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Esplorare i segreti della topografia: qual è il metodo tradizionale per delimitare manualmente i bacini idrografici?
La delineazione del bacino idrografico è il processo di determinazione dei confini di un bacino idrografico, noto anche come area di detenzione, bacino di drenaggio o bacino fluviale. In diversi campi, tra cui le scienze ambientali, l'ingegneria e la gestione, rappresenta un passo importante nello studio di problemi come le inondazioni, gli habitat acquatici o l'inquinamento dell'acqua. Questa attività viene solitamente eseguita da geografi, scienziati e ingegneri.
Storicamente, la delineazione del bacino idrografico si basava principalmente sul lavoro manuale su carte topografiche cartacee, integrato da rilievi sul campo. Negli anni '80, con lo sviluppo dei computer e dei dati elettronici, iniziarono ad apparire metodi automatizzati di delineazione dei bacini idrografici che divennero ampiamente utilizzati.
I metodi computerizzati di delineazione dei bacini idrografici utilizzano modelli digitali di elevazione (DEM), ovvero set di dati che rappresentano l'altezza della superficie terrestre.
Oggi, la delineazione dei bacini idrografici viene solitamente eseguita utilizzando software specializzati di modellazione idrologica, come WMS, software per sistemi di informazione geografica (come ArcGIS o QGIS) o utilizzando linguaggi di programmazione come Python o R. Essendo l'unità geografica di base dell'idrologia, un bacino implica il movimento, la distribuzione e la gestione dell'acqua sulla Terra.
Delineazione manuale dei bacini idrografici
Il metodo tradizionale per calcolare i confini dei bacini idrografici consiste nel tracciarli manualmente su carte topografiche cartacee, talvolta assistiti dall'uso di pellicole trasparenti. È quindi possibile utilizzare un telemetro per effettuare una stima dell'area oppure i risultati possono essere digitalizzati per l'utilizzo con un software di mappatura. Anche nell'era elettronica, l'abilità di delineare manualmente i bacini è ancora molto utile perché può verificare la correttezza dei bacini generati utilizzando il software.
Secondo l'U.S. Geological Survey, i passaggi per delineare manualmente uno spartiacque includono: identificare i punti di sbocco dello spartiacque su una mappa, immaginare o disegnare linee d'acqua superficiali che scorrono verso aree inferiori, contrassegnare le posizioni dei punti di rilievo, identificare i punti di flusso ai bacini idrografici e collegando questi punti per delineare i bacini idrografici.
Alcune regole di base per delineare i confini includono: i confini dei bacini idrografici dovrebbero essere perpendicolari alle curve di livello nel momento in cui le attraversano e non dovrebbero attraversare fiumi o torrenti se non alla loro uscita. I confini del bacino dovrebbero seguire le linee di cresta e collegare i punti più alti.
Lo svantaggio della delineazione manuale è che è soggetta al giudizio personale e presenta un certo tasso di errore. L'Illinois Environmental Protection Agency afferma: "Delimitare i bacini idrografici è una scienza inesatta. Anche due esperti possono arrivare a confini leggermente diversi. Per bacini idrografici più piccoli, soprattutto quando quando i risultati accurati sono fondamentali, potrebbero essere necessarie visite sul campo per scoprire caratteristiche non mostrate sul mappa.
Delineazione automatizzata del bacino idrografico
L'utilizzo di software per delineare i bacini idrografici è spesso più rapido e coerente rispetto ai metodi manuali perché elimina la soggettività dell'analista. I metodi automatizzati di delineazione dei bacini idrografici sono diventati popolari fin dagli anni '80 e sono ampiamente utilizzati nelle comunità scientifiche e ingegneristiche.
I ricercatori stanno addirittura utilizzando metodi computerizzati per delineare i bacini idrografici su Marte.
I metodi automatizzati di delineazione dei bacini idrografici utilizzano modelli digitali di elevazione (DEM), in genere utilizzando un approccio di "pendenza più ripida" per calcolare la direzione del flusso. Questo processo viene solitamente eseguito su una griglia rettangolare, come nel caso della maggior parte degli algoritmi contemporanei. Per ottenere risultati più accurati, i dati devono essere elaborati e "condizionati" in modo da poter produrre risultati idrologici realistici.
Nel processo di delineazione dei bacini idrografici in base ai DEM, l'algoritmo prenderà in considerazione le aree basse del terreno, i percorsi del flusso e altri fattori, quindi determinerà la direzione del flusso d'acqua, che prevede una varietà di metodi di calcolo . L'algoritmo D8 più comunemente utilizzato presenta limitazioni. L'acqua scorre in otto direzioni, il che può portare a modelli di flusso non realistici.
Software utilizzato per la delineazione dei bacini idrografici
Alcuni dei primi software di delineazione dei bacini idrografici sono stati scritti in FORTRAN, come CATCH e DEDNM. Oggi, molti pacchetti software per sistemi informativi geografici (GIS), come ArcGIS, QGIS e GRASS GIS, includono strumenti di delineazione dei bacini idrografici. Inoltre, sono disponibili anche applicazioni autonome di delineazione dei bacini idrografici come TauDEM.
Alcuni software possono essere utilizzati per la simulazione idrologica e hanno la funzione di delineare i bacini idrografici. Questi includono WMS (software idrologico), modello SWAT e BASINS, ecc.
Altri set di dati e risorse disponibili
Esistono molti set di dati vettoriali che rappresentano i bacini idrografici che possono essere visualizzati e analizzati con GIS o altri software. Questi set di dati dividono l'intera superficie terrestre in "sottobacini" o "bacini unitari". I bacini idrografici delle singole unità possono essere combinati per produrre bacini idrografici più grandi e i percorsi di flusso e le connessioni possono essere determinati attraverso l'analisi della rete.
Con il continuo progresso della scienza e della tecnologia, la tecnologia e i metodi di delineazione dei bacini idrografici sono ancora in fase di sviluppo. Questi dati più precisi e nuovi algoritmi potrebbero migliorare ulteriormente l’accuratezza della delineazione. Quando si considera l’impatto dei cambiamenti ambientali e delle attività umane, in che modo la delineazione dei bacini idrografici influisce sulle nostre vite e sull’ecologia?
