Impianti di irrigazione

Progettazione e gestione degli impianti di irrigazione

Sistema irriguo

Insieme di opere, sistemazioni del terreno, impianti, metodi e decisioni gestionali finalizzati alla consegna dell'acqua irrigua ai suoli agrari.

Pianificazione e gestione

Pianificazione: l'allocazione delle opere e degli impianti deve essere pianificata tenendo conto dei diversi usi a cui l'acqua è soggetta in un territorio e alle caratteristiche del territorio stesso (la maggior parte delle volte è preesistente ma questo vuol dire che qualcuno l'ha progettato in passato).

Gestione: le opere e gli impianti devono essere gestiti nel tempo.

Componenti

• Opere di presa: insieme di infrastrutture che riescono a "prendere" una determinata quantità di acqua che poi verrà destinata tramite altre strutture. L'acqua può essere presa da acque superficiali o da acque sotterranee (comprende una bocca di presa + infrastrutture per "derivare" ovvero ottenere acqua), spesso funzionano a gravità, altrimenti si utilizzano stazioni di pompaggio.
  • Opere di presa da acque superficiali fluenti:
    • Traverse: fisse o mobili (migliore), che innalza la quota del pelo libero in modo da consentire la derivazione anche in periodi di magra. Quella mobile è migliore perché durante i periodi di piena può essere spostata visto che in periodi di forte piena ci possono essere anche corpi solidi che potrebbero bloccare rischio esondazione.
    • Opere di derivazione: Bocca di presa = immette acqua in un bacino di calma (velocità flusso più lenta) deposizione materiale trasportato con granulometria alta (poi ci sono dei punti per pulire il fondo es. sghiaiatore e desabbiatore) + sfioratori e scaricatori = servono quando c'è troppa acqua e la fanno tornare al fiume dal bacino di calma per avere una portata costante.
    • A seconda della condizione gli elementi possono essere tutti presenti o assenti (ad esclusione della bocca di presa).
    • Pompaggio = se l'acqua si trova ad un livello inferiore si realizza un pozzetto con una luce che consente l'ingresso dell'acqua, essa è posta molto in basso per avere acqua anche in periodi di magra.
  • Opere di presa da invasi artificiali o naturali:
    • Invasi artificiali o naturali = si possono realizzare ex novo se è necessario immagazzinare acqua perché è presente nel periodo dell'anno sbagliato o problematiche simili.
    • Serbatoi stagionali = invasi superficiali.
    • Invaso naturale = lago o sorgenti sotterranee.
    • Anche queste possono essere a pelo libero o in pressione se prelevo l'acqua dal basso.
  • Opere di presa da acque sotterranee:
    • Pozzi = intercettano la falda freatica o più profondamente delle falde in pressione. Normalmente si intercetta la prima in quanto è più facile da raggiungere soprattutto per l'irrigazione. La seconda è di maggiore qualità in quanto è più protetta, quindi è migliore per situazioni più particolari (es. per acque domestiche).
  • Opere di presa da fonti non convenzionali:
    • Acque marine dopo opportuna desalinizzazione.
    • Acque di scarico civile o di industrie agro-alimentari dopo opportuno trattamento di depurazione.
    • Acque di scarico di centrali termoelettriche o idroelettriche (in questo caso si parla di "uso plurimo" delle acque nel territorio agricolo non di fonti non convenzionali).
• Reti di adduzione (o di trasporto) che possono essere a gravità o in pressione.
  • I canali possono essere rivestiti o non rivestiti, naturalmente l'efficienza di trasporto è massima per canali rivestiti ma con falde elevate la percolazione dei canali in terra si riduce fino a quasi sparire.
  • I tubi sono in pressione (ghisa e acciaio).
  • Bocchette e idranti = punto di passaggio ai privati.
• Reti di distribuzione, anche queste possono essere a gravità o in pressione.
  • Quelle in pressione spesso in PVC e polietilene.
  • Da qui finisce la gestione da parte di un ente e inizia quella di gestione aziendale ovvero consorzi irrigui o di bonifica.
  • L'agricoltore paga una tariffa per l'acqua, ovvero il servizio di trasporto dell'acqua non l'acqua in sé, nello specifico paga per avere una certa portata per un certo periodo scritto su un contratto.
• Rete di adduzione:
  • Canale adduttore (o condotta adduttrice) = prende acqua dall'opera di presa, il nome canale è legato a reti a pelo libero, condotta per reti tubate.
  • Dal canale adduttore partono i canali ripartitori, anche chiamati canali secondari che si ramificano in canali terziari, ecc.
  • Gli ultimi vengono chiamati dispensatori e sono gli ultimi gestiti dall'ente collettivo, infatti da loro parte una bocchetta o idrante aziendale che segna il passaggio alla gestione aziendale (paratoia che apre e chiude).
• Rete di distribuzione:
  • Dispensatore distributore aziendale adacquatore, ovvero il canale in testa o ogni singolo campo che va irrigato.
  • L'adacquatore del metodo tradizionale (es. scorrimento) viene sostituito dalla condotta di testata negli altri metodi, dall'adacquatore possono infatti partire le ali gocciolanti.
  • L'agricoltore deve chiedere una concessione di sollevamento dal canale.
• Metodi irrigui: li vedremo in seguito in quanto sono il vero oggetto del corso, si dividono in:
  • A gravità
    • Sommersione
    • Scorrimento
    • Solchi
  • In pressione
    • Aspersione
    • Microirrigazione
• Rete di drenaggio: complesso di opere tipiche dell'ingegneria idraulica realizzate con il fine di raccogliere, convogliare e smaltire le acque meteoriche (cioè dovute alle precipitazioni) e le acque da eccesso irriguo, divisa in:
  • Scolo naturale il quale funziona per gravità o scolo meccanico.
  • Raramente è fortemente necessario, di solito è scolo temporaneo, ma in alcuni paesi il problema esiste.
  • Ai piedi del campo l'acqua viene raccolta e poi allontanata (la rete che porta l'acqua e quella che la porta via possono essere promiscui ovvero lo stesso canale fa entrambe le cose).

Metodi irrigui

Ovvero come l'acqua viene distribuita in campo. Raggruppati in due categorie:

• Gravitazionali: non è necessario mettere l'acqua in pressione, l'acqua si muove per azione della forza di gravità in solchi e sulla superficie del terreno in leggera pendenza; l'acqua è a pressione atmosferica; vi è la necessità di "sistemazioni".
• In pressione: l'acqua si muove in reti di condotte in pressione fino alla sua fuoriuscita da "erogatori". Per la sua distribuzione ho dunque bisogno di "impianti".

Bisogna stare attenti a non voler per forza convertire tutto in metodi in pressione, in alcuni casi non ha senso.

Gravitazionali

Irrigazione per sommersione

Sono i metodi più antichi e ancora i più utilizzati nel mondo (necessità di manodopera, ma di poche e semplici attrezzature).

• Sistemazione a scomparti (sommersione continua): consiste nella suddivisione del terreno in scomparti (generalmente quadrati o rettangolari, se la topografia lo consente, altrimenti seguono le curve di livello), ampi fino a qualche ha, delimitati da piccoli arginelli di terra. L'acqua proveniente dal canale adacquatore passa di scomparto in scomparto attraverso le bocchette aperte negli arginelli, permanendo sul terreno con una lama di acqua dello spessore di 5-10 cm. Utilizzata per il riso.

Caldana = per scaldare l'acqua visto che il riso teme gli shock termici.

• Sistemazione a conche: utilizzata per l'irrigazione degli arboreti.

Scorrimento

• Scorrimento ad ala semplice: consiste nella suddivisione del terreno in appezzamenti rettangolari larghi 10, 15 m e lunghi 50, 60 m, con una pendenza trasversale dell'1-10%. L'acqua tracima lungo il canale adacquatore posto sul colmo dell'ala, mentre l'eccesso irriguo si raccoglie in un colatore laterale.
• Scorrimento ad ala doppia: l'adacquatrice di colmo serve in questo caso contemporaneamente due ali a pendenze contrapposte, mentre le scoline ricevono gli sgrondi di ali contigue. Pendenze e dimensioni sono analoghe a quelle dell'ala semplice.
• Scorrimento su spianata: l'acqua invade le parcelle provenendo da una o più bocchette aperte sulla testata a monte, mentre gli eventuali eccessi idrici vengono fatti scolare tramite un colatore aperto sulla testata a valle. La separazione tra spianate contigue è realizzata con piccoli arginelli in terra.
• Scorrimento su campoletto: rispetto al sistema a spianata esiste un'adacquatrice di testata e due laterali ortogonali ad essa. Meno usato della spianata per la maggiore manutenzione richiesta.

Infiltrazione laterale

• Sistemazione a solchi: il terreno viene suddiviso in strisce larghe da poche decine di centimetri ad alcuni metri (in funzione del tipo di terreno e della coltura). Esse ricevono l'acqua per infiltrazione dai solchi (o fossi) adacquatori laterali la cui lunghezza assume talvolta notevoli valori (150, 200 m). Serve comunque una certa pendenza.

Pregi e limiti dei metodi a scorrimento-infiltrazione

Pregi

• Sistemi semplici, richiedono attrezzature comunemente disponibili in azienda e una limitata conoscenza delle leggi idrauliche e dei processi fisici.
• Rapida distribuzione dell'acqua, specie su terreni di medio impasto.
• Insensibilità al vento.

Limiti

• Necessità di sistemazione degli appezzamenti.
• Manutenzione canali aziendali (distributori, adacquatrici, coline).
• Poco adatti a terreni molto argillosi o molto sabbiosi.
• Necessari volumi d'acqua e portate elevati.
• Bassa "efficienza d'adacquamento" (ruscellamento, percolazione).
• Bassa "uniformità di distribuzione".
• Maggior volume d'acqua ricevuto dai settori a monte rispetto a quelli più lontani dal canale adacquatore (percolazione).

A parità di coltura e di tipo di sistemazione, la differenza quantitativa nei volumi ricevuti a monte e a valle delle parcelle è funzione delle caratteristiche idrologiche del suolo e dalla portata immessa nell'appezzamento. È pertanto da tali fattori che dipende l'uniformità di distribuzione dell'acqua e l'ammontare delle perdite (efficienza irrigua).

Per ovviare alle perdite:

• Razionale dimensionamento della parcella irrigua (o del solco) e del volume e del tempo di somministrazione.
• Adozione di altri metodi irrigui che consentano un più accurato dosaggio dell'acqua distribuita (ad es. aspersione).

In conclusione: c'è spazio di manovra per migliorare i metodi gravitazionali ma la maggior parte delle volte si passa ai metodi in pressione.

In pressione

Portano ad un aumento dell'"efficienza irrigua", fondamentale in aree caratterizzate da scarsità idrica. Enormi progressi negli ultimi decenni. Oggi è disponibile una vasta gamma di attrezzature, metodi per l'automazione, apparecchi di misura e controllo. L'aumento dell'efficienza irrigua, tuttavia, dipende anche dalla qualità della progettazione, della manutenzione e della gestione degli impianti.

Irrigazione per aspersione

L'aspersione consiste nel somministrare acqua attraverso dispositivi erogatori chiamati irrigatori. Gli irrigatori sono collegati ad una rete di condotte in pressione, i cui rami terminali, quelli che alimentano gli irrigatori, prendono il nome di ali piovane negli impianti statici. La vasta gamma di impianti esistente rende l'irrigazione per aspersione adottabile nelle più svariate condizioni topografiche, di tipo di suolo e copertura vegetale. Sono meno necessarie le sistemazioni.

L'irrigazione per aspersione, inoltre, si presta a raggiungere obiettivi multipli (irrigazione dilavante = contro la salinizzazione, presemina, pre-trapianto, antibrina, fertirrigazione).

Pregi

• Riproduzione delle condizioni più naturali di adacquamento ("irrigazione a pioggia").
• Scarsa necessità di sistemazione degli appezzamenti.
• Volumi d'acqua contenuti: da 1/2 a 1/3 di quelli utilizzati per lo scorrimento.
• Possibilità di adottare irrigazione polivalente (fertirrigazione, trattamenti, ecc.).
• Possibilità di attuare l'automazione degli impianti (sia nel caso di impianti statici che mobili).

Limiti

• Necessità di acqua con energia di posizione o di pressione, per l'esercizio degli irrigatori.
• Forti perdite per evaporazione al getto, specie in presenza di vento.
• Disuniformità di irrigazione al punto di non poter irrigare, ovvero dover sospendere l'esercizio in certi periodi, in condizioni di eccessivo vento.
• Erosione superficiale dovuta all'impatto delle gocce, soprattutto quando le gocce hanno grosse dimensioni ed i suoli hanno struttura labile.
• Possibili danni alle colture caratterizzate da un apparato epigeo delicato, soprattutto quando le gocce hanno grosse dimensioni.
• Maggiori costi rispetto ai metodi gravitazionali.
• Necessità di conoscenze non solo per la progettazione, ma anche per la gestione e la manutenzione degli impianti.

Irrigatori

Irrigatori statici: bagnano contemporaneamente un'area circolare (o settore di cerchio) di varia dimensione. Gli irrigatori statici irrigano aree di superficie più contenuta rispetto ai dinamici, il loro campo di applicazione preferenziale è il verde pubblico o privato.

Irrigatori dinamici (o rotanti): bagnano l'area circolare di loro pertinenza attraverso un getto in movimento che fuoriesce dalla testina/ugello. Sono costituiti da un tubo di lancio inclinato sul piano orizzontale e munito a valle di un ugello, da cui l'acqua fuoriesce con notevole velocità. In relazione al meccanismo di movimento si distinguono: irrigatori a percussione (rotazione determinata dall'impatto del getto dell'acqua su un battente) e irrigatori a turbina (rotazione della testa dell'irrigatore provocata dal passaggio dell'acqua in una piccola turbina). La rotazione è di norma completa (360°) ma può essere a settore di cerchio (180°, 90°, ecc.).

Il getto può avere varie inclinazioni sul piano orizzontale (da 4-7° per gli irrigatori sottochioma fino a 32° per quelli soprachioma) e viene franto da un apposito dispositivo frangigetto. Caratteristiche principali di un irrigatore sono:

• Pressione di esercizio P, in bar (o carico di esercizio H, in m).
• Diametro dell'ugello d, in mm. L'ugello (o boccaglio), è montato sulla parte terminale del tubo di lancio mediante un innesto a vite, in modo da consentire l'impiego di ugelli con sezioni diverse in uno stesso tipo d'irrigatore. La dimensione è riferita alla sezione d'uscita dell'acqua: il diametro della sezione varia da qualche mm ad alcune decine di mm.

Nella tubazione d'alimentazione dell'irrigatore la velocità dell'acqua è modesta (pochi m s^-1), mentre diventa elevatissima (dell'ordine delle decine di m s^-1) all'uscita dall'ugello. Ciò è determinato dalla progressiva riduzione della sezione idrica che comincia nel tubo di lancio e si completa nell'ugello. La resistenza dell'aria e l'interferenza di dispositivi frangigetto determinano poi la suddivisione del getto in gocce con traiettorie diverse, le quali bagnano un'area circolare o a settore di cerchio.

Da queste caratteristiche (P o H, d) derivano:

• La portata q (l s^-1).
• La gittata R (m) dell'irrigatore (gittata R = massima distanza efficace raggiunta dal getto, i.e. raggio del cerchio bagnato).
• L'intensità media di pioggia Ip (mm h^-1) e di conseguenza il diagramma del piovuto teorico. Ip dipende da q e dall'interdistanza degli irrigatori in campo; affinché siano ridotte al minimo le perdite per deflusso superficiale e il ristagno Ip dev'essere sempre inferiore alla velocità di infiltrazione dell'acqua nel suolo F. Il diagramma del piovuto è la rappresentazione grafica della distribuzione di Ip (o dell'altezza hp) in funzione della distanza dall'irrigatore.
• La dimensione delle gocce, da essa dipende l'energia cinetica della goccia (^1/2 mv²). Viene espressa attraverso il grado di polverizzazione gp (= H/d, con H in m e d in mm); gocce fini gp > 3, medie gp = 2-3, grosse gp < 2. In suoli con elevato contenuto di particelle fini (limo e argilla) e/o per colture con apparato epigeo delicato o pregiato, si consigliano gocce fini o medie (che però portano a > perdite per evaporazione).

Diagramma del piovuto teorico: dipende da q e dalla posizione degli irrigatori in campo.

Diagramma del piovuto reale: dipende anche dalla ventosità, dalla posizione delle chiome, ecc. Dalla sua forma dipende l'effettiva uniformità di distribuzione.

Gli irrigatori si classificano sulla base di P (o H). In corrispondenza di questa, con i normali ugelli, si possono immediatamente avere idee sui valori di R, q e di conseguenza Ip.

Tipi di impianto statico

Gli impianti statici possono essere classificati in: ad ali fisse, stanziali, mobili sulla base della stabilità delle attrezzature.

Impianti statici ad ali fisse: di norma le condotte di distribuzione dell'acqua sono fisse ed interrate ed alimentano condotte di testata.