Acqua

Acqua

Agli inizi del 21° sec. si è dato notevole peso all'impronta interdisciplinare che caratterizza tutti i problemi relativi all'a. (European Commission 2000). Si riconosce a essa, innanzitutto, il ruolo fondamentale di primaria componente dell'ambiente, valutandone la consistenza sia in termini di quantità e qualità, sia in relazione alla sua ubicazione nelle varie parti del globo. A questo scopo sono stati affinati, negli ultimi decenni, i fondamenti e le conoscenze di numerose discipline e si è dato sempre maggior valore al concetto di a. intesa come risorsa. Si parla ora di pianificazione e gestione delle risorse idriche, insieme di attività volte all'utilizzo razionale e alla salvaguardia dell'a. disponibile (IRSA-CNR 1999).

D'altro lato, il susseguirsi di eventi in cui l'a. si presenta come una minaccia al territorio e alla stessa vita dell'uomo ha messo in evidenza la necessità di intervenire con urgenza per acquisire nuove conoscenze sull'andamento dei fenomeni naturali e per individuare criteri e opere di prevenzione e di riparazione dei danni causati da essa. Anche per queste finalità si sottolinea la complessità dei problemi e la necessità di intervenire con il più vasto concorso disciplinare.

Le metodologie più avanzate per i problemi delle acque

I progressi compiuti nelle varie discipline sono in gran parte dovuti alla tecnologia, sia per quanto riguarda l'attuazione di corrette misure in tutti i fenomeni che interessano i problemi delle a., sia per l'elaborazione dei dati acquisiti. La contemporanea presenza di molti aspetti disciplinari e di molte componenti che interferiscono tra loro ha suggerito anche di affrontare i problemi delle a. secondo la scienza dei sistemi. Tra gli strumenti proposti nelle varie discipline applicate ai problemi dell'a. occupano un ruolo fondamentale i modelli, che possono essere di varia natura. Molto utilizzati, soprattutto nel recente passato, sono i modelli idraulici (o modelli fisici), che consistono in una riproduzione in scala della realtà su cui intervenire. Per es., il tratto di un fiume di particolare interesse per un intervento viene riprodotto in scala ridotta, fedelmente in ogni dettaglio; sulla struttura così realizzata si esaminano gli effetti e il comportamento di una corrente d'a, che riproduce quella del fiume nella realtà. I modelli idraulici consentono perciò di esaminare i vari fenomeni allo stesso modo, anche con la stessa percezione visiva, sia sul modello stesso che sulla realtà (o prototipo), con il ricorso a opportune scale di similitudine basate sulle leggi che interpretano formalmente i fenomeni stessi (scala delle portate, scala dei tempi, scala delle velocità ecc.). Questi modelli richiedono però costosi interventi con l'impiego di apparecchiature e personale specializzato, e, di conseguenza, trovano posto solo presso grandi laboratori adeguatamente attrezzati.

Un secondo tipo di modello è quello analogico, basato su una relazione di analogia formale, ovvero di interpretazione matematica mediante espressioni formalmente identiche, salvo diverso significato dei simboli, di due fenomeni che avvengono in campi diversi. Per es., la nota legge di Darcy, che interpreta il moto dell'a. nel sottosuolo, è formalmente identica alla legge di Ohm, che interpreta il comportamento di una rete di conduttori elettrici: si può quindi stabilire una corrispondenza diretta tra le due realtà e analizzare sull'una i fenomeni che avvengono nell'altra, utilizzando opportune relazioni di similitudine. Il comportamento di una falda sotterranea può così essere esaminato in laboratorio, disponendo di un'appropriata rete di conduttori elettrici, provvisti di resistenze (alle quali corrisponde la trasmissività dell'acquifero), nonché di generatori di tensione elettrica (alla quale corrisponde la pendenza nel livello della falda) e di misuratori di corrente elettrica (corrispondente della velocità dell'a. nel sottosuolo). Rispetto ai modelli idraulici, quelli analogici non consentono una diretta percezione del fenomeno esaminato, ma, per contro, sono più semplici da far funzionare e meno costosi.

Infine, il terzo tipo di modello è quello matematico, il cui impiego diviene sempre più frequente, grazie al continuo progresso degli elaboratori elettronici e delle teorie matematiche relative al calcolo numerico. Il modello matematico consiste nell'applicazione ripetitiva delle espressioni interpretative dei fenomeni reali, sostituendo alle variabili i valori numerici che quantificano l'andamento dei fenomeni stessi. Esiste tutta una vasta gamma di modelli matematici, che vanno dalla semplice applicazione di note formule (per le quali si dà corso a un procedimento di discretizzazione), all'applicazione di espressioni dedotte correlando tra loro, in genere con procedimenti della statistica, le diverse variabili del problema. A seconda delle finalità di impiego, i modelli matematici si distinguono poi in modelli di simulazione e modelli di programmazione (o ottimizzazione). I primi si limitano a riprodurre il fenomeno nelle sue caratteristiche spazio-temporali, mentre i secondi, utili soprattutto in fase progettuale, consentono il confronto tra diverse alternative possibili e, in base alle ipotesi inizialmente formulate, indicano quale alternativa sia più conveniente. L'impiego dei modelli matematici è facilitato da appositi programmi per l'elaboratore elettronico, che consentono di avere risposte in tempi brevissimi anche esaminando situazioni di dettaglio che richiedono un numero molto elevato di dati e di passi nello svolgimento; un ulteriore vantaggio è rappresentato dalla possibilità di avere i risultati in forma grafica, di agevole interpretazione (River flow modelling and forecasting, 1986).

Essenziale, per ogni tipo di modello, è la capacità di riprodurre il fenomeno reale nel modo migliore possibile, cosa che deve essere verificata mediante operazioni di taratura, con l'impiego di misure effettuate direttamente sul prototipo. I modelli consentono di esaminare situazioni anche complesse e, al contempo, di verificare la validità di interventi che sarebbero costosi e distruttivi se fossero realizzati direttamente nella realtà.

I dati necessari per affrontare e risolvere i problemi delle acque

Per la loro natura, ma anche per la complessità che li caratterizza, i problemi delle a. possono essere correttamente affrontati e risolti soltanto se si dispone di appropriati dati in grado di assicurare una completa informazione in tutti i settori disciplinari coinvolti. L'esigenza di avere la più ampia disponibilità di dati è anche una prerogativa del modo di operare con le metodologie più avanzate, in particolare con i modelli, ormai indispensabili per affrontare i problemi. La raccolta, l'archiviazione e la disseminazione dei dati sono ora facilitate dalla disponibilità di programmi per gli elaboratori elettronici, mediante i quali si realizzano e si gestiscono le banche dati. Essenziali per i problemi delle a. sono i dati idrologici, vale a dire, in primo luogo, la portata e i livelli liquidi nei fiumi e torrenti, nei laghi e nelle falde. Essi vanno di norma correlati con i dati meteorologici, soprattutto la precipitazione (pioggia, neve, grandine), ma anche la pressione atmosferica e la temperatura dell'aria. Con questi dati si possono affrontare tutti i problemi della gestione delle a., relativi tanto all'utilizzo quanto alla protezione della risorsa, e quelli della protezione del territorio e del controllo delle piene.

In Italia sono ormai diversi gli enti responsabili della raccolta, archiviazione e disseminazione dei dati relativi alle acque. Per i rilevamenti meteorologici sono sorti, nei primi decenni del 20° sec., l'Ufficio centrale di ecologia agraria, con sede a Roma e sezioni periferiche in diverse parti d'Italia, e successivamente il Servizio meteorologico dell'Aeronautica Militare, che, sia pure con finalità orientate al traffico aereo, ha sempre conservato una completa documentazione delle caratteristiche climatiche del Paese. Per i dati idrologici, all'inizio degli anni Venti si è consolidato il Servizio idrografico, a quel tempo alle dirette dipendenze del Consiglio superiore dei lavori pubblici, organizzato secondo un'unità centrale di direzione e coordinamento e suddiviso in compartimenti idrografici. Si sottolinea il fatto che i limiti dei compartimenti corrispondevano a quelli dei bacini idrografici dei maggiori fiumi, ovvero all'area dalla quale tutta l'a. pervenutavi per cause naturali fluisce interamente nel fiume medesimo. Oltre alle osservazioni idrologiche erano competenza del Servizio idrografico le osservazioni meteorologiche, nonché quelle relative al trasporto solido nei fiumi e torrenti. Ogni anno venivano pubblicati gli Annali idrologici, riferiti a ciascun compartimento, nonché bollettini e tabulati, spesso con frequenza giornaliera. Una più recente normativa, suggerita dalla tendenza a snellire l'apparato statale dando maggiori poteri alle regioni, ha modificato profondamente la configurazione del Servizio idrografico, che risulta ora suddiviso in un'entità centralizzata facente parte dell'Agenzia per la protezione dell'ambiente e per i servizi tecnici (APAT), con sede a Roma, e in diverse unità poste sotto il controllo delle singole amministrazioni regionali, sia direttamente, sia inquadrate nelle Agenzie regionali per la protezione dell'ambiente (ARPA).

Sebbene la situazione delle risorse idriche in Italia non sia di recente molto cambiata, in quanto legata alle caratteristiche naturali del Paese, non si può tuttavia trascurare il fatto che un cambiamento del clima, come evidenziato a livello globale, sia in grado di influenzare l'utilizzo delle a. disponibili e di creare nuovi problemi per la difesa contro le inondazioni. Nel nostro Paese il cambiamento climatico si è manifestato negli ultimi anni principalmente come riduzione delle precipitazioni nel corso dell'anno e aumento della temperatura media dell'aria, interessando tutto il territorio, dalle regioni alpine fino a quelle più meridionali, e con aspetti poco diversi da zona a zona (Siccità: monitoraggio, mitigazione, effetti, 2004). Questo cambiamento ha assunto le caratteristiche di una tendenza continua e si parla ormai di frequenti situazioni di siccità. Accanto alla diminuzione della quantità d'a. che raggiunge il suolo si deve però rilevare come nei brevi periodi piovosi l'intensità della pioggia, ossia la quantità d'a. caduta in un prestabilito intervallo di tempo, sia notevolmente aumentata. Sono infatti sempre più frequenti acquazzoni della durata di poche decine di minuti, con intensità che può superare di molto i 100 mm/ora, responsabili della formazione di cospicue portate che torrenti e fiumi difficilmente riescono a contenere nel loro alveo, e che danno quindi luogo a gravi inondazioni.

Per effettuare un'accurata analisi del comportamento di un bacino fluviale è necessario conoscere l'entità delle portate in sezioni caratteristiche, opportunamente scelte sia nel fiume che nei suoi affluenti. Molto spesso non sono disponibili misure dirette nelle sezioni di interesse e occorre pertanto individuare per esse un valore probabile, partendo da misure effettuate in sezioni vicine e tenendo in debito conto le caratteristiche del tratto fluviale esaminato. In bacini di modesta estensione capita spesso che non vi siano affatto misure di portata: in tal caso si può tentare di costruire valori probabili partendo dalla conoscenza degli afflussi meteorici, misurati in opportune stazioni di rilevamento ubicate entro il bacino stesso, oppure in bacini contigui aventi un comportamento simile a quello del bacino in esame. Per questo scopo sono disponibili formulazioni che tengono in debito conto l'area del bacino, in relazione alla sua forma, alle sue caratteristiche geologiche e pedologiche, alla presenza di zone coltivate e boschive, nonché di centri abitati, strade e altri manufatti che possano influenzare il moto dell'a. sul suolo.

L'utilizzo dell'acqua

Il corretto sfruttamento delle risorse idriche, accanto alla valutazione della loro disponibilità e delle possibilità di utilizzo, richiede la conoscenza, nella maniera più attendibile, della quantità necessaria per i diversi usi, tenendo inoltre presente che ogni utilizzo esige una particolare qualità, non sempre reperibile in natura. Accanto agli usi per finalità urbane, domestiche, agricole e industriali, che si basano su una sottrazione d'a. da fiumi, laghi, falde sotterranee e dal mare (prelievo dai corpi idrici), si devono prendere in considerazione gli usi non di prelievo, che avvengono in situ nei corpi idrici stessi, quali la navigazione interna, ma, soprattutto, non si può trascurare la necessità di mantenere inalterate le caratteristiche ambientali e paesaggistiche legate, direttamente oppure indirettamente, alla presenza dell'acqua.

Una disamina più accurata delle modalità con cui l'a. viene impiegata permette di stabilire il fabbisogno, soprattutto nel caso di prelievo, evitando di prendere quantitativi in eccesso e non pienamente utilizzati, quantitativi che diano cioè luogo a sprechi. Tale disamina deve consentire l'utilizzo in maniera adeguata alla disponibilità, e diviene inevitabile nel caso in cui le risorse idriche siano limitate nel tempo e nello spazio (Ministero dell'agricoltura e delle foreste 1990).

Di gran lunga, il più importante è l'uso dell'a. nei complessi abitativi, essenziale per ogni forma di sviluppo civile e sociale, ma anche, nelle prospettive di un possibile incremento delle condizioni di siccità, per la stessa sopravvivenza. In tale uso si devono distinguere le esigenze generali della comunità, ovvero l'uso urbano (fontane pubbliche e monumenti, lavaggio delle strade, servizi antincendio, nonché piccole industrie e attività commerciali) dall'uso domestico, rappresentato sia dalle necessità della casa (bagni, docce, lavaggio stoviglie e indumenti, flussaggio toilette, innaffiamento giardini, lavaggio automezzi), sia da quello strettamente potabile (bevanda, cottura dei cibi). L'uso urbano e quello domestico sono influenzati da molti fattori, tra cui il grado di urbanizzazione (una grande città richiede più a. di quanto ne richieda un piccolo villaggio); il reddito degli utenti (un quartiere residenziale signorile ne richiede più di un quartiere popolare); le condizioni climatiche del luogo (generalmente le città poste nei climi più asciutti hanno un fabbisogno inferiore a quello delle città ove la pioggia è più abbondante). Ovviamente, uno degli aspetti più importanti per l'approvvigionamento potabile riguarda la qualità dell'a. da fornire, che deve ottemperare a requisiti molto rigorosi, codificati dalla normativa nazionale ed europea. Il raggiungimento dei richiesti livelli di qualità avviene attraverso processi di trattamento e di potabilizzazione.

La crescente domanda d'a. per l'utilizzo potabile e urbano, comunque, non potrà sempre essere completamente soddisfatta in numerose parti del Paese, a causa della limitatezza delle risorse, acuita dai prevedibili cambiamenti del clima e dall'inquinamento di molte di esse, di superficie e sotterranee, che ne rende impossibile l'utilizzo, a meno di ricorrere a costosi trattamenti. Per fronteggiare queste carenze si stanno individuando diverse forme di intervento, sia di carattere gestionale, quali l'adozione di tariffe penalizzanti atte a invogliare il risparmio da parte degli utenti, sia di carattere tecnico, quale il ricorso alla doppia rete, in grado di fornire, mediante una rete autonoma, un limitato quantitativo di elevata qualità per le strette esigenze potabili e, mediante un'altra rete del pari autonoma, a. di qualità più scadente ma in quantità tale da soddisfare tutti gli altri usi nel complesso urbano e possibilmente anche dentro le mura domestiche. Il ricorso a fonti non convenzionali, quale in primo luogo la dissalazione di a. salmastra o di mare, potrà essere un'altra soluzione, purché si riesca a realizzare impianti tali da fornire un prodotto a costi accettabili. Al momento, i più grandi ed efficienti impianti possono arrivare a costi che si aggirano intorno a 0,70 euro/m.

L'uso dell'a. in agricoltura, per le finalità irrigue, è quello che richiede i maggiori quantitativi, soprattutto nei Paesi del Mediterraneo, e che determina pertanto situazioni di conflittualità con gli altri usi, specialmente in condizioni di siccità. La quantità d'a. richiesta per l'irrigazione, di norma durante i mesi estivi (stagione irrigua), dipende da molti fattori; principalmente dal clima, dall'assenza di precipitazioni, dalla tipologia della coltura e dal grado di crescita della pianta, oltre che dalle modalità di adacquamento. Per stabilire correttamente questo fabbisogno, soprattutto in condizioni di scarsità, sono stati sviluppati procedimenti di calcolo che tengono in debito conto i fattori sopra richiamati. Inoltre, per agevolare il risparmio dell'a. disponibile, vengono sempre più frequentemente proposti metodi di adacquamento in grado di erogare il quantitativo strettamente necessario e in maniera controllata (I campi hanno sete, 2003). Ai metodi a scorrimento o espansione si preferiscono quelli a pioggia, mentre vanno prendendo piede quelli a goccia, posti a servizio della singola pianta. Nelle aziende agricole più attrezzate si vanno diffondendo impianti complessi che distribuiscono razionalmente l'a. alle colture, anche su larghe estensioni, con interventi automatizzati e controllati da apposite unità centralizzate. Dall'uso dell'a. in agricoltura dipende l'economia di molte regioni italiane ed è pertanto evidente l'interesse che esso richiama nella vita politica. Numerose sono perciò le iniziative a livello di governo e delle regioni per razionalizzare questo uso nel contesto della disponibilità delle risorse idriche del Paese. Tra le iniziative principali si annoverano gli incentivi per la realizzazione di serbatoi di accumulo dell'a. di origine meteorica e di recente, in maniera sempre più pressante, anche l'utilizzo degli scarichi urbani, dopo un conveniente trattamento.

L'uso industriale dipende dalla tipologia del processo e dallo sviluppo tecnologico del complesso industriale. In passato, si è cercato di stabilire una dipendenza del fabbisogno da elementi oggettivi dello stabilimento stesso, con riferimento alla tipologia e al quantitativo di beni prodotti, oppure in base all'entità numerica del personale impiegato, arrivando però soltanto a valori indicativi, da affinare ulteriormente in base ad analisi più specifiche. Si deve inoltre rilevare come negli ultimi anni l'industria italiana abbia manifestato una tendenza a ridurre il fabbisogno d'a., o, almeno, a discostarsi dalle previsioni di un tempo, che ne ipotizzavano una grande crescita. Ciò è dovuto in parte allo sviluppo di tecnologie meno idroesigenti, ma anche al ridimensionamento di alcuni settori produttivi. I maggiori complessi industriali, nel settore della chimica e della siderurgia, per es., hanno la tendenza a impiegare l'a. di mare e a incrementare il riciclo dell'a. utilizzata.

Rimane sempre elevato il fabbisogno idrico per la produzione di energia elettrica. Nel settore termoelettrico occorrono grandi quantitativi d'a. per raffreddamento, ovvero per riportare allo stato liquido il vapore dopo che ha azionato le turbine e quindi i generatori di elettricità. Ciò avviene negli scambiatori di calore, nei quali il vapore stesso cede ad a. più fredda il calore liberatosi nel cambiamento di stato. Il fabbisogno d'a. per questa esigenza, per ogni MW installato, s'aggira intorno a 0,04 m/s, che vengono prelevati in genere da fiumi, laghi o dal mare, e restituiti poi agli stessi a una temperatura più elevata. La richiesta energetica in Italia è tuttora crescente ed è prevedibile la realizzazione di nuovi impianti, da localizzare in più parti del territorio nazionale, con preferenza nelle zone costiere ove si potrà beneficiare dell'a. di mare. Il fatto che il settore stesso dipenda quasi integralmente da combustibili fossili, soprattutto liquidi, oggetto di continue lievitazioni di prezzo nel mercato internazionale, lascia intravedere la possibilità di un ritorno agli impianti nucleari, nei quali il fabbisogno per il raffreddamento si aggira intorno a 0,06 m³/s per MW installato. Una riduzione del quantitativo d'a. utilizzato negli impianti termoelettrici potrà avvenire con l'impiego delle torri di raffreddamento o con altri efficaci accorgimenti.

Il settore idroelettrico rimane sempre di primario interesse, con i numerosi impianti esistenti che prelevano a. in grandi quantitativi, soprattutto da fiumi e torrenti in zone elevate, restituendola, integralmente, a quota più bassa. La possibilità di realizzare nuovi impianti idroelettrici è però in Italia assai limitata, poiché il potenziale idroelettrico tecnicamente ed economicamente utilizzabile del Paese è già quasi interamente sfruttato. Nel settore sono pertanto prevedibili soltanto il miglioramento degli impianti esistenti e, ove possibile, il ricorso al pompaggio, con il quale è possibile riutilizzare più volte la stessa quantità di a. riportandola alla quota iniziale mediante pompe, nei momenti in cui si dispone di energia elettrica di supero, a basso costo.

Il controllo delle piene e la difesa del territorio

In questi anni numerosi sono stati gli studi e gli aggiornamenti delle conoscenze in materia di formazione e propagazione delle piene (Coping with floods, 1994). Si è cercato soprattutto di individuare il meccanismo che lega tra loro una pioggia di particolare intensità e la portata massima che si forma nel corpo idrico ricettore. In tali studi sono stati sviluppati modelli matematici del tutto affidabili e utilizzabili per fini previsionali. Oltre alle mutate condizioni del clima, la formazione di eventi di piena e di inondazione è ora notevolmente influenzata da un diverso utilizzo del territorio. Tra le cause principali si ricordano il disboscamento delle pendici montane e l'aumento delle aree impermeabili, in seguito alla realizzazione di piazzali e strade nella massiccia urbanizzazione degli ultimi decenni. Tutto ciò accresce la velocità di scorrimento dell'a. sul suolo e ne aumenta la quantità da smaltire durante e dopo l'evento di pioggia. Questi effetti si presentano un po' dovunque nel bacino fluviale, ma acquistano particolare gravità nell'ambiente urbano, dove mettono in crisi le reti di fognatura, per buona parte progettate e realizzate in tempi piuttosto remoti, quando ancora non si manifestavano i cambiamenti climatici che si sono riscontrati negli ultimi anni.

Lo studio di questi fenomeni richiede di conoscere i valori più cospicui delle portate misurate e di esaminare se vi sia la probabilità che tali valori vengano superati in futuro. A ciò provvedono convalidate analisi statistiche che consentono di stimare alcune grandezze significative, quali i valori massimi, i valori minimi e le rispettive frequenze (numero di volte che tali valori si sono verificati nel periodo di tempo considerato). Si riscontra, come regola del tutto generale, che quanto è maggiore l'entità dell'evento, tanto più lungo è l'intervallo di tempo trascorso tra due eventi della stessa grandezza. Ciò suggerisce l'adozione del tempo di ritorno, termine statistico legato alla probabilità con cui un evento potrebbe presentarsi (esprimibile pertanto come numero di anni durante i quali un determinato evento potrebbe presentarsi una volta). Questo termine è usato correntemente per verificare l'attitudine dei corsi d'acqua, nella loro configurazione esistente, a ricevere e smaltire una certa portata, ma viene utilizzato anche per progettare gli interventi e le opere necessari per fronteggiare una portata prevedibile.

La legislazione recentemente introdotta, rafforzata da una maggiore sensibilità dimostrata dall'opinione pubblica verso i problemi delle a., è un presupposto favorevole per fronteggiare il rischio di un'inondazione e la minaccia alla stabilità del territorio. L'attenuazione e il controllo degli eventi di piena comportano una serie di azioni a largo raggio, a partire dal consolidamento dei pendii nelle zone montane e collinari, dove molto efficace risulta essere il rimboschimento, che, unitamente alla regolarizzazione dei torrenti a mezzo di briglie e soglie, contribuisce a rallentare il moto delle a. sul suolo. È inoltre essenziale controllare l'andamento del trasporto solido, trattenendo il più possibile il materiale messo in movimento dalle a. di pioggia. Per contenere le frane si costruiscono muri di sostegno, mentre nel tratto più a valle, lungo l'asta fluviale, sono necessari interventi per contenere entro l'alveo la portata di piena prevedibile. Sono essenziali le arginature, di appropriata altezza e adeguato spessore, ma possono essere utili anche le aree inondabili (casse di espansione), scelte opportunamente in zone ove l'allagamento può provocare solo danni accettabili. Attenzione richiedono tutti i manufatti che, in qualche modo, interessano il fiume, soprattutto i ponti, che durante il passaggio di una piena si comportano come un ostacolo, riducendo lo spazio disponibile per il corretto moto dell'acqua. Negli interventi da attuare per la regolazione dei fiumi e torrenti bisogna prestare attenzione al comportamento del materiale solido trasportato dalla corrente. Al termine dell'evento di piena questo materiale rimane spesso nell'alveo modificandone la configurazione e riducendo gli spazi che potrebbero essere interessati da un evento successivo. Il materiale solido depositato è costituito da sabbia e ghiaia, che potrebbero essere estratte e impiegate nelle costruzioni. L'asporto di materiale solido dall'alveo, effettuato sotto un accurato controllo e tenendo presente tutte le particolarità che regolano il comportamento naturale della corrente, potrebbe contribuire a ridurre l'interrimento e a ripristinare le condizioni naturali del fiume.

La salvaguardia dell'ambiente idrico

L'aumento della popolazione e un più esigente tenore di vita hanno accresciuto la quantità e la tipologia delle sostanze da smaltire, causando notevole inquinamento nelle a. di superficie e in quelle sotterranee. Si vanno così creando situazioni pericolose per l'ambiente, con la scomparsa di specie vegetali e animali e, alla fine, con una minaccia per la salute dell'uomo. Sono numerose le sostanze che vengono rilasciate attraverso gli scarichi urbani e industriali, o semplicemente rimosse dalla pioggia dopo che si erano depositate sul suolo. Fra tali sostanze appaiono preoccupanti quelle quantificabili soltanto in tracce (microinquinanti), delle quali spesso non si conosce ancora l'effetto sull'ambiente e sulla salute dell'uomo e per le quali non si dispone neppure di affidabili metodologie e strumenti atti a evidenziarne la presenza nell'acqua. Gli inquinanti, che provengono dallo sversamento di materiali solidi o liquidi, sono individuati dalla loro concentrazione, in termini di massa nel volume d'a. che li contiene. In un corpo idrico la concentrazione varia da punto a punto e da istante a istante e contribuisce a rappresentarne lo stato di qualità. Il trasporto degli inquinanti avviene principalmente per effetto di noti meccanismi, che sono la convezione (o advezione), con cui le particelle di inquinante sono veicolate dalle particelle d'a. in movimento, e la dispersione (o diffusione), dovuta alla differenza di concentrazione esistente tra due punti vicini del corpo idrico stesso, poiché da una zona dove si trova a maggiore concentrazione l'inquinante tende a passare alle zone a concentrazione minore. Il trasporto dipende pertanto dalla velocità dell'a. e dallo stato di agitazione delle particelle liquide, entrambe in grado di influenzare i meccanismi sopra ricordati. Per alcuni tipi di inquinante, a questi fenomeni si aggiunge l'effetto di reazioni chimiche o di attività batteriche, che contribuiscono, per proprio conto, a variarne la concentrazione. Tutti questi fenomeni possono essere interpretati tramite precise formulazioni, che danno luogo a modelli matematici molto efficaci per rappresentare lo stato di qualità del corpo idrico, tanto superficiale che sotterraneo.

Fra i processi di inquinamento più significativi si considera quello dovuto ai batteri presenti negli scarichi con alto contenuto di materia organica. Nell'a. tali batteri seguono un complesso ciclo vitale, crescendo e poi decomponendosi a spese dell'ossigeno presente in soluzione; tutto ciò viene quantificato in base all'ossigeno necessario per il completamento del processo biochimico, ovvero dall'ammontare di BOD (Biochemical Oxygen Demand). È questo un indicatore molto utile per caratterizzare gli scarichi di origine antropica, soprattutto le fognature domestiche e urbane, ove può essere riferito al numero di abitanti che gravitano sullo scarico stesso. Di norma si ritiene che ogni abitante scarichi da 40 a 70 g/giorno di BOD. Poiché tali batteri e composti organici sono presenti anche nello scarico di alcune attività industriali, si conviene di accomunare gli scarichi di queste industrie a quelli domestici, individuando per ogni tipologia produttiva un numero di abitanti equivalenti, ai quali applicare le stesse considerazioni effettuate per gli abitanti effettivi che sversano nella rete fognante. Si dispone, a questo proposito, di tabelle e formulazioni appropriate, che prendono in considerazione alcuni elementi caratteristici dello stabilimento industriale; di solito si considera il numero di persone addette al processo produttivo, che vengono trasformate in abitanti equivalenti mediante l'impiego di appropriati coefficienti. Queste considerazioni valgono ovviamente soltanto per gli scarichi industriali caratterizzati da alto contenuto di materia organica, con comportamento assimilabile a quello degli scarichi domestici; non valgono per le industrie che scaricano inquinanti a comportamento diverso, soprattutto quelli che rimangono inalterati e persistono anche dopo essere venuti a contatto con l'acqua.

L'aspetto qualitativo di un corpo idrico superficiale o sotterraneo può essere influenzato anche dallo scarico di a. a elevata temperatura (proveniente, per es., da un impianto di raffreddamento), fatto che dà luogo all'inquinamento termico. L'aumento di temperatura nel corpo idrico può presentarsi in modo non omogeneo, in strati o pennacchi, che rimangono per un certo tempo distinti dal resto della massa liquida. Come conseguenza si può avere un'alterazione del regime naturale delle correnti e inoltre possono venire alterati i processi chimici e biologici che caratterizzano l'ambiente naturale, in grado anche di modificare il comportamento degli inquinanti. Nel corpo idrico la temperatura viene modificata da punto a punto e da istante a istante per effetto dei processi di advezione e diffusione.

Tutti i corpi idrici sono sensibili alle alterazioni qualitative, con effetti variabili da caso a caso. Le forme di inquinamento peggiori sono quelle che avvengono nei corpi idrici sotterranei, dai quali è molto difficile rimuovere gli inquinanti.

Nei fiumi e nei torrenti l'alterazione della qualità dipende dalla quantità d'a. presente, che contribuisce alla diluizione degli inquinanti sversati, diminuendone la concentrazione. In tale prospettiva si debbono perciò limitare quegli usi di prelievo che sottraggono l'a. dal corpo idrico, imponendo di lasciare in esso almeno una certa portata, valutata convenientemente in base a un attento esame delle caratteristiche dell'ambiente idrico originale. Si perviene così al concetto del minimo deflusso vitale, ormai sancito dalla legislazione vigente.

Le a. stagnanti, ovvero i laghi, le lagune e i serbatoi artificiali, richiamano molta attenzione dal punto di vista della qualità, che può venire alterata in seguito all'apporto di inquinanti da parte degli immissari o da scarichi lungo le sponde. Uno degli effetti più frequenti è l'eutrofizzazione, causata dall'apporto di sostanze fertilizzanti, che provocano un abnorme sviluppo di alghe, tale da sottrarre buona parte dell'ossigeno disciolto e rendere così impossibile lo sviluppo di altre forme di vita.

La qualità dei corpi idrici naturali (fiumi, torrenti, laghi, falde sotterranee) e del mare si può migliorare attraverso il controllo degli scarichi, anche in relazione a quanto stabilito dalla legge. Fondamentali sono i processi depurativi, da realizzare in appositi impianti. Il controllo degli scarichi si basa sul prelievo di campioni e conseguenti analisi di laboratorio, accertando che la concentrazione di specifici inquinanti non superi i limiti che vengono imposti dalla legge. È questo un passo necessario, ma non è sempre sufficiente a garantire la salvaguardia del corpo idrico ricettore, in quanto occorre verificarne lo stato qualitativo iniziale (che potrebbe essere già alterato da altri scarichi posti più a monte) e la sua attitudine a ricevere e diluire un inquinante scaricato (uno stesso scarico produce effetti diversi se sversato in un grande fiume o in un torrente con ridotta portata). Tra le fonti di inquinamento più preoccupanti si devono annoverare quelle non riconducibili a una ben individuata tubazione o canale, cioè quelle distribuite, per le quali gli inquinanti raggiungono le a. di superficie e sotterranee attraverso estese zone del suolo e del sottosuolo; è il caso soprattutto degli scarichi provenienti dalle concimazioni dei terreni coltivati, per i quali è impensabile un'azione di controllo e l'unica soluzione appare quella di ridurre la quantità di fertilizzante utilizzato, adeguandolo alle reali esigenze della pianta ed evitando ogni eccesso.

Il ruolo fondamentale del bacino idrografico

Il modo più razionale di affrontare un problema relativo a un corso d'a. naturale è quello di considerarlo nella realtà del suo bacino idrografico. In questo modo, il corso d'a. medesimo viene visto nella totalità e nell'interazione di tutte le sue componenti, a partire dall'apporto meteorico, e tenendo conto delle utilizzazioni in atto e previste, le quali, a loro volta, sono legate alla vita delle popolazioni interessate. Si applica così il già ricordato concetto di sistema, nell'ambito del quale si può trarre vantaggio da tutte le metodologie sviluppate per analizzare e risolvere i connessi problemi. Per interpretare i fenomeni di natura fisica, chimica e biochimica sopra ricordati, nonché per confermare la validità dei modelli utilizzati, è necessario effettuare frequenti e ripetute misure di tutti i termini coinvolti nei processi che avvengono in seno alla massa liquida. Fra i termini di natura fisica occorre conoscere, innanzitutto, la portata, nonché la velocità dell'a. e la profondità in sezioni e punti significativi. Fra i termini di natura qualitativa è necessario conoscere la concentrazione di specifici inquinanti in punti caratteristici e negli scarichi che immettono nel fiume. Per la completezza dell'analisi occorre poi conoscere gli aspetti non fisici, legati alla valutazione economica degli interventi, in termine di costi, da affrontare per realizzare le opere necessarie o per ripristinare situazioni originali, e di benefici che è possibile aspettarsi dagli interventi stessi. Per queste finalità vengono impegnati i metodi e le procedure dell'economia, che si basano, anch'essi, su modelli matematici. Infine, bisogna esaminare come le popolazioni interessate reagiscono sia al manifestarsi degli eventi naturali, sia agli effetti delle azioni e delle opere previste.

L'attuazione degli interventi, siano essi tecnici o di altra natura, coinvolge sempre il quadro istituzionale, con ripercussioni politiche a livello di stato, regioni, provincie e comuni, creando spesso situazioni di conflittualità sanabili soltanto dopo lunghe negoziazioni. Per queste finalità la legislazione italiana, in linea con le raccomandazioni europee, sta sviluppando un'adeguata politica di bacino, che vede in primo luogo le Autorità di bacino, istituite su tutto il territorio nazionale in base alla l. nr. 183 (18 maggio 1989), con lo specifico compito di programmare e coordinare tutti gli interventi mirati al razionale utilizzo delle a., alla salvaguardia dell'ambiente e alla difesa del territorio. La salvaguardia della qualità delle a. e la protezione dell'ambiente richiedono in questa fase molta attenzione, non solo durante gli interventi diretti sulle risorse idriche, ma anche in tutte quelle realizzazioni (strade, ferrovie, complessi edilizi ecc.) che possano in qualche modo interferire con esse. Per queste finalità, la Valutazione dell'impatto ambientale (VIA) e la Valutazione ambientale strategica (VAS), obbligatorie in ogni grande progetto, devono tenere in debito conto le a. esistenti e gli effetti che ne deriverebbero dalla realizzazione delle opere previste.

Laghi e lagune

Problemi particolari si pongono in tutti i corpi idrici caratterizzati da ridotta velocità dell'a., quali laghi naturali e lagune. In questi corpi idrici sono presenti correnti preferenziali e forme di rimescolamento, sia orizzontalmente che in profondità, che possono alterare la configurazione del corpo idrico stesso e la qualità dell'acqua. Il comportamento di laghi e lagune è oggetto di particolari studi perché è quanto mai necessario salvaguardare le loro caratteristiche ambientali, data l'importanza che essi hanno per buona parte del territorio e della vita di molte zone del Paese. I laghi naturali rappresentano un'affidabile disponibilità d'a. per molti usi: si ricorda come nel bacino padano i laghi alpini, già abbondantemente sfruttati ai fini irrigui, sono visti anche come riserva d'a. potabile per il futuro. Le a. lagunari, localizzate in molte parti del territorio italiano, stanno richiamando l'attenzione di studiosi e degli organi responsabili per i problemi ambientali che rappresentano: è nota l'importanza che ha sempre avuto la laguna di Venezia, con i suoi particolari problemi di a. alta e di crescente inquinamento dovuto ai numerosi scarichi urbani e industriali. La salvaguardia delle a. dei laghi e delle lagune rientra nella politica delle a. instaurata nel Paese.

Le acque nel sottosuolo

La maggioranza degli acquedotti urbani in Italia è alimentata da falde acquifere sotterranee, che, rispetto alle a. di superficie, garantiscono ancora un sufficiente grado di affidabilità per quanto attiene il rischio di inquinamento (Groundwater law and administration for sustainable development, 2002). Le a. sotterranee rappresentano inoltre un'affidabile riserva per l'irrigazione. È perciò ragionevole che a queste risorse si presti la massima attenzione, tanto più che in molte parti d'Italia un massiccio attingimento dal sottosuolo ha provocato negli ultimi anni l'impoverimento degli acquiferi: in alcune zone della Valle Padana l'abbassamento del livello di falda è stato di qualche decina di metri. Il cambiamento del clima, con la riduzione delle piogge, ha poi impedito il ripristino delle situazioni originali, rendendo così problematico l'approvvigionamento idrico di molte località.

Nelle zone costiere l'abbassamento del livello di falda ha alterato l'equilibrio esistente tra a. dolce e a. salata, favorendo un innalzamento di quest'ultima, con il conseguente aumento del contenuto salino degli acquiferi, al punto da rendere non più possibili alcune utilizzazioni, non solo potabili ma anche irrigue. L'abbassamento delle falde dà luogo a fenomeni di natura ambientale, in quanto viene meno la possibilità di alimentare l'apparato radicale delle piante, con la conseguente scomparsa di alcune specie vegetali. Si determina, inoltre, un'alterazione degli sforzi presenti nei vari strati del terreno, con il conseguente fenomeno di subsidenza, assai dannoso per la stabilità degli edifici. In molte zone, accanto a questi fenomeni, si deve registrare un'alterazione qualitativa, che è dovuta all'ingresso in falda di inquinanti trasportati dalle a. di superficie nella loro percolazione attraverso gli strati superiori del terreno. Molto frequente inoltre è la presenza di composti dell'azoto e del fosforo provenienti dalle concimazioni dei terreni coltivati.

Numerosi studi (Custodio, Llamas 2005) hanno messo a punto procedimenti per esaminare le a. sotterranee, a partire da misure dirette di campo atte a individuare lo stato quantitativo e qualitativo delle falde, e hanno realizzato opportuni modelli in grado di riprodurre il comportamento degli acquiferi, sia in relazione a fenomeni naturali, quali l'apporto meteorico, sia in relazione ad attingimenti in atto o prevedibili. È così possibile razionalizzare il prelievo delle a. sotterranee in maniera di mantenerne il più possibile inalterata la consistenza, soddisfacendo contemporaneamente ai vari usi, soprattutto potabili e agricoli (Trasferimento di tecnologie e metodologie per la gestione delle risorse idriche, 1991).

L'importanza dei serbatoi

Per l'utilizzo delle a. sono necessarie diverse forme di intervento, da attuarsi tenendo presenti tutti gli aspetti del comportamento fluviale. Il corretto espletamento di alcuni usi richiede di prelevare dal fiume cospicue portate, che in alcuni periodi dell'anno non sono presenti nell'alveo. Si impone allora la realizzazione di serbatoi, mediante opportune opere di sbarramento del fiume (dighe), la costruzione delle quali comporta notevole impegno progettuale, sia per quanto riguarda l'aspetto statico, sia per le modalità esecutive, sia, infine, per gli effetti che potrebbero indurre sul fiume stesso e su tutto l'ambiente circostante. Il volume del serbatoio (capacità di invaso) va definito in base a una relazione di bilancio tra le portate naturali del fiume e quelle di utilizzazione, mentre le caratteristiche della diga vanno commisurate al serbatoio stesso, tenendo presenti le condizioni topografiche della zona. In un approccio razionale per la gestione delle risorse idriche si deve considerare la possibilità che l'a. accumulata venga utilizzata per più usi, anche contemporaneamente (per es., la produzione idroelettrica e l'irrigazione, oppure l'irrigazione e un acquedotto potabile).

Il serbatoio deve essere munito di opportune opere di scarico per consentire l'evacuazione dei quantitativi d'acqua non utilizzabili, definite, a seconda della loro ubicazione rispetto alla profondità del serbatoio stesso, di superficie, di mezzofondo e fondo. Le portate evacuate attraverso tali opere di scarico vanno reimmesse nel fiume senza alterarne il comportamento e senza provocare danni alle zone circostanti. L'utilizzo delle portate regolate e prelevate dal serbatoio avviene attraverso canali aperti superiormente (a pelo libero o superficie libera), oppure condotte a pressione (dette anche condotte forzate), che devono essere inseriti sia nel territorio sia nell'ambiente in maniera da non provocare eccessive alterazioni e disturbi, sia durante la fase di costruzione, sia in quella di esercizio.

Nei numerosi serbatoi presenti sul territorio italiano il cambiamento del clima determina riduzioni inaspettate del volume d'a. accumulabile, poiché la scarsità di precipitazioni ne impedisce il riempimento completo. Queste situazioni si manifestano in modo particolare per i serbatoi realizzati nei decenni trascorsi, a fini potabili, irrigui e per la produzione di energia idroelettrica, che furono progettati in base alle conoscenze idrologiche allora disponibili e che non tenevano conto dalla scarsità di precipitazioni verificatasi in anni più recenti. In situazioni di carenza riesce difficile soddisfare le esigenze di tutte le utenze che utilizzano contemporaneamente l'a. invasata, e si determinano pertanto complesse situazioni di conflittualità (Tools for drought mitigation in Mediterranean regions, 2003). Nel tentativo di alleviare queste situazioni, sono stati studiati e vengono correntemente proposti procedimenti basati soprattutto sull'individuazione di priorità dei vari usi, a seguito di un attento esame delle loro specifiche caratteristiche di attuazione. Queste regole di esercizio, sulla scorta di prevedibili comportamenti degli aspetti del clima, individuano le modalità con cui devono essere effettuati i vari prelievi e impongono pertanto un rigoroso controllo delle modalità di attingimento. Tra le condizioni vincolanti che si pongono all'esercizio di un serbatoio si deve considerare la necessità di mantenere intatte le condizioni ambientali del sito e del corso d'a. in cui il serbatoio stesso è realizzato. Queste condizioni impongono di rilasciare appropriati volumi d'a., svuotando quindi, seppur parzialmente, il serbatoio, che non è più in grado di soddisfare alle esigenze per le quali era stato costruito. Si deve inoltre considerare l'eventualità di una piena nel fiume immissario, e si deve quindi lasciare un conveniente volume vuoto a disposizione, al fine di accumulare più a. possibile e attenuare gli effetti che la piena stessa provocherebbe nei tratti fluviali a valle.

Altro aspetto molto importante nell'esercizio dei serbatoi riguarda il materiale solido (ghiaia, sabbia e limo) portato dal fiume immissario, che ne provoca un progressivo interrimento, con conseguente riduzione del volume utilizzabile. Molti serbatoi, realizzati nel periodo 1920-1930, hanno perso gran parte delle originali capacità di accumulo. A questo inconveniente si cerca di porre rimedio mediante frequenti svuotamenti, in grado di rimuovere e scaricare verso valle il materiale solido depositato.

Per una cultura dell'acqua

La complessità dei problemi dell'a. e il fatto che essi interessano gli aspetti essenziali della vita impongono la partecipazione di tutti, coinvolgendo ogni cittadino nelle iniziative rivolte a razionalizzarne l'uso, proteggerla e controllarne gli effetti. È pertanto essenziale sensibilizzare opportunamente i cittadini, attivando una loro partecipazione anche nel condividere responsabilmente le decisioni da prendere. Per queste finalità è essenziale un corretto uso dei mezzi d'informazione, evitando in ogni caso di trasmettere notizie inesatte o, ancor peggio, distorte da interessi di parte. È necessario, inoltre, che i concetti fondamentali di uso, protezione e controllo delle a. siano portati a conoscenza dei cittadini attraverso un'adeguata educazione, che coinvolga ogni ordine di scuola. Tutte queste iniziative concorrono ad assicurare un'adeguata preparazione della classe politica e degli amministratori, che devono essere in grado di comprendere e mettere in pratica quanto viene loro suggerito dai tecnici, con il supporto di un'appropriata attività di ricerca.

bibliografia

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Trasferimento di tecnologie e metodologie per la gestione delle risorse idriche, Atti del Seminario organizzato dall'Istituto di ricerca sulle acque (IRSA) del CNR e dalla Regione Puglia, Valenzano 1991, Roma 1991.

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E. Custodio, M.R. Llamas, Idrologia sotterranea, Palermo 2005.