CORSO DI GESTIONE DELLE RISORSE IDRICHE Lezione 1: Il

Transcript

CORSO DI GESTIONE DELLE
RISORSE IDRICHE
Lezione 1: Il ciclo dell’acqua
Alberto Bellin
Dipartimento di Ingegneria Civile ed Ambientale, Università di Trento
• La carenza di risorse idriche è universalmente
riconosciuto come un fattore limitante la
crescita economica
• gestione ottimale delle risorse idriche
–
–
–
–
infrastrutture efficienti
ambiti territoriali ottimali
risparmio (educazione)
priorità del consumo umano
• quantificazione certa delle risorse realmente
disponibili
Lezione 1
Gestione delle risorse idriche
Sviluppo sostenibile e risorse idriche
• Impostazione classica: garantire la
rinnovabilità della risorsa
– bilancio fra le risorse disponibili ed i
consumi
• Impatto sull’ambiente e sulla valenza
paesaggistica (conflitto fra lo
sfruttamento per fini economici e la
preservazione degli ecosistemi acquatici)
Lezione 1
Flows within the hydrological cycle. Units are relative to the
annual precipitation on the land surface (100 = 119,000 km3 yr-1).
Black arrows depict flows to the atmosphere, gray arrows depict
flows to land or oceans, and blue arrows indicate lateral flows.
Data from Maidment (1993).
Lezione 1
Volume
(km3)
Percent
of total
Percent of
freshwater
Water in Land Areas:
Lakes:
Fresh
47,971,710
3.5
91,000
0.007
0.26
Saline
Rivers
Marshes
Soil moisture
85,400
2,120
11,470
16,500
0.006
0.0002
0.0008
0.0012
0.006
0.03
0.05
Residence time
(yr)
(All surface water:)
4.0
Groundwater:
(All subsurface water:)
Fresh
Saline
Biological Water
10,530,000
12,870,000
1,120
0.76
0.93
0.0001
30.1
Icecaps and glaciers
24,364,100
1.76
69.6
Atmosphere
12,900
0.001
0.04
Oceans
1,338,000,000
96.5
Total
1,385,984,610
100
20,000
0.003
0.02
2,650
100
Table 1.1 Sizes and residence times for major reservoirs in the
hydrological cycle. Source: Maidment (1993).
Lezione 1
IL CICLO IDROLOGICO
Lezione 1
RAPPRESENTAZIONE SCHEMATICA DEI DEFLUSSI
Lezione 1
Le componenti del bilancio idrologico
E
Precipitazione (R)
Manto nevoso
Deflusso ipodermico
(SUBQ)
Sc
am
Acque sotterranee
Percolazione
bi
o
di
m
as
sa
Infiltrazione
Deflusso superficiale
(SURQ)
Esaurimento
Percolazione profonda
Acquiferi (scale temporali elevate)
Consumi
Acque superficiali (scale temporali brevi)
T
Lezione 1
IL BILANCIO IDROLOGICO
• Scelta del volume di controllo (superficiale
e profondo)
• Scelta dell’intervallo temporale di
riferimento
Lezione 1
BILANCIO IDROLOGICO
Scelta del volume di controllo, scelta dell’intervallo temporale
Consumi
P − (Q out − Qin ) − ET − (G out − G in ) − C = ∆ S s + ∆ S g
Lezione 1
Lezione 1
99.99
99.999
percentuale di raggiungimento o superamento giornaliero
99.9
99
99.5
98
95
90
80
70
40
50
60
30
20
10
5
2
0.5
1
0.1
0.01
1
1E-3
portata / portata media
10
CURVE DELLA DURATA DEL CONTRIBUTO SPECIFICO
AVISIO A SORAGA
0.1
3
2
portata / superficie sottesa [M /(S KM )]
1990-2000
1990-1999
mensile 1990-1999
Lezione 1
99.9
99.99
percentuale di raggiungimento o superamento giornaliero
99.5
99
98
95
90
80
70
60
50
40
30
20
10
5
2
1
0.5
0.1
0.01
0.01
2.00
Portata naturale e derivabile dal Grigno
a Fratazze con 1 riempimento all'anno
1.75
portata naturale
portata utilizzabile
portata media naturale
portata media utilizzabile
1.25
3
Q (m /s)
1.50
1.00
pompaggio (85 giorni)
0.75
0.50
Qmu=329 l/s; Qm=364 l/s
0.25
0.00
0
30
60
90
120 150 180 210 240 270 300 330 360
Durata (giorni)
Lezione 1
Analisi dei consumi
• Classificati in base alle attività
– Consumo umano
– Industria
– Energia
– Agricoltura
• Classificati in base alla tipologia di risorsa
– Superficiale (fiumi e laghi)
– Sotterranea (acquiferi+sorgenti)
Lezione 1
Evoluzione dei consumi negli USA dal 1960 al 1990
Lezione 1
Derivazioni in provincia di Trento
limiti dei bacini idrografici
centri abitati
derivazioni
gallerie o condotte forzate
0
Lezione 1
10
20 Km
Tabella 1: tipologie e volumi di attingimento delle concessioni in atto nella provincia di Trento. La
seconda colonna indica se le captazioni interessano le risorse idriche superficiali, S oppure
quelle profonde, P.
Dati forniti dal Servizio Utilizzazioni delle Acque Pubbliche (dati SUAP)
Tipo di prelievo
Portata percentuale Volume di Volume di Numero di
media di
sulla
concessione concessioneconcessioni
concessione portata
(m3/anno) (mm/anno)1
(l/s)
totale
Idroelettrico > 3000 kWS
394525
82.795%12441740400
2004.5
41
Idroelettrico < 3000 kWS
48672
10.214% 1534920192
247.3
166
corso d'acqua
S
10043
2.108% 316716048
51.0
881
non specificato
8674
1.820% 273543264
44.1
362
Sorgente
P
5617
1.179% 177137712
28.5
1453
Roggia
S
2846
0.597%
89751456
14.5
93
Pozzo
P
2414
0.507%
76127904
12.3
145
Lago
S
1595
0.335%
50299920
8.1
20
opere esistenti
1053
0.221%
33207408
5.4
26
Canale
S
982
0.206%
30968352
5.0
14
Subalveo
P
49
0.010%
1545264
0.2
1
Drenaggio
P
36
0.008%
1135296
0.2
6
Totale
476506 100.000%15027093216
2421.0
3208
Dati estratti dal Rapporto Sullo Stato dell'Ambiente 1998 (dati RSSA)
Portata percentuale Volume di Volume di Numero di
media di
sulla
concessione concessioneconcessioni
concessione portata
(m3/anno) (mm/anno)2
(l/s)
totale
Tipo di prelievo
Idroelettrico > 3000 kWS
394525
71.733%12441740400
2004.5
41
Idroelettrico < 3000 kWS
63602
11.564% 2005752672
323.1
311
corso d'acqua
S
20911
3.802% 659449296
106.2
1483
non specificato
0
0.000%
0
0.0
0
Sorgente
P
7548
1.372% 238033728
38.3
2218
Roggia
S
4854
0.883% 153075744
24.7
142
Pozzo2
P
52045
9.463% 1641291120
264.4
5495
Lago
S
1533
0.279%
48344688
7.8
23
opere esistenti
905
0.165%
28540080
4.6
37
Canale
S
3985
0.725% 125670960
20.2
29
Subalveo
P
49
0.009%
1545264
0.2
1
Drenaggio
P
37
0.007%
1166832
0.2
7
Totale
549994 100.000%17344610784
2794.4
9787
1
Altezza della lama d’acqua di spessore costante su tutto il territorio della Provincia Autonoma di Trento corrispondente al volume di
annuo derivato. La superficie della provincia Autonoma di Trento è di 6206.88 km2 (L’Adige, 1996)
2
Volumi di utilizzo calcolati immaginando che il diritto a derivare sia di 12 mesi/anno
Lezione 1
Tipologia di captazione
corso d'acqua
Origine
S
non specificato
Totale portata di
concessione
(l/s)
% sulla
portata totale
Numero
di
concessio
ni
58715
71,6
1047
8674
10,6
362
Sorgente
P
5617
6,9
1453
Roggia
S
2846
3,5
93
Pozzo
P
2414
2,9
145
Lago
S
1595
1,9
20
1053
1,3
26
opere esistenti
Canale
S
982
1,2
14
Subalveo
P
49
0,1
1
Drenaggio
P
36
0,0
6
Lezione 1
1,70%
2,04%
Derivazioni superficiali
Derivazioni profonde
Altro
a)
10,85%
0,16%
96,26%
Derivazioni superficiali
Derivazioni profonde
Altro
b)
88,98%
Distribuzione delle tipologie d’attingimento; a) dati
SUAP, b) dati RSSA.
Lezione 1
Distribuzione percentuale del numero di concessioni
Lezione 1
0.7%
2.1%
3.6%
0.5%
10.2%
Idroelettrico >3000 kW
Idroelettrico < 3000 kW
Irriguo
Pescicoltura
consumo umano
2.28%
Altro (industriale ecc.)
2.02% 1.81%
10.60%
a)
82.9%
11.56%
Idroelettrico >3000 kW
Idroelettrico < 3000 kW
Irriguo
Pescicoltura
consumo umano
Altro (industriale ecc.)
b)
71.72%
Distribuzione delle tipologie di utilizzo dei volumi annuali di
concessione della Provincia Autonoma di Trento; a) dati SUAP,
b) dati RSSA.
Lezione 1
Distribuzione percentuale delle tipologie di prelievo (numero di
captazioni)
Lezione 1
Distribuzione percentuale delle tipologie di prelievo per
comprensorio (portata totale di concessione)
Lezione 1
Lezione 1
Lezione 1
Derivazioni a scopo idroelettrico
in provincia di Trento
centri abitati
pccole derivazioni
(impianti di potenza inferiore a 3.000 kW)
prelievo
(177)
prel. e rest. a breve distanza (36)
restituzione
(173)
collegamento fittizio
grandi derivazioni
(impianti di potenza superiore a 3.000 kW)
0
Lezione 1
10
20 Km
TIPOLOGIE DI CAPTAZIONE
ED UTILIZZO DELLE CONCESSIONI
NEL BACINO DELL'AVISIO
)
)
)
)
)
)
)
)
) )
)
%
%
)
))
%
)
)
MOENA
)
6
)
%
))
)) %
%
%
%
)
)
)
)))))
)
PREDAZZO
)
%
)
)
)
%
)
%
CAVALESE
)
%
%
)) )
)
)
)
)
66
%
)
)
∃
4∃
4
) )
))
)
)
)
%
%
)
∃
))
)
tipologia delle derivazioni
)
)% %
)4
))
%
) 4
)
)
%
)
44 %
∃∃
4
)
)%
)
6
4
666
)
%
da corso d'acqua (93)
non specificato
(2)
pozzi
(3)
sorgenti
(102)
utilizzo delle derivazioni
4
)
6
)
4
4
∃
44
)
)4
)4
4
)
4
4
4
4
)
)
4
%
)
4
∃
altri usi
) consumo umano
% idroelettrico ( <3.000 kW)
industriale per innevamento
4 irriguo
6 pescicoltura
∃ produzione e/o lavorazione indust.
%
%
)
)
(2)
(97)
(27)
(16)
(42)
(9)
(7)
)
4)
)
)444
4
4
4 4
4
4
4 )
4)
centri abitati
)
0
Lezione 1
5
10 Km
Lezione 1
Lezione 1
Tipo di uso
Idroelettrico
Consumo umano
Pescicoltura
Industriale per innevamento
Igienico e assimilati
irriguo
zootecnico
Totale
non utilizzato
Lezione 1
(mm) percentuale
285.4
50.07%
16.6
2.91%
7.7
1.35%
2.4
0.42%
1.2
0.21%
0.2
0.04%
0.1
0.02%
313.6
256.4
44.98%
Lezione 1
Lezione 1
Vd i Li
∑
i =1 LT
φ (T ) =
VT
n
Lezione 1
Lezione 1
Lezione 1
TIPOLOGIE DI CAPTAZIONE
ED UTILIZZO DELLE CONCESSIONI
NEL BACINO DELL'AVISIO
)
)
)
)
)
)
)
)
) )
)
%
%
)
))
%
)
)
MOENA
)
6
)
%
))
)) %
%
%
%
)
)
)
)))))
)
PREDAZZO
)
%
)
)
)
%
)
%
CAVALESE
)
%
%
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)
)
)
)
66
%
)
)
∃
4∃
4
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)
)
)
%
%
)
∃
))
)
tipologia delle derivazioni
)
)% %
)4
))
%
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)
)
%
)
44 %
∃∃
4
)
)%
)
6
4
666
)
%
da corso d'acqua (93)
non specificato
(2)
pozzi
(3)
sorgenti
(102)
4
)
6
)
4
4
∃
44
)
)4
)4
4
)
4
4
4
4
)
)
4
%
)
4
∃
altri usi
) consumo umano
4 irriguo
6 pescicoltura
%
%
)
)
(2)
(97)
(27)
(16)
(42)
(9)
(7)
)
4)
)
)444
4
4
4 4
4
4
4 )
4)
centri abitati
)
0
Lezione 1
5
10 Km
Lezione 1
CALCOLO DELL'INDICE
DI ALLONTAMENTO DALLA
CONDIZIONE NATURALE
PER IL CORSO SUPERIORE
DELL'AVISIO
%
6
)
%
%
%
%
%
SITUAZIONE SENZA RILASCI
MINIMI DAI SERBATOI
%
%
%
%
%
6
%
)
∃∃
%
%
6
%
6
∃
4∃
4
44 %
4
4
)
)% %
4
%
4
%
indice di allontamento
dalla condizione naturale
4
6
4
4
4
∃
)
4
4
44
4
4
44
4
4
4
0,8 - 1 (16)
0,6 - 0,8 (30)
0,4 - 0,6 (2)
0,2 - 0,4 (7)
0 - 0,2 (5)
4
4
4
4
∃
%
altri usi
(2)
) consumo umano
(7)
(22)
(13)
4 irriguo
(34)
6 pescicoltura
(5)
(6)
)
0
Lezione 1
5
10 Km
CALCOLO DELL'INDICE
DI ALLONTAMENTO DALLA
CONDIZIONE NATURALE
PER IL CORSO SUPERIORE
DELL'AVISIO
%
6
)
%
%
%
%
%
SITUAZIONE CON RILASCI
MINIMI DAI SERBATOI
%
%
%
%
%
6
%
)
∃∃
%
%
6
%
6
∃
4∃
4
44 %
4
4
)
) %
%
4
%
4
%
indice di allontamento
dalla condizione naturale
4
6
4
4
4
∃
)
4
4
44
4
4
44
4
4
4
0,8 - 1 (44)
0,6 - 0,8 (10)
0,4 - 0,6 (3)
0,2 - 0,4 (0)
0 - 0,2 (3)
4
4
4
4
∃
%
altri usi
(2)
) consumo umano
(7)
(22)
(13)
4 irriguo
(34)
6 pescicoltura
(5)
(6)
)
0
Lezione 1
5
10 Km
LE ACQUE SOTTERRANEE
• Valutazioni condotte a scala di bacino
• Valutazioni condotte a scala locale
Bilanci di quantità e qualità
• Tutela delle acque sotterranee
• Bonifica dei siti contaminati
Lezione 1
• Catasto delle captazioni e controllo del
rispetto delle concessioni (volume medio
estratto)
• Monitoraggio dei livelli di falda nelle
zone critiche
• Studio del comportamento idrodinamico
degli acquiferi (caratterizzazione;
ricarica, condizioni al contorno)
• Esecuzione di bilanci idrologici
Lezione 1
Modelli Matematici +
indagini di campo
La costruzione dei modelli matematici
Modelli di flusso
Modelli di trasporto
Lezione 1
A. Parametri fisici
1.
2.
3.
Mappe geologiche del sito (identificazione dei contorni)
Cartografia per l’individuazione dei corpi idrici superficiali
stratigrafie
B. Parametri Idrologici
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Lezione 1
Superficie freatica o potenziometrica
Variazione nel tempo della superficie freatica e delle
portate in ingresso attraverso i contorni (ricarica)
Distribuzione della conducibilità idraulica
Distribuzione delle proprietà di immagazzinamento
(storatività porosità efficace)
Stime della conducibilità idraulica dellalveo dei corsi
d’acqua
Distribuzione spaziale e temporale dell’evaporazione,
la ricarica, le portate estratte attraverso i pozzi
Modelli di trasporto
• Delineazione delle zone contaminate
• Progetto e verifica dei sistemi di bonifica
• Analisi di rischio (DM 25 ottobre 1999, n. 471)
Validazione del modello
Lezione 1

CORSO DI GESTIONE DELLE RISORSE IDRICHE Lezione 1: Il

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