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Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10761/241

Issue Date: 4-May-2011
Authors: Saggio, Salvatore
Title: Validazione del modello swat per la stima dell'interrimento di un serbatoio artificiale: il caso dello studio del ragaleto (Sicilia)
Abstract: Le trasformazioni ambientali indotte dall' uomo, hanno causato in molte parti del mondo un significativo incremento dei processi geomorfologici e della conseguente produzione di sedimenti. Le regioni del Mediterraneo sono particolarmente interessate dal fenomeno erosivo, essendo caratterizzate da lunghi periodi con assenza di precipitazione seguiti da eventi intensi in presenza di versanti acclivi, costituiti spesso da suoli erodibili. L'erosione ed il deposito di sedimenti hanno conseguenze sia in loco sia a valle. Gli effetti indotti in loco sono particolarmente importanti nelle aree coltivate, in cui la redistribuzione delle particelle di suolo eroso all'interno di un appezzamento di terreno, la perdita di suolo, la rottura degli aggregati, la riduzione di sostanza organica e dei nutrienti provocano una diminuzione della fertilita' e della produttivita' del suolo stesso che puo' causare la riduzione dell' attivita' agricola, l'aumento dell'uso di fertilizzanti e infine l'abbandono del terreno. I problemi che si manifestano a valle, sono relativi alla deposizione di sedimenti nella parte valliva del corso di acqua riducendo la sua capacita' di trasporto idrico, accentuandone i rischi di esondazione e riducendo la capacita' di invaso dei serbatoi artificiali. La progettazione di interventi nel bacino idrografico di alimentazione finalizzata al controllo dello interrimento nei serbatoi puo' essere supportata dall'utilizzo di modelli di previsione dell'erosione a scala di bacino. Tra i modelli di previsione utilizzati a livello internazionale, il modello SWAT (Soil and Water Assessment Tool) e' quello attualmente tra i piu' utilizzati nel mondo. Il presente lavoro e' stato finalizzato alla caratterizzazione del bacino di alimentazione del serbatoio Ragoleto, ad analizzare l'andamento temporale dei deflussi mensili e del processo di interrimento dell'invaso nonche' a trarre indicazioni in merito alla applicabilita' e validita' del modello SWAT per la previsione del deflusso superficiale e dell'interrimento in ambiente Mediterraneo. I volumi defluiti mensilmente dal serbatoio Ragoleto, dal 1963 al 2008, sono stati valutati mediante l'applicazione dell'equazione di bilancio. I dati di interrimento osservati nel bacino Ragoleto sono stati ricavati dai rilievi batimetrici eseguiti dal 1963 al 2009 con diverse tecnologie. Il modello SWAT e' stato applicato al bacino di alimentazione del serbatoio Ragoleto per stimare i deflussi a scala mensile ed annua (dal 1980 al 2008), nonche' i volumi di sedimento cumulati nel tempo (dal 1963 al 2008). La performance del modello e' stata valutata tramite parametri statistici di sintesi e di differenza (relativi a scarti ed errori) applicati al periodo di calibrazione e validazione scelti. Il modello e' riuscito a stimare i volumi di deflusso annuo sia nel periodo di calibrazione che validazione a scala annua e mensile in maniera soddisfacente senza modificare i valori di CN suggeriti dal modello. Si evidenzia comunque una sottostima degli eventi piu' significativi (> 50 mm), che e', almeno in parte, legata alla natura deterministica che caratterizza anche i modelli fisicamente basati. La media dell'interrimento simulato nell'intero periodo e' risultata pari a 67.000 t, ovvero inferiore di circa il 7 % del valore osservato (pari a 72 .000 t) con valori soddisfacenti del coefficiente di efficienza, utilizzando il valore di default per il fattore colturale della Universal Soil Loss Equation. I volumi di interrimento medi annui sono risultati sottostimati dal 1980 al 2005 (fino a 64% su un periodo di 16 anni) e sovrastimati nel restante periodo (fino a 113% su un periodo di circa 2 anni). Il diverso comportamento del modello per il periodo 1980-1990 e i seguenti potrebbe essere attribuito, almeno in parte, ai cambiamenti di uso del suolo che si sono verificati nel bacino. I risultati complessivamente conseguiti consentono di affermare che il modello SWAT puo' essere utilizzato per la stima del deflusso e del volume di interrimento nel serbatoio Ragoleto. Per verificare l'esportabilita' del modello sarebbe auspicabile una valutazione in altri serbatoi siciliani con caratteristiche simili.
Human-induced environmental change at a global scale is causing a spectacular increase of geomorphic process activity and sediment fluxes in many parts of the world. The Mediterranean region is particularly susceptible to erosion. This is because it is subject to long dry periods followed by heavy bursts of erosive rainfall, falling on steep slopes with fragile soils, resulting in considerable amounts of soil erosion. The consequences of soil erosion and sediment deposition occur both on- and off-site. On-site effects are particularly important on agricultural land where the redistribution of soil within a field, the loss of soil from a field, the breakdown of soil structure and the decline in organic matter and nutrients result in a reduction of cultivable soil depth and a decline in soil fertility. The net effect is a loss of productivity, which at first, restricts what can be grown and results in increased expenditure on fertilizers, but later may lead to land abandonment. Off-site problems result from sedimentation downstream, which reduces the capacity of rivers and retention ponds, enhances the risk of flooding and muddy floods and shortens the design life of reservoirs. Projects to control the sedimentation in reservoirs can be supported by erosion prediction models applied to the contributing watershed. SWAT actually is one of the most used erosion prediction model in the world. The work aims to characterize the hydrological response of the Ragoleto reservoir contributing watershed, to analyze monthly runoff and reservoir sedimentation, and to verify the applicability of SWAT model in order to simulate runoff and reservoir sedimentation in Mediterranean areas. Monthly runoff data to the Ragoleto reservoir, from 1963 to 2008, were evaluated by using the balance equation. Reservoir sedimentation data were evaluated by using bathymetric surveys, carried out from 1963 to 2009. The SWAT model was applied to the Ragoleto reservoir contributing watershed in order to simulate annual and monthly runoff volumes (from 1980 to 2008) and cumulated sediment values (from 1963 to 2008). The performance of the model was evaluated by qualitative and quantitative approaches applied to the calibration and validation periods. The simulation of annual and monthly runoff volumes was satisfactory for both calibration and validation periods using the CN default values. The underestimation found for the most significant events (> 50 mm) can be at least in part due to the deterministic nature that characterized also physically based models. The simulated reservoir sedimentation during the whole period of simulation resulted equal to 67.000 t, 7% smaller than the observed value (equal to 72.000 t), by using the default C factor of the Universal Soil Loss Equation. The mean annual sedimentation values resulted underestimated from 1980 to 2005 (up to 64% in 16 years) and overestimated in the rest of the period (up to 113% in two years). The different model behavior between the period 1980-1990 and the following could be at least in part due to the land use changes. The overall results so far achieved encourage the efforts aiming to support the transferability of SWAT model in Mediterranean environment as a practical tool in approaching reservoir sedimentation problems.
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