Previsione dei cambiamenti nell’uso e nella copertura del suolo per la sostenibilità delle acque sotterranee nel bacino del Muvattupuzha utilizzando CA-Markov (2033–2050)

Perché il cambiamento del territorio conta per l’acqua nascosta

In molte regioni tropicali milioni di persone prelevano l’acqua potabile dal sottosuolo. Eppure il modo in cui costruiamo le città, disboscamo e coltiviamo il territorio rimodella silenziosamente questa risorsa nascosta. Questo studio esamina il bacino del fiume Muvattupuzha nel Kerala meridionale per porsi una domanda urgente: con l’urbanizzazione del paesaggio, cosa succede alla qualità e all’affidabilità delle acque sotterranee da cui dipendono i residenti?

Un bacino fluviale sotto rapida trasformazione umana

Il bacino del Muvattupuzha si estende dalle ripide colline boschive dei Ghati Occidentali fino alle risaie e ai laghi costieri vicino al Mar Arabico. Utilizzando immagini satellitari del 2003, 2013 e 2023, i ricercatori hanno tracciato come l’uso e la copertura del suolo sono cambiati nell’arco di due decenni. Foreste e terre agricole dominavano una volta il bacino, ma le aree costruite – città, borghi, strade e altre superfici pavimentate – si sono ampliate in modo drammatico. Le aree costruite sono passate da circa il 12% della superficie del bacino nel 2003 a oltre il 44% nel 2023, principalmente sostituendo terreni agricoli e parti del paesaggio vegetato. Allo stesso tempo, la quantità di aree realmente vuote o incolte si è ridotta e corpi idrici e zone umide hanno mostrato cambiamenti complessivi contenuti, nonostante fenomeni locali di occupazione e bonifica.

Uno sguardo sottoterra: come cambia la chimica dell’acqua

Per capire come questi cambiamenti superficiali influenzino ciò che accade sottoterra, il team ha analizzato dati delle acque sotterranee provenienti da pozzi distribuiti nel bacino per tre anni di riferimento: 2003, 2013 e 2023. Hanno misurato proprietà di base come la conducibilità elettrica (indicativa della salinità o della ricchezza minerale), i solidi disciolti, i principali minerali disciolti come calcio, magnesio e sodio, e i nitrati, che spesso derivano da fertilizzanti e scarichi fognari. Nel tempo molti pozzi hanno mostrato un aumento costante di minerali disciolti e durezza, indice di una crescente mineralizzazione dell’acquifero. I livelli di nitrati sono saliti in diversi siti, specialmente vicino ad aree urbane e agricole intensive, segnalando una crescente influenza di rifiuti umani e prodotti chimici agricoli. Pur rimanendo molti pozzi entro i limiti per l’acqua potabile, è emerso un quadro di graduale peggioramento della qualità complessiva.

Dalle mappe e dalle statistiche agli scenari futuri

Comprendere le tendenze non basta; i pianificatori devono sapere cosa potrebbe accadere in futuro. I ricercatori hanno utilizzato una tecnica chiamata modellazione CA-Markov per proiettare come l’uso del suolo potrebbe evolvere dal 2023 al 2050, basandosi sui cambiamenti osservati e su vincoli fisici come pendenza, altitudine, suoli e distanza da strade e corsi d’acqua. Le loro simulazioni suggeriscono che le aree costruite continueranno a espandersi fino al 2033 e al 2043 prima che la crescita rallenti verso il 2050, mentre i terreni agricoli e le aree di acqua superficiale subiranno pressioni continue. Parallelamente, il team ha applicato statistiche multivariate ai dati delle acque sotterranee per separare due forze principali che modellano la qualità dell’acqua: processi naturali che dissolvono minerali dalle rocce e attività umane che aggiungono inquinanti in superficie. Questa analisi ha mostrato che l’acqua salina e ricca di minerali e la contaminazione da nitrati seguono spesso pattern diversi, suggerendo cause sottostanti distinte.

Apprendimento automatico per svelare rischi invisibili

Lo studio è andato oltre utilizzando algoritmi di machine learning per verificare se i nitrati – un inquinante rilevante per la salute – potessero essere previsti a partire da altre proprietà dell’acqua più facili da misurare. Modelli come Random Forest, Support Vector Regression e XGBoost sono stati addestrati sui dati dei pozzi, e uno strumento di “AI spiegabile” chiamato SHAP è stato usato per rivelare quali fattori contassero di più. I modelli hanno indicato magnesio, calcio e alcalinità come influenze chiave sui livelli di nitrato, riflettendo probabilmente come le reazioni tampone naturali e le condizioni di ossigeno nell’acquifero favoriscano o inibiscano l’accumulo di nitrati. Allo stesso tempo, la limitata predicibilità dei nitrati dalla sola chimica generale dell’acqua ha sottolineato che usi locali del suolo, servizi igienico-sanitari e pratiche agricole restano fattori cruciali che devono essere monitorati direttamente.

Cosa significa per le persone e la pianificazione

Per i residenti e i decisori il messaggio è chiaro: l’uso del suolo nel bacino del Muvattupuzha influenza fortemente la qualità delle acque sotterranee sottostanti. La rapida crescita urbana, insieme ai cambiamenti nelle pratiche agricole, ha già aumentato il contenuto di minerali e di nitrati in molti pozzi, e le proiezioni dell’uso del suolo indicano stress continui se i modelli attuali persistono. Combinando mappe del territorio da satellite, misure di campo e strumenti di machine learning trasparenti, lo studio offre un quadro operativo per individuare i “punti caldi” emergenti delle acque sotterranee, orientare dove proteggere le aree di ricarica, migliorare la gestione di fognature e fertilizzanti e indirizzare lo sviluppo futuro. In termini semplici, una pianificazione del territorio intelligente oggi può aiutare a mantenere i pozzi di domani più puliti, sicuri e affidabili.

Citazione: K, A., Gautam, S., Prince Arulraj, G. et al. Forecasting land-use and land-cover change for groundwater sustainability in the Muvattupuzha basin using CA-Markov (2033–2050). Sci Rep 16, 7462 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-38961-2

Parole chiave: acque sotterranee, urbanizzazione, cambiamento dell’uso del suolo, inquinamento da nitrati, Kerala