Appunti Fondamenti di idrologia e approvvigionamento idrico - parte 1

Lezione di recupero idraulica pt. 1 e pt. 2 su unistudium

Lezione 29/02: sostenibilità nella gestione delle risorse idriche

La sostenibilità dello sfruttamento delle risorse idriche è oggi un tema di attualità in considerazione del crescente verificarsi di scarsità d'acqua, che è definita come la mancanza di sufficienti risorse di acqua dolce disponibili per soddisfare la domanda di acqua.

La scarsità d'acqua è stata elencata nel 2015 dal World Economic Forum come il più grande rischio globale in termini di potenziale impatto nel prossimo futuro.

La sostenibilità nel contesto della gestione delle risorse idriche è la proprietà dei sistemi delle risorse idriche di rimanere funzionali a lungo termine (riferito alla pluralità globale dei sistemi di risorse idriche).

È necessaria l'adozione di una prospettiva globale, ma ovviamente la gestione locale rimane il pezzo fondamentale per costruire l'intero puzzle. Per raggiungere l'obiettivo è necessario che la progettazione locale tenga conto:

• Le risorse idriche non hanno confine, questo può portare a dei contrasti, ad esempio, la collocazione delle dighe artificiali costruite nel nostro territorio (può essere un problema dove l’acqua scarseggia).
• L’agricoltura consuma più acqua rispetto a tutti gli altri settori. Il settore, quindi, non può non occuparsi di questo aspetto (di questo problema).

L'importanza dell'acqua per la vita e quindi per la società umana è ben nota.

La distribuzione dell'acqua nello spazio e nel tempo è estremamente importante per garantire l'acqua alla popolazione umana.

Ancora più importanti per l'uso umano sono i flussi d'acqua tra i volumi d'acqua immagazzinati nella crosta terrestre e nell'atmosfera.

Sebbene gran parte dell'acqua sia in continuo movimento, si potrebbe idealmente fare un'immagine istantanea della distribuzione dell'acqua nel sistema terrestre ottenendo quindi i seguenti numeri approssimativi.

L’acqua non è perfettamente distribuita sulla superficie terrestre (distribuita in maniera diversa sia nel tempo che nello spazio).

L'acqua copre circa il 71% della superficie terrestre.

• Circa il 96,5% dell'acqua della crosta del pianeta si trova nei mari e negli oceani, circa l'1,7% nelle acque sotterranee.
• Circa l'1,7% nei ghiacciai e nelle calotte polari dell'Antartide e della Groenlandia.

Una piccola frazione di acqua è contenuta in altri grandi corpi idrici.

• Circa lo 0,001% nell'aria sotto forma di vapore, nuvole (formate da ghiaccio e acqua liquida sospese nell'aria) e precipitazioni.
• Circa il 2,5% dell'acqua è dolce e il 98,8% di quell'acqua è nel ghiaccio (tranne il ghiaccio nelle nuvole) e nelle acque sotterranee. Meno dello 0,3% di tutta l'acqua dolce si trova nei fiumi, nei laghi e nell'atmosfera e una quantità ancora minore di acqua dolce della Terra (0,003%) è contenuta all'interno di corpi biologici e prodotti fabbricati.

Una maggiore quantità di acqua si trova all'interno della terra.

Il problema è proprio la variabilità spazio-temporale della risorsa idrica.

A queste questioni si aggiunge il fatto che poi su slide ci sono tutta una serie di grafici che ci indicano la variabilità della distribuzione della risorsa idrica. (Questo mostra un’attenzione all’argomento e tutti questi studi partono dalla conoscenza dei fenomeni e quindi dalla conoscenza dei vari parametri necessari, i dati sono importanti per comprendere il fenomeno e trarre conclusioni).

Questo grafico mostra la variabilità spaziale e temporale.

Variabilità delle risorse idriche e scarsità d'acqua

Sebbene in linea di principio ci sia abbastanza acqua dolce per soddisfare i bisogni umani, l'umanità deve affrontare la sfida che l'acqua è distribuita in modo non uniforme nello spazio e nel tempo, e che l'acqua è difficile da trasferire sia nello spazio che nel tempo.

Variabilità temporale

La disuniforme distribuzione temporale è principalmente causata dalla stagionalità, che colpisce le acque superficiali più delle acque marine, che ha una risposta più lenta all'input delle precipitazioni. La variabilità temporale è dettata dai comportamenti climatici.

La stagionalità delle risorse idriche superficiali è quindi estremamente importante per la gestione delle risorse idriche.

Questo è il motivo per cui viene spesso quantificata, attraverso un quadro della portata media mensile del fiume, quando si descrive un bacino idrografico per le sue implicazioni nella gestione dell'acqua. Il bacino idrografico sarà discusso ulteriormente in una lezione successiva.

Variabilità spaziale

La disuniforme distribuzione spaziale è principalmente causata dalle caratteristiche climatiche dell’area.

L’uomo si è attrezzato nel tempo per sopperire alla variabilità temporale.

La variabilità temporale è tradizionalmente compensata dallo stoccaggio dell'acqua in laghi/laghetti artificiali, vasche di accumulo.

La variabilità spaziale è più complicata da gestire (in questo caso si fa con le infrastrutture, c’è anche la possibilità di potenziare le strutture locali).

La variabilità spaziale può essere compensata attraverso il trasferimento dell'acqua, tramite canali di bonifica, acquedotti che è tuttavia complicato quando entrano in gioco volumi rilevanti, come ad esempio quando si trasferisce l'acqua per l'irrigazione.

Affrontare la variabilità nello spazio e nel tempo delle risorse idriche è stato tradizionalmente uno degli sforzi umani più impegnativi. Negli ultimi tempi la complessità del problema è aumentata per l'aumento della domanda di acqua e per l'impatto del cambiamento climatico.

In generale, le soluzioni alla scarsità d'acqua possono essere classificate in tre categorie principali:

• Soluzioni volte ad aumentare l'approvvigionamento idrico.
• Soluzioni progettate per diminuire la domanda di acqua.
• Soluzioni volte a ridurre i rischi derivanti da condizioni di eventi idrologici estremi.

https://www.youtube.com/watch?v=KSgyaO-URbE&t=22s

Aumentare l'approvvigionamento idrico

Storicamente, la soluzione all'aumento della scarsità d'acqua era aumentare l'approvvigionamento.

Gli antichi romani, ad esempio, utilizzavano enormi reti di acquedotti per spostare l'acqua per centinaia di miglia dalle aree di abbondanza, di solito in alto sulle montagne, alle loro città. Il Canale di Ismailia, costruito lungo il Canale di Suez, fu costruito nel 1863 per portare l'acqua dolce dal Lago Timsah alla città di Suez.

Laddove fosse necessaria una compensazione della variabilità temporale, furono costruiti serbatoi per accumulare acqua quando abbondante per renderla disponibile per la stagione secca.

Quando la domanda di energia è aumentata, questi serbatoi sono stati utilizzati anche per generare energia idroelettrica. In alcuni paesi vengono utilizzati per mitigare il rischio di alluvione, cosicché si è diffuso un utilizzo multiplo di bacini idrici.

In Europa e negli Stati Uniti i bacini idrici sono stati ampiamente costruiti nel secolo scorso. Oggi, vengono costruiti bacini idrici di grandi dimensioni nelle regioni in cui le condizioni sociali e ambientali del passato hanno scoraggiato l'uso di bacini idrici.

L'elenco delle più grandi dighe del mondo è disponibile qui.

La dimensione del serbatoio necessaria per compensare completamente la distribuzione dell’acqua nel tempo aumenta con l'aumentare della variabilità temporale delle portate fluviali.

Oggi, tuttavia, sono già state prese in considerazione le posizioni più interessanti per gli invasi. Pertanto, anche se utilizziamo solo una piccola parte dell'acqua dolce disponibile sul pianeta, le aree in cui si ha abbondanza di risorsa non ancora sfruttata tendono ad essere molto lontane o inaccessibili dalle regioni in cui invece si ha scarsità di acqua. Inoltre, l'avvento della politica verde scoraggia l'uso di bacini idrici per risolvere i problemi di scarsità d'acqua.

Tuttavia, le tecnologie avanzate offrono opportunità per l'espansione dell'approvvigionamento idrico e il recupero delle risorse idriche in alcune regioni.

Una di queste opportunità, in particolare per le grandi città, è il riciclo delle acque reflue. In effetti, i principi dell'economia circolare suggeriscono l'opportunità di considerare l'opzione della gestione circolare delle risorse idriche, il che significa che l'acqua dovrebbe essere riciclata dopo ogni utilizzo. Secondo questi concetti, è stata recentemente proposta l'idea di edifici autonomi. Questi edifici sono attrezzati per il riciclo delle acque reflue e per la raccolta dell'acqua piovana.

Gli impianti di riciclo delle acque reflue presentano in genere due principali inconvenienti: tendono ad essere estremamente ad alta intensità energetica e generano anche un sottoprodotto, noto come fango, che è difficile da smaltire in modo sicuro per l'ambiente. Le recenti tecnologie, tuttavia, mostrano la promessa di alleviare notevolmente questi problemi, rendendo il riciclo delle acque reflue una prospettiva molto più praticabile per affrontare la scarsità d'acqua.

Di grande interesse è la tecnica della fitodepurazione e consiste in un sistema di depurazione naturale delle acque reflue domestiche, agricole e talvolta industriali, che riproduce il principio di autodepurazione tipico degli ambienti acquatici e delle zone umide.

https://www.youtube.com/watch?v=MhiUc_0F-ck

Un altro mezzo per aumentare l'approvvigionamento idrico è la desalinizzazione. La desalinizzazione ha il potenziale per creare una fonte virtualmente illimitata di acqua pulita e resistente alla siccità nelle zone costiere. La desalinizzazione attualmente non è conveniente in molti paesi. Sebbene ci siano variazioni significative, la desalinizzazione richiede tipicamente fino a 23 volte più energia dell'acqua prelevata da fonti superficiali come laghi e torrenti e questo si traduce in costi più elevati. In media l'acqua desalinizzata costa circa 4-5 volte di più dell'acqua di superficie trattata (vedi Figura 9). Tuttavia, il costo della desalinizzazione, sia in termini finanziari che in termini di fabbisogno energetico, è diminuito drasticamente negli ultimi dieci anni e, con l'avanzare della tecnologia delle energie rinnovabili, questi costi potrebbero continuare a diminuire (Banca mondiale, 2016). La desalinizzazione può avere un potenziale interessante, ma è necessario affrontare gli impatti economici ed ecologici della salamoia, il sottoprodotto della desalinizzazione e l'impatto dell'assunzione di acqua sulla pesca e sull'ambiente acquatico.

Altre tecniche di approvvigionamento idrico si basano sul principio della cattura dell’acqua o del vapore atmosferico.

Il lato negativo di garantire più acqua è l'aumento della domanda di acqua.

Un esempio è la regione Emilia-Romagna, in Italia, dove la maggiore disponibilità di acqua ha spinto gli agricoltori a optare per colture che richiedono acqua, che si sono rivelate più convenienti in termini di reddito.

La maggiore disponibilità di acqua per l'agricoltura è stata la causa del disastro del lago Aral. Pertanto, l'aumento dell'approvvigionamento idrico dovrebbe essere integrato anche con strategie di controllo e regolazione della domanda.

In agricoltura le tecniche di irrigazione di precisione e di gestione efficiente dell’irrigazione associate a moderne tecniche di irrigazione permettono l’aumento dell’efficienza irrigua e una riduzione delle perdite e dei consumi.

Controllo e regolazione della domanda di acqua

La domanda di acqua è un motore fondamentale del bilancio idrico e della scarsità d'acqua.

Il miglioramento della gestione delle risorse idriche richiede una migliore comprensione della domanda di acqua, delle perdite d'acqua e delle tecniche per migliorare l'efficienza dell'allocazione dell'acqua.

Le perdite idriche hanno ancora un impatto significativo sui sistemi delle risorse idriche, originando quindi il flusso d'acqua non commerciale.

L'acqua non redditizia è l'acqua che è stata prodotta e viene persa prima di raggiungere il cliente. Nell'irrigazione, le perdite d'acqua sono all'incirca dello stesso ordine di grandezza dell'acqua erogata nel campo. Nei sistemi di distribuzione idrica per uso civile le perdite