CAMBIAMENTI CLIMATICI E GESTIONE DELLE RISORSE IDRICHE

Conoscenza e comprensione

Il corso mira a fornire agli studenti conoscenze relative alla gestione delle risorse idriche in un contesto di cambiamento climatico, integrando gli aspetti tecnico-ingegneristici della pianificazione e gestione dei sistemi idrici con le basi scientifiche del cambiamento climatico e con i principali strumenti di governance e pianificazione.

Al termine del corso, gli studenti conosceranno e comprenderanno:

·  i principali concetti relativi alla disponibilità e alla domanda di risorsa idrica;

·  le problematiche connesse alla siccità, alla carenza idrica e alla scarsità idrica e i principali indicatori utilizzati per la loro caratterizzazione;

·  i principi della simulazione e dell'ottimizzazione dei sistemi di approvvigionamento idrico;

·  i principali riferimenti legislativi e strumenti di pianificazione per la gestione delle risorse idriche;

·  le componenti e il funzionamento del sistema climatico terrestre e i principali fattori di controllo del clima;

·  la distinzione tra variabilità climatica e cambiamento climatico e le principali cause dei cambiamenti climatici;

·  i principali strumenti e organismi di governance del cambiamento climatico a scala globale, europea, nazionale e regionale;

·  la distinzione tra strategie di mitigazione e di adattamento e le principali misure di adattamento nel settore delle risorse idriche;

·  le principali metodologie statistiche per l'analisi dei trend nelle serie idrologiche;

·  le caratteristiche generali dei modelli climatici globali e regionali e degli scenari utilizzati per la valutazione dei cambiamenti climatici;

·  le principali metodologie per la valutazione degli impatti dei cambiamenti climatici sulle risorse idriche.

Capacità di applicare conoscenza e comprensione

Al termine del corso, gli studenti saranno in grado di:

·  applicare metodologie per la valutazione della disponibilità delle risorse idriche;

·  calcolare e interpretare i principali indici per la caratterizzazione della siccità;

·  comprendere e applicare le metodologie di simulazione per l'analisi dei sistemi di approvvigionamento idrico e valutarne le prestazioni;

·  reperire e utilizzare le principali fonti di dati idrologici e climatici;

·  applicare metodi statistici per l'individuazione e la quantificazione dei trend nelle serie idrologiche;

·  interpretare le informazioni fornite dai modelli climatici e dagli scenari di cambiamento climatico;

·  reperire, visualizzare ed effettuare elaborazioni di base delle proiezioni climatiche;

·  analizzare gli effetti dei cambiamenti climatici sulla disponibilità delle risorse idriche;

·  individuare possibili strategie di adattamento per la gestione delle risorse idriche in condizioni climatiche variabili.

Autonomia di giudizio

Gli studenti svilupperanno la capacità di selezionare criticamente dati, metodologie e strumenti appropriati per l'analisi dei problemi di gestione delle risorse idriche e per la valutazione degli impatti dei cambiamenti climatici.

Attraverso le esercitazioni e l'analisi di casi applicativi, svilupperanno inoltre la capacità di interpretare criticamente i risultati ottenuti, valutare le assunzioni e i limiti delle metodologie utilizzate e confrontare differenti strategie di gestione e adattamento.

Abilità comunicative

Gli studenti acquisiranno la capacità di utilizzare correttamente la terminologia tecnica relativa alla gestione delle risorse idriche e ai cambiamenti climatici e di descrivere in modo chiaro e rigoroso metodologie, dati e risultati delle analisi svolte.

La predisposizione della relazione relativa alle esercitazioni contribuirà allo sviluppo della capacità di organizzare e presentare efficacemente dati, procedure di calcolo e risultati. Il colloquio finale consentirà inoltre di verificare la capacità di esporre e discutere gli argomenti del corso.

Capacità di apprendimento

Gli studenti acquisiranno gli strumenti metodologici necessari per approfondire autonomamente le problematiche relative alla gestione delle risorse idriche e alla valutazione degli impatti dei cambiamenti climatici.

Saranno inoltre in grado di consultare autonomamente testi scientifici, documentazione tecnica e istituzionale e fonti di dati idrologici e climatici, nonché di utilizzare strumenti di elaborazione e analisi dei dati per l'approfondimento delle tematiche affrontate nel corso.

Obiettivi dell'Agenda 2030

L'insegnamento contribuisce in particolare ai seguenti Sustainable Development Goals (SDGs) dell'Agenda 2030:

·  Goal 6: gestione sostenibile delle risorse idriche, miglioramento dell'efficienza nell'uso dell'acqua e protezione degli ecosistemi connessi all'acqua;

·  Goal 11: sviluppo di città e insediamenti resilienti ai cambiamenti climatici e ai disastri e promozione di strategie integrate di gestione del rischio;

·  Goal 13: rafforzamento delle conoscenze e delle capacità relative alla mitigazione e all'adattamento ai cambiamenti climatici, alla riduzione degli impatti e alla pianificazione climatica;

·  Goal 15: contrasto alla desertificazione e al degrado del suolo, con particolare riferimento agli effetti della siccità e degli eventi estremi.

L'insegnamento prevede 63 ore complessive di attività didattica.

La didattica comprende lezioni teoriche ed esercitazioni svolte in aula individualmente dagli studenti.

Le lezioni teoriche sono finalizzate all'acquisizione delle conoscenze relative alla gestione delle risorse idriche, alla valutazione della disponibilità idrica e dei fenomeni di siccità, alla simulazione e ottimizzazione dei sistemi di approvvigionamento idrico, alle basi scientifiche del cambiamento climatico, agli strumenti di governance e alle metodologie per la valutazione degli impatti dei cambiamenti climatici.

Le esercitazioni riguardano:

·  l'applicazione di modelli per la stima della disponibilità idrica;

·  l'applicazione di metodologie statistiche per la valutazione della significatività e della pendenza dei trend nelle serie idrologiche;

·  il reperimento, la visualizzazione e l'elaborazione di base delle proiezioni climatiche.

Le attività esercitative sono finalizzate allo sviluppo della capacità di applicare le conoscenze e le metodologie illustrate durante le lezioni e contribuiscono allo sviluppo dell'autonomia di giudizio attraverso l'interpretazione e la discussione dei risultati ottenuti.

Qualora l'insegnamento venisse impartito in modalità mista o a distanza potranno essere introdotte le necessarie variazioni rispetto a quanto sopra dichiarato, al fine di rispettare il programma previsto e riportato nel presente syllabus.

Sono importanti conoscenze di base relative ai processi idrologici e alla valutazione delle risorse idriche, necessarie per comprendere le metodologie di stima della disponibilità idrica, l'analisi dei fenomeni di siccità e il funzionamento dei sistemi di approvvigionamento.

Sono inoltre utili conoscenze informatiche di base e familiarità con l'utilizzo di fogli elettronici e strumenti di videoscrittura, in particolare MS Excel e MS Word, impiegati nell'ambito delle esercitazioni e per la predisposizione degli elaborati.

La frequenza non è obbligatoria, ma è fortemente consigliata, in particolare per consentire la partecipazione alle esercitazioni e favorire l'acquisizione delle competenze applicative previste dal corso.

Gli studenti che abbiano ottenuto il riconoscimento dello status previsto dalla normativa di Ateneo per specifiche condizioni concorderanno con il docente le modalità di frequenza e di svolgimento delle esercitazioni.

1. INTRODUZIONE

Presentazione del corso. Evoluzione della gestione delle acque. Nuovi paradigmi: approccio sistemico, sviluppo sostenibile, gestione del rischio, efficienza ed efficacia dei servizi idrici. Problematiche legate al cambiamento climatico. Esempi applicativi relativi alla gestione delle risorse idriche in un contesto di cambiamento climatico e cenno alle principali metodologie di analisi.

2. QUADRO LEGISLATIVO IN MATERIA DI GESTIONE DELLE RISORSE IDRICHE

Principi della legislazione delle acque. Principali riferimenti normativi italiani: Testo Unico del 1933, Piano Regolatore Generale degli Acquedotti, L. 319/1976 e successive modifiche, L. 183/1989 e successive modifiche, L. 36/1994, D.Lgs. 152/1999. Stato di attuazione della legislazione in Italia e in Sicilia. Direttiva Quadro sulle Acque 2000/60/CE. D.Lgs. 152/2006.

3. STIMA DELLA RISORSA IDRICA E PROBLEMATICHE DI DISPONIBILITÀ

Classificazione delle risorse idriche. Risorse naturali, potenziali e utilizzabili. Risorse non convenzionali. Modelli per la valutazione delle risorse idriche superficiali. Classificazione delle domande idriche. Valutazione delle domande per usi civili, irrigui e industriali. Risparmio idrico. Definizione di siccità, carenza idrica e scarsità idrica. Indici di siccità standardizzati: Standardized Precipitation Index, Standardized Precipitation-Evapotranspiration Index, Standardized Runoff Index, ecc. Indici di scarsità idrica. Fonti di dati nazionali e internazionali, inclusi progetti di rianalisi ed European Drought Observatory. Esercitazione sui modelli per la stima della disponibilità idrica.

4. SIMULAZIONE E OTTIMIZZAZIONE DEI SISTEMI DI APPROVVIGIONAMENTO IDRICO

Problematiche di esercizio di un sistema idrico. Serbatoi di regolazione. Simulazione di un serbatoio. Simulazione di sistemi di serbatoi. Valutazione delle prestazioni di un sistema idrico. Esempi applicativi. Ruolo dell'ottimizzazione nella pianificazione e gestione dei sistemi idrici. Cenni agli algoritmi di programmazione lineare, programmazione lineare stocastica e programmazione non lineare.

5. SISTEMA TERRESTRE E CAMBIAMENTO CLIMATICO

Differenza tra meteo e clima. Differenza tra variabilità climatica e cambiamento climatico. Basi di dinamica dei sistemi: definizione di sistema, stock e flussi, retroazioni positive e negative, ritardi temporali. Sistema climatico terrestre: componenti e connessioni. Atmosfera, idrosfera, biosfera, geosfera e antroposfera. Flussi energetici e bilancio energetico terrestre. Effetto serra. Fattori di controllo del clima.

6. POLITICHE DI GESTIONE E GOVERNANCE DEL CAMBIAMENTO CLIMATICO

Governance a scala globale. Programma delle Nazioni Unite per l'Ambiente (UNEP). Convenzione Quadro delle Nazioni Unite sui Cambiamenti Climatici (UNFCCC) e Protocollo di Kyoto. Accordo di Parigi. Gruppo Intergovernativo di Esperti sul Cambiamento Climatico (IPCC). Rapporti di valutazione dell'IPCC ed evoluzione storica. Politiche a scala europea, nazionale e regionale. Differenza tra strategie di mitigazione e strategie di adattamento. Cenni alle principali strategie di mitigazione. Analisi delle strategie di adattamento ed esempi applicativi a scala nazionale e regionale. Piano Nazionale di Adattamento ai Cambiamenti Climatici.

7. METODI PER LA VALUTAZIONE DELL'IMPATTO DEI CAMBIAMENTI CLIMATICI

Metodi statistici basati sull'analisi delle serie storiche. Test non parametrico di Mann-Kendall. Stimatore della pendenza di Sen. Modelli climatici globali. Modelli climatici regionali. Scenari futuri di emissione di gas clima-alteranti. Coupled Model Intercomparison Projects. Representative Concentration Pathways. Shared Socioeconomic Pathways. Esercitazione sulla valutazione della significatività e della pendenza dei trend in serie idrologiche. Esercitazione sul reperimento e sulla visualizzazione delle proiezioni climatiche.

1.     Braca, G., Bussettini, M., Lastoria, B., & Mariani, S., 2013. Linee guida per l'analisi e l'elaborazione statistica di base delle serie storiche di dati idrologici. ISPRA, Manuali e Linee Guida, 84, 2013.

2.     Mariani, S., Braca, G., Romano, E., Lastoria, B., & Bussettini, M., 2018. Linee Guida sugli Indicatori di Siccità e Scarsità Idrica da utilizzare nelle attività degli Osservatori Permanenti per gli Utilizzi Idrici – Stato Attuale e Prospettive Future.

3.     Rossi, G. (a cura di), 2007. Siccità: Analisi, Monitoraggio e Mitigazione. Nuova Editoriale Bios. ISBN: 978-99-6093-027-9.

4.     Rossi, G. & Benedini, M. (a cura di), 2020. Water Resources of Italy: Protection, Use and Control. World Water Resources, Vol. 5, Springer Nature, Cham, Switzerland.

5.     Burch, S.L., & Harris, S.E., 2021. Understanding Climate Change: Science, Policy and Practice. Second edition. Toronto Press.

6.     Peres, D.J., Longo, G., Palazzolo, N., Barbagallo, S., Cancelliere, A. (a cura di), 2023. Impatto dei cambiamenti climatici sulla disponibilità e la domanda idrica. Quaderni CSEI Catania, III serie, Vol. 26.

7.     Cancelliere, A., Bonaccorso, B., Peres, D.J. (a cura di), 2011. Gestione della siccità e variabilità climatica. Edibios.

8.     Altro materiale didattico: dispense del corso, slide e strumenti didattici innovativi e digitali utilizzati nel corso delle lezioni.

Gli studenti dovranno predisporre una relazione contenente le esercitazioni svolte durante il corso.

La valutazione finale terrà conto:

·  della correttezza metodologica, completezza e qualità della relazione relativa alle esercitazioni;

·  dell'esito del colloquio finale.

Il colloquio finale è volto ad accertare la conoscenza e la comprensione dei contenuti del corso, la capacità di applicare le metodologie studiate, la capacità di effettuare collegamenti tra i diversi argomenti e la capacità di utilizzare correttamente il linguaggio tecnico della disciplina.

Per l'attribuzione del voto finale si terrà conto dei seguenti elementi:

·  Esame non superato: conoscenza insufficiente degli argomenti fondamentali, significative carenze nella capacità di applicazione delle metodologie e uso inadeguato del linguaggio tecnico;

·  18–21: conoscenza sufficiente dei principali contenuti e capacità essenziale di applicare le metodologie studiate;

·  22–25: discreta conoscenza degli argomenti e capacità di applicare correttamente le principali metodologie, con discreta capacità di analisi;

·  26–28: buona conoscenza dei contenuti, buona capacità di analisi e applicazione e appropriato utilizzo del linguaggio tecnico;

·  29–30: conoscenza approfondita, capacità di integrare criticamente i diversi argomenti e di affrontare con autonomia i problemi proposti;

·  30 e lode: conoscenza eccellente e approfondita, elevata autonomia nell'applicazione delle metodologie, ottime capacità di analisi, sintesi e comunicazione.

La verifica dell'apprendimento potrà essere effettuata anche per via telematica, qualora le condizioni lo dovessero richiedere.

Di seguito è riportato un elenco esemplificativo e non esaustivo degli argomenti e delle applicazioni che potranno essere oggetto delle verifiche dell'apprendimento:

1.     Modelli per la stima dei deflussi mensili nei corsi d'acqua.

2.     Fenomeni di siccità.

3.     Indici di siccità.

4.     Indici di performance dei sistemi di approvvigionamento idrico.

5.     Simulazione di un sistema di approvvigionamento idrico.

6.     Differenza tra adattamento e mitigazione ai cambiamenti climatici.

7.     Piano di adattamento ai cambiamenti climatici.

8.     Metodi di stima dei trend.

9.     Proiezioni climatiche.