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Modellare la falda nelle grotte pugliesi: uno studio valuta limiti e potenziale della modellistica carsica con dati di breve durata
Quattro ricercatori italiani e tedeschi hanno testato un modello idrologico calibrato su soli otto mesi di dati raccolti nella Grotta Vora Bosco, nel Salento: i risultati mostrano performance accettabili ma un’incertezza predittiva elevata, aprendo riflessioni importanti per la gestione dell’acquifero pugliese
L’acquifero carsico pugliese e la rarità del monitoraggio in grotta
La Puglia è una regione quasi interamente carsica. Non esistono fiumi superficiali significativi. L’acqua piovana si infiltra nei calcari mesozoici attraverso fratture, doline e inghiottitoi, alimentando un acquifero che è l’unica risorsa idrica per milioni di persone.
Su oltre 2000 grotte censite nel Catasto Regionale, soltanto due hanno permesso agli speleologi di raggiungere fisicamente la falda idrica sotterranea: l’Inghiottitoio di Masseria Rotolo, nel Barese, e la Vora Bosco (catasto PU 1613), a Galatina, nel Salento meridionale. Questi due siti rappresentano finestre di osservazione dirette su una risorsa strategica, altrimenti inaccessibile senza perforazioni.
È proprio a Vora Bosco che un gruppo di quattro ricercatori — Tamara Leins, Isabella Serena Liso, Mario Parise e Andreas Hartmann — ha condotto lo studio pubblicato nel 2023 sulla rivista Environmental Earth Sciences: “Evaluation of the predictions skills and uncertainty of a karst model using short calibration data sets at an Apulian cave (Italy)”.
Un modello a serbatoi per simulare il livello della falda
La ricerca si basa su un approccio di modellistica idrologica concettuale. Il modello adottato appartiene alla famiglia VarKarst, sviluppato da Andreas Hartmann e colleghi all’Università di Friburgo. Si tratta di un modello semi-distribuito a serbatoi che rappresenta l’acquifero carsico attraverso quattro livelli funzionali: il suolo, l’epikarst, la zona non satura e la falda.
Ogni serbatoio riceve, trattiene e rilascia acqua secondo equazioni di bilancio idrico. Il modello riceve in ingresso dati giornalieri di precipitazione ed evapotraspirazione potenziale. Restituisce in uscita la simulazione del livello della falda all’interno della grotta, confrontabile con le misure reali.
Vora Bosco era stata strumentata con una sonda multiparametrica per la misurazione del livello idrico. Il periodo di acquisizione copriva l’intervallo compreso tra novembre 2017 e luglio 2018: poco più di otto mesi di dati continui. Questa brevità è il punto centrale dell’intero studio.
La calibrazione con la Kling-Gupta Efficiency
Per calibrare il modello, i ricercatori hanno utilizzato la Kling-Gupta Efficiency (KGE), una metrica di valutazione che valuta simultaneamente tre aspetti della corrispondenza tra simulazione e osservazione: la correlazione temporale, la variabilità e il bias sistematico. Rispetto al classico indice di Nash-Sutcliffe, la KGE offre una valutazione più equilibrata e risulta oggi il criterio di riferimento più adottato nella modellistica carsica internazionale.
Nella fase di calibrazione, le simulazioni hanno mostrato performance accettabili nel replicare le principali dinamiche del livello di falda osservato a Vora Bosco, comprese le fluttuazioni stagionali legate alla ricarica invernale e alla recessione estiva.
Monte Carlo e quantificazione dell’incertezza
L’aspetto più rilevante dal punto di vista metodologico riguarda la quantificazione dell’incertezza delle previsioni. I ricercatori hanno applicato un approccio Monte Carlo secondo il quadro GLUE (Generalized Likelihood Uncertainty Estimation). Il procedimento genera migliaia di combinazioni parametriche casuali all’interno di intervalli fisicamente plausibili, filtra quelle che superano una soglia minima di KGE e costruisce bande di confidenza intorno alle previsioni del modello.
L’analisi ha evidenziato un problema noto nella modellistica carsica: l’equifinalità. Diverse configurazioni parametriche producono simulazioni altrettanto valide durante la calibrazione, ma divergono significativamente quando il modello viene proiettato su periodi non osservati. L’incertezza predittiva è risultata più elevata rispetto a quanto emerso nella sola fase di calibrazione.
Con soli otto mesi di dati, il filtraggio Monte Carlo non riesce a restringere sufficientemente lo spazio parametrico. I parametri che regolano il flusso rapido nei condotti carsici e la capacità di stoccaggio dell’epikarst risultano i più difficili da identificare in modo univoco.
Cosa insegna questo studio alla modellistica carsica
I risultati del lavoro pongono un interrogativo pratico, rilevante per chiunque si occupi di gestione delle acque sotterranee: quanto tempo di monitoraggio è necessario per ottenere un modello carsico predittivamente affidabile?
Lo studio di Leins et al. non fornisce una risposta definitiva, ma indica alcune direzioni. Anche con dataset brevi è possibile sviluppare modelli con parametri idrologicamente ragionevoli. La performance in calibrazione è soddisfacente. L’incertezza predittiva, però, rimane alta e richiede misure correttive.
La letteratura internazionale — in particolare il Karst Modelling Challenge del 2021, che ha confrontato tredici diversi modelli su un unico dataset svizzero — converge su alcune indicazioni: la KGE è il criterio di valutazione più adeguato, la precisione non migliora necessariamente aggiungendo parametri, e l’integrazione di dati idrogeochimici come conducibilità elettrica, nitrati o solfati può ridurre significativamente l’equifinalità parametrica.
Implicazioni per la Puglia: risorsa idrica e cambiamento climatico
Lo studio assume un significato particolare nel contesto pugliese. Il Salento sta già registrando una progressiva riduzione delle precipitazioni e un aumento delle temperature. La falda carsica è sotto pressione per il prelievo agricolo e turistico. Il rischio di intrusione salina nei calcari costieri è reale e documentato.
Disporre di modelli affidabili per simulare i livelli della falda e le dinamiche di ricarica non è un esercizio accademico. È uno strumento di gestione. La grotta Vora Bosco, e le poche altre che permettono l’accesso diretto alla falda, rappresentano in questo senso osservatori di valore eccezionale.
Il lavoro fa parte di un programma di ricerca continuato. Nel 2025, Tamara Leins ha pubblicato su Science of the Total Environment un nuovo studio che utilizza il framework VarKarst per definire la vulnerabilità degli acquiferi carsici alla contaminazione in condizioni di cambiamento globale, estendendo l’approccio metodologico inaugurato con lo studio pugliese.
Il gruppo di ricerca
Tamara Leins (TU Dresden / Università di Friburgo) è specializzata in modellistica idrologica carsica e quantificazione dell’incertezza. Isabella Serena Liso (Università degli Studi di Bari “Aldo Moro”) si occupa di idrogeologia carsica pugliese. Mario Parise (Università degli Studi di Bari) è tra i maggiori esperti italiani di rischi carsici e geomorfologia del Meridione. Andreas Hartmann (Università di Friburgo) è il principale sviluppatore del modello VarKarst e tra i principali ricercatori europei nell’idrologia carsica.
Fonti
- Leins, T., Liso, I. S., Parise, M., & Hartmann, A. (2023). Evaluation of the predictions skills and uncertainty of a karst model using short calibration data sets at an Apulian cave (Italy). Environmental Earth Sciences, 82(14), 351. https://doi.org/10.1007/s12665-023-10984-2
- Leins, T. et al. (2021). Understanding of reservoirs in karst: the case of Vora Bosco cave (Salento, Italy). EGU General Assembly 2021. https://meetingorganizer.copernicus.org/EGU21/EGU21-5868.html
- Leins, T. et al. (2025). A new process-based approach for defining karst aquifer vulnerability to contamination risks under global changes. Science of the Total Environment. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2025.01950
- Hartmann, A. et al. (2015). A large-scale simulation model to assess karstic groundwater recharge over Europe and the Mediterranean. Geoscientific Model Development, 8, 1729–1746. https://doi.org/10.5194/gmd-8-1729-2015
- Jeannin, P.-Y. et al. (2021). Karst modelling challenge 1: Results of hydrological modelling. Journal of Hydrology. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2021.126508
- Liso, I. S. et al. (2019). Apulian caves as natural hydrogeological laboratories. Italian Journal of Engineering Geology and Environment. https://rosa.uniroma1.it/rosa02/engineering_geology_environment/article/view/1145
- Scintilena (2026). L’Acquifero Carsico Pugliese sotto la Lente. https://www.scintilena.com/lacquifero/03/21/
- VarKarst-R Model (GitHub). https://github.com/KarstHub/VarKarst-R-2015
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