Evaluation of Urbanization Impacts on Flood Generation in the Adigrat Watershed, Northern Ethiopia

La città che ha imparato a correre troppo velocemente

Immaginate un bacino idrografico come una gigantesca spugna naturale. Quando piove, questa spugna assorbe l'acqua, lasciandola filtrare lentamente nel terreno, alimentando i fiumi con dolcezza nel tempo. Questo è il modo in cui la natura gestisce di solito un temporale. Ma le città sono diverse. Quando costruiamo strade, case e parcheggi, copriamo quella terra morbida e spugnosa con cemento e asfalto duri e inflessibili. Nel mondo dell'idrologia — la scienza di come l'acqua si muove attraverso il territorio — questo è un grande problema. Queste superfici dure sono chiamate "impervie", il che significa che l'acqua non può attraversarle. Invece di essere assorbita, la pioggia non ha altro posto dove andare se non scivolare dritta sopra di esse, correndo in discesa come un'auto da corsa su una pista.

Gli scienziati utilizzano programmi informatici speciali per prevedere cosa accade quando queste spugne naturali vengono coperte dal cemento. Uno degli strumenti più popolari è chiamato HEC-HMS. Pensatelo come una macchina del tempo digitale che permette ai ricercatori di riavvolgere e accelerare attraverso anni di meteo, cambiando la mappa di una città per vedere come reagirebbe l'acqua. Osservano elementi come il "Numero di Curva" (Curve Number), che è fondamentalmente un punteggio che ci dice quanta acqua un determinato tratto di terreno permetterà di assorbire rispetto a quanta scorrerà via in superficie. Più alto è il punteggio, maggiore è l'acqua che scorre via. Quando le città crescono, questi punteggi aumentano e i fiumi si arrabbiano più velocemente. Questo è importante perché quando una città cresce troppo velocemente senza pianificare per l'acqua, il risultato non è solo una pozzanghera; è un'inondazione che può spazzare via case e strade.

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L'esperimento di Adigrat: Quando la spugna si è trasformata in pietra

Nella parte settentrionale dell'Etiopia, c'è una città chiamata Adigrat. Come molti altri luoghi nel mondo, sta crescendo rapidamente, con un numero sempre maggiore di edifici e strade che compaiono ogni anno. Un team di ricercatori dell'Università di Aksum voleva sapere: esattamente quanto questa crescita ha cambiato il comportamento delle inondazioni nel bacino idrografico locale? Non hanno tirato a indovinare; hanno costruito un gemello digitale del bacino di Adigrat utilizzando una griglia di 30 metri della forma del terreno e mappe di come appariva il territorio in due anni molto diversi: il 2000 e il 2018.

Poiché non c'era un misuratore di portata proprio all'interno del bacino di Adigrat per misurare il flusso, gli scienziati hanno dovuto essere ingegnosi. Hanno preso in prestito i dati da una stazione vicina chiamata Sluh e hanno usato un trucco matematico chiamato "metodo del rapporto d'area" per stimare quale sarebbe stato il flusso d'acqua ad Adigrat. Hanno inserito questi dati, insieme a mappe del suolo e registri delle precipitazioni, nel loro modello informatico HEC-HMS. Hanno calibrato il modello (sintonizzandolo come una radio) usando i dati dal 1998 al 2012 e lo hanno poi testato (validazione) sui dati dal 2013 al 2017 per assicurarsi che dicesse la verità. Il modello ha funzionato bene, mostrando una forte corrispondenza tra le sue previsioni e i dati del mondo reale.

Poi è arrivato l'evento principale: il confronto. I ricercatori hanno eseguito il modello due volte. Prima, hanno simulato cosa sarebbe successo se il bacino avesse ancora l'aspetto del 2000, prima del grande boom urbano. Poi, l'hanno eseguito di nuovo con la mappa del 2018, dove più terreno era stato trasformato in edifici e strade. I risultati sono stati un segnale chiaro che la città aveva cambiato il comportamento dell'acqua.

La velocità e l'ondata
Il dato più sorprendente è stato quanto velocemente e quanto grandi siano diventati i flussi. Nel 2000, il picco di flusso d'acqua che lasciava il bacino era di 6,1 m³ s⁻¹. Entro il 2018, dopo anni di urbanizzazione, quel picco era balzato a 8,8 m³ s⁻¹. Si tratta di un aumento del 30,68% nella velocità e nella forza dell'acqua che colpisce l'uscita. Non era solo un po' più veloce; l'acqua stava scorrendo con molta più potenza.

Non era solo la velocità; è cresciuto anche il volume totale d'acqua che inonda l'area. Il volume dell'acqua di inondazione è passato da 166,49 × 10⁶ m³ nel 2000 a 215,09 × 10⁶ m³ nel 2018. Si tratta di un aumento del 29,19% nella quantità totale d'acqua. Per dirla in parole semplici, il bacino tratteneva meno acqua e ne scaricava di più tutta in una volta.

Perché è accaduto questo?
L'articolo spiega che ciò è accaduto perché il "Numero di Curva" (il punteggio di deflusso) è aumentato. Mentre la città si espandeva, la quantità di "superficie impermeabile" (cemento e roccia) è aumentata, mentre l'"astrazione iniziale" (la quantità di pioggia che il terreno può assorbire prima che inizi a scorrere) è diminuita. L'acqua non aveva nessun posto dove nascondersi.

Il modello ha anche mostrato che il "tempo di ritardo" (lag time) e il "tempo di concentrazione" si sono accorciati. Immaginate una staffetta dove i corridori prima si fermavano per allacciarsi le scarpe a ogni stazione; ora, stanno correndo a tutta velocità senza fermarsi. L'acqua ha raggiunto la base del bacino molto più velocemente. Ad esempio, in un sottobacino chiamato W600, il tempo impiegato dall'acqua per viaggiare è sceso da 14,87 minuti a 13,48 minuti. In un altro, W710, è sceso da 7,46 minuti a 5,53 minuti. L'acqua si muoveva più velocemente che mai prima d'ora.

Non ogni angolo era uguale
Interessante notare che l'inondazione non è peggiorata ovunque nello stesso modo. I ricercatori hanno scoperto che i salti maggiori nei picchi di piena sono avvenuti al centro del bacino, dove diversi corsi d'acqua si incontrano in giunzioni come J99 e R330. In questi punti centrali, la portata di picco è saltata di circa 2,0 a 2,6 m³ s⁻¹. Tuttavia, in un minuscolo sottobacino chiamato W710, la portata di picco non è cambiata affatto (è rimasta a 0,2 m³ s⁻¹), probabilmente perché era troppo piccolo per sentire appieno l'effetto della crescita della città. Ma anche lì, l'acqua è arrivata più velocemente.

Il costo nascosto: Meno acqua in seguito
C'è stato un lato negativo a questa velocità. Poiché l'acqua è scivolata via dalla superficie così rapidamente, non è penetrata nel terreno per ricaricare le falde acquifere. Il modello ha mosto che il "flusso minimo" (l'acqua rimasta nel fiume dopo che la tempesta è passata) è diminuito drasticamente. All'uscita del bacino, il flusso residuo è sceso da circa 6,0 m³ s⁻¹ a 3,4 m³ s⁻¹, una riduzione del 43,3%. La città stava ottenendo un'inondazione più grande, ma il fiume si stava prosciugando più velocemente dopo di essa.

Cosa significa per il futuro
Gli autori concludono che la rapida urbanizzazione di Adigrat ha cambiato fondamentalmente l'idrologia dell'area. La città è diventata meno simile a una spugna e più simile a uno scivolo. Suggeriscono che se la città continuerà a crescere senza pianificare per questi cambiamenti, le inondazioni peggioreranno ulteriormente. L'articolo raccomanda che la futura pianificazione urbana debba includere "considerazioni idrologiche", come mantenere aperti i percorsi di drenaggio naturali, costruire bacini di detenzione (come gigantesche spugne per trattenere temporaneamente l'acqua) e utilizzare pavimentazioni permeabili.

Lo studio ammette di avere alcuni limiti. Poiché hanno dovuto prendere in prestito i dati da una stazione vicina, c'è una certa incertezza. Inoltre, hanno guardato solo due anni (2000 e 2018) e hanno assunto che la pioggia rimanesse la stessa, non tenendo conto del cambiamento climatico. Ma la simulazione è chiara: la città di cemento sta facendo correre l'acqua più velocemente, con più forza e in volumi maggiori. Il messaggio è che se volete mantenere una città sicura, dovete pianificare per l'acqua prima di versare il cemento.