SIRR-MOD, un sistema di supporto alle decisioni per la gestione dell’irrigazione

Su scala di distretto, il modello sviluppato sulla "Sinistra Ofanto" svela i comportamenti "virtuosi" degli agricoltori

.

Asma SENGOUGA - Dottorato in Scienze Agrarie, Forestali e degli Alimenti.

La scarsità d'acqua è la principale questione ambientale nei paesi del Mediterraneo. Alcuni di questi paesi, fra i quali l’Italia, si trovano a dover fronteggiare periodi di siccità sempre più ricorrenti dei quali soffre specialmente l’agricoltura, essendo le risorse disponibili prioritariamente destinate ad altre utilizzazioni (potabile, per esempio). Contestualmente, la superficie irrigata è più che raddoppiata negli ultimi 40 anni. La conseguente crescente domanda di risorse da destinare a fini irrigui è stata prevalentemente soddisfatta ricorrendo ad un sovra-sfruttamento delle risorse sotterranee, sia rinnovabili che fossili, che ha indotto problemi di intrusione marina nelle aree costiere e di salinizzazione dei suoli. In un tale contesto, numerose esperienze mostrano un’efficienza nell’uso della risorsa a fini irrigui ancora troppo lontana da livelli accettabili. Le cause sono ascrivibili all’uso eccessivo di risorsa, da ricondurre in parte alla tariffa spesso troppo bassa, che non riflette il reale costo per la fornitura e che viene tenuta deliberatamente bassa per ragioni politiche. In larga parte le cause sono, tuttavia, di natura tecnica e sono connesse alla prestazione delle reti. Nelle reti irrigue, specie quelle a domanda, gli agricoltori irrigano secondo criteri basati sull’esperienza personale. L’aggregazione della domanda di singoli agricoltori determina la portata che il gestore deve immettere in rete in un dato momento. Il gestore ha un controllo abbastanza limitato dell’intero sistema, e si limita nella maggior parte dei casi ad immettere in rete la portata richiesta.

D’altra parte, allo stato attuale non è possibile un controllo della domanda da parte del gestore ed una programmazione degli usi irrigui della risorsa idrica volta ad ottimizzarne i volumi e la allocazione. Questo implicherebbe da parte del gestore una capacità di valutare la distribuzione degli effettivi fabbisogni durante la stagione irrigua, cosa che a sua volta richiederebbe una quantificazione in tempo reale dello sviluppo colturale, dello stato idrico del suolo esplorato dagli apparati radicali e dell’andamento meteorologico. Questi limiti, che non riguardano solo i sistemi irrigui italiani, sono emersi chiaramente quando l’Unione Europea, in applicazione della Direttiva Acqua n.60/2000, ha richiesto una quantificazione dell’utilizzo delle risorse idriche per fini irrigui, da cui sono scaturite le Linee Guida per la Regolamentazione da parte delle Regioni delle modalità di quantificazione dei volumi idrici a scopo irriguo, approvate con Decreto Mi.P.A.A.F. del 31/7/2015(G.U. 14/9/2015), che richiedono “il monitoraggio quantitativo dei volumi irrigui”, sulla base di “misure dirette dei prelievi da corpi idrici superficiali e sotterranei e dei volumi utilizzati da parte degli utilizzatori finali”.

La duplice natura del problema, economica da un lato e tecnica dall’altro, richiede soluzioni appropriate che, sul lato economico, inducano un cambiamento nell’approccio alla gestione dell’acqua irrigua incentivando la massimizzazione della produttività dell’acqua, così come per ogni altro fattore della produzione. Sul lato tecnico, i gestori della risorsa dovrebbero essere messi in grado di bilanciare la domanda con la effettiva disponibilità della risorsa idrica e valutare in ogni scenario di distribuzione la capacità del sistema di distribuzione.

Esistono oggi dei sistemi di supporto alle decisioni (DSS) che consentono una valutazione in tempo reale della distribuzione in un intero distretto irriguo dei fabbisogni idrici delle colture, dei tempi e dei volumi da somministrare, in maniera da massimizzare le rese colturali, minimizzando nel contempo i flussi di percolazione profonda di acqua e di nutrienti, e quindi le perdite di acqua e la degradazione dei corpi idrici sotterranei. In particolare, l’impiego di modelli di bilancio idrologico nel sistema suolo-pianta-atmosfera (modelli agro-idrologici) e la possibilità di misurare con tecniche non invasive (sensori elettromagnetici, per esempio) molte delle grandezze coinvolte consente di valutare, parcella per parcella, il fabbisogno irriguo. Di grande importanza appare in tale contesto l’utilizzo di immagini multispettrali da satellite, caratterizzate da elevata risoluzione spaziale, che possono consentire di ottenere parte dei dati di input (specie sullo stato della vegetazione) necessari per le simulazioni numeriche da condurre con i modelli agro-idrologici.

Di seguito viene molto brevemente presentato uno DSS denominato SIRR-MOD messo a punto dal gruppo di Idraulica Agraria dell’Università degli Studi della Basilicata, in collaborazione con l’Istituto Agronomico Mediterraneo.

SIRR-MOD: un DSS per la valutazione dei fabbisogni idrici delle colture a scala di distretto

Il DSS integra due strumenti numerici: 1) un modello agro-idrologico di bilancio su base fisica denominato FLOWS-HAGES, che simula il flusso di acqua e di soluti in sistemi agroambientali eterogenei; 2) Un modello di simulazione del funzionamento idraulico della rete di distribuzione irrigua, denominato COPAM, che consente di analizzare ed ottimizzare le prestazioni dei sistemi irrigui a scala di distretto. FLOWS-HAGES produce informazioni sull'evoluzione del contenuto d’acqua e sui potenziali di pressione nel profilo del suolo, l’attingimento radicale e l'effettivo fabbisogno idrico, le concentrazioni di soluto (nutrienti, pesticidi, metalli pesanti, ecc.), i flussi di percolazione profonda di acqua e soluti, i periodi di stress per ogni coltura. Ai fini dell’ottimizzazione dei consumi irrigui, il modello produce su scala giornaliera la distribuzione nell’intero distretto degli idranti da aprire, i tempi di apertura ed i volumi irrigui da erogare. Il modello COPAM analizza l’output di FLOWS-HAGES ed individua la sequenza di apertura degli idranti che ottimizza la distribuzione dei carichi idraulici nella rete di distribuzione.

La figura 1 fornisce una rappresentazione grafica sintetica del funzionamento del DSS. In particolare, i grafici nelle figure 1 a,b,c,d illustrano (a) i volumi irrigui cumulati; (b) il potenziale di pressione dell’acqua nel suolo a 40 cm di profondità; (c) i flussi di percolazione a 80 cm (nella simulazione mostrata si è considerata una profondità della zona esplorata dalle radici pari a 80 cm) (d) i flussi di percolazione dei nitrati. Si può notare dai grafici come il modello consenta di identificare il momento della somministrazione irrigua (corrispondente ai salti nella curva dei volumi irrigui cumulati), tali da mantenere il potenziale di pressione dell’acqua nel suolo a valori superiori a quello critico (la linea orizzontale arancione nel secondo grafico), al di sotto del quale si indurrebbero invece condizioni di stress idrico per la coltura. I volumi così determinati consentono di costruire l’intero idrogramma per ciascun idrante nel corso di una stagione irrigua (la curva rossa nel grafico e). Ripetendo le simulazioni per ogni campo nell’ambito di un settore irriguo e poi per ogni settore di un intero distretto, il modello fornisce la distribuzione degli idranti da aprire in un dato girono della stagione irrigua (i simboli in verde nell'immagine f di fig. 1).

Figura 1. Rappresentazione grafica sintetica di funzionamento del SIRR-MOD

Esempio di applicazione di SIRR-MOD

Il modello è stato applicato al distretto 10 del sistema irriguo denominato "Sinistra Ofanto". Le colture prevalenti nell’area sono pesco e vite ed i sistemi irrigui a scala aziendale sono prevalentemente a microportata.

La figura 2 mostra una mappa del rapporto volumi irrigui calcolati dal modello (MOD) e volumi irrigui effettivamente applicati dagli agricoltori (ON-DEM). Nella mappa, un valore > 1 indica che i volumi di irrigazione modellati sono superiori a quelli forniti dall'agricoltore. Un valore <1, al contrario, implica volumi più elevati applicati dall'agricoltore, indicando così che l'agricoltore sta usando più acqua del necessario e sta causando perdite per percolazione profonda di acqua e nutrienti.

La mappa indica una grande variabilità nel comportamento dell'agricoltore nell'irrigazione della stessa coltura. Assumendo che il modello stia calcolando correttamente i tempi e i volumi di irrigazione, quando l'irrigazione calcolata dal modello è inferiore a quella applicata dall'agricoltore, significa che l'agricoltore utilizza più acqua del necessario. Al contrario, se il modello sta calcolando più acqua per l'irrigazione di quella applicata dall'agricoltore, significa che l'agricoltore sta causando stress idrici, più o meno intensi a seconda dell'acqua effettivamente impiegata.

Figura 2. Rapporto volumi di irrigazione del modello/Volumi di irrigazione su richiesta.

La bibliografia può essere richiesta direttamente all’autrice.