluvioni e alterando l’intero ecosistema acquatico. Modelli come il GRGM, che riescono a catturare la complessità di questi cambiamenti a livello locale, sono strumenti preziosi. Ci fanno vedere chiaramente l’impatto delle nostre scelte e ci spingono a cercare soluzioni per rendere le nostre città più resilienti e in armonia con il ciclo naturale dell’acqua. È una sfida enorme, ma conoscerla è il primo passo per affrontarla!

Fonte: Springer