15/02/2008 TECNOLOGIE PER L ACQUACOLTURA PROF. MASSIMO LAZZARI. L approvvigionamento idrico

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1 Scuola di specializzazione in: Allevamento, igiene, patologia delle specie acquatiche e controllo dei prodotti derivati TECNOLOGIE PER L ACQUACOLTURA L approvvigionamento idrico Le sorgenti Emungimento delle acque profonde, pozzi Approvvigionamento da acque superficiali, fiumi e laghi Le prese a mare PROF. MASSIMO LAZZARI Anno accademico Sorgenti e pozzi hanno maggiore importanza per l approvvigionamento delle acque ad uso potabile. Acque superficiali e prese a mare, invece, hanno maggiore importanza per l approvvigionamento delle acque per l acquacoltura. Sorgenti La sorgente o plaga sorgentizia è un punto o una zona più o meno ristretta della superficie terrestre dalla quale l acqua di falda sotterranea (freatica o artesiana) scaturisce per cause naturali. Le sorgenti possono essere classificate seguendo diversi criteri: - variabilità della portata (costanti, subvariabili, variabili) - temperatura (normali, ipo-, meso- o iper-termali) - contenuto salino (normali, oligo-, medio- o minerali) Sorgenti per limite di permeabilità: le acque sotterranee scorrono su uno strato impermeabile e quando questo viene a giorno, scaturiscono. Tuttavia, di maggiore importanza è la classificazione su base idrogeologica che prevede le seguenti categorie: - sorgenti per limite di permeabilità - sorgenti di trabocco per sbarramento - sorgenti di emergenza Sorgenti di trabocco per sbarramento: le acque sotterranee sono costrette a traboccare sopra una soglia formata dalla roccia impermeabile Sorgenti di emergenza: L erosione deprime gradualmente la superficie topografica fino ad intersecare la superficie piezometrica, determinando lo scaturire dell acqua. Caratteristiche qualitative delle sorgenti Per quanto attiene i caratteri qualitativi delle acque si effettuano campionamenti periodici (la cui frequenza dipende dall'importanza della sorgente e dalla sua utilizzazione) e si eseguono misure dei parametri chimico-fisici, quali: temperatura, salinità, ph, Cationi: Ca, Mg, Na, K, Anioni: Cl, Solfati, Bicarbonati, Nitrati analisi batteriologiche. In questa maniera si ha la tipizzazione della sorgente (termale, termominerale, ecc.) e si verifica l'idoneità per l'utilizzazione prevista (uso agricolo, industriale, potabile). 1

2 Caratteristiche quantitative Contemporaneamente alla qualitativa va fatta la valutazione quantitativa: A. portata minima, portata massima e portata media, B. valutazione degli apporti meteorici, C. stima delle riserve idriche. Portata minima, massima e media Per determinare le portate è necessario un dettagliato studio idrogeologico di base sull'assetto lito-stratigrafico e strutturale dell'area in esame, con particolare riferimento ai caratteri di permeabilità. La zona di trasferimento di un acquifero viene descritta con un modello a blocchi e condotti. Nei blocchi l'acqua scorre lentamente, attraverso microfratture e resta facilmente immagazzinata. Nei condotti l'acqua scorre velocemente e non resta immagazzinata se non quando sono allagati. A seconda del regime, di piena o di magra si ha un travaso fra condotti e blocchi o viceversa. Nei periodi di piena l'acqua diffonde dai condotti nelle fratture. Nei periodi di magra l'acqua viene rilasciata dalle fratture verso i condotti. La portata delle sorgenti e` condizionata dalla relativa importanza dei blocchi e dei condotti. In un acquifero omogeneo l'apporto dei condotti e` trascurabile. In tal caso il rapporto fra portata massima e minima ha valore inferiore a 50. L'acqua scorre lentamente e in periodo di piena l'acqua che esce dalla risorgenza e` quella che stazionava gia` all'interno del''acquifero. In un acquifero parzialmente omogeneo i contributi di blocchi e condotti sono equiparabili e il rapporto fra portata massima e minima varia fra 50 e 150. Negli acquiferi inomogenei il contributo dei blocchi e` irrilevante e il rapporto fra portata massima e minima supera il valore 150. Valutazione degli apporti meteorici In secondo luogo, si individua il bacino idrogeologico di alimentazione della sorgente. Quindi si valutano i volumi delle acque alimentanti il suddetto bacino mediante l'installazione di stazioni meteorologiche a misurazione continua, oppure mediante l'analisi dei dati sulle precipitazioni relative alle stazioni del Servizio Idrografico eventualmente già esistenti nel bacino stesso. Stima delle riserve idriche Diagrammando i dati ottenuti con in ascisse il tempo in giorni e in ordinate le portate si ottengono le cosiddette curve di esaurimento della sorgente. ln Q (m 3 /sec) Q max Q min Coefficiente di immagazzinamento: t W = Q max /a Curva di esaurimento: dove: Q t = Q max. e -at Ripetendo la misura del coefficiente di immagazzinamento per più anni consecutivi è possibile stimare in maniera piuttosto precisa le riserve idriche a disposizione e progettare di conseguenza le opere di presa dalla sorgente. a = coefficiente di esaurimento della sorgente Le opere di presa dalle sorgenti Consistono in un manufatto che raggiunge la sorgente geologica, la quale solitamente è mascherata o coperta da accumuli detritici. L opera di presa in genere è costituita da: - una parte drenante, - una di sedimentazione, - una di accumulo. Esempio di opera di presa diretta - bottino di presa -, che si inserisce direttamente nell acquifero. Le opere di presa possono essere: - opere dirette, - opere indirette (o in falda). Le opera di presa diretta prelevano l acqua direttamente nella zona in cui l acquifero tende ad emergere (cioè sono alimentate direttamente dalla sorgente geologica. Un altro tipo di presa diretta è il drenaggio addossato, il quale presenta una struttura drenante che preleva l acqua dall acquifero nella zona di sorgente e la convoglia verso un collettore collegato alla zona di sedimentazione. Le opere di presa indiretta, invece, prelevano l acqua a monte della sorgente, dalla falda che la alimenta, con lo scopo di ottenere una portata d acqua maggiore rispetto a quella che avrebbe la sorgente stessa. Queste opere sono generalmente utilizzate per emungere l acqua da sorgenti di maggiori dimensione. Esempi di opera di presa indiretta sono la galleria drenante o la trincea drenante. Sono costituite da uno scavo di solito a sezione circolare che va ad interessare in tutto o in parte la zona di saturazione di una falda, anche a notevoli profondità dal piano campagna. Le opere di presa diretta vengono utilizzate quando la sorgente è molto localizzata e di solito solo per sorgenti medie o piccole del tipo a limite di permeabilità definito. 2

3 Lo sfruttamento di acque sotterranee - i pozzi Lo sfruttamento di acque sotterranee non sorgentizie avviene per mezzo di pozzi. Un pozzo consiste in uno scavo che si approfondisce nel terreno fino ad intercettare l acquifero. I pozzi artesiani attingono l acqua da una falda artesiana, dove l acqua è presente sotto pressione idrostatica, per cui può risalire naturalmente fino alla superficie del piano campagna per effetto di tale pressione. I pozzi freatici, invece, attingono l acqua dalla falda freatica, per cui richiedono impianti artificiali di sollevamento dell acqua. (1) Pozzo artesiano con acqua che emerge naturalmente, (2) Pozzo artesiano con acqua che non emerge spontaneamente, (3) Pozzo freatico con acqua che deve essere sollevata con impianti. (1) (3) (2) Permeabilità o Conducibilità idraulica del suolo La possibilità di realizzare pozzi dipende dalla permeabilità o conducibilità idraulica del suolo. Più è elevata la permeabilità (suoli sabbiosi e grossolani) e più il suolo stesso è adatto alla realizzazione di pozzi per l estrazione di acqua. I suoli argillosi ed organici hanno generalmente una conducibilità idraulica inferiore a 3 m/giorno e non sono adatti. area (A) Colonna di terreno Portata (Q) Lunghezza campione (l) Gradiente idraulico (h) Conducibilità idraulica k Q l h k = Q. l/h. A (m/giorno) (m 3 /giorno) (m) (m) A (m 2 ) I pozzi, realizzati con diversi sistemi di scavo, sono in genere costituiti da 3 sezioni: - Avanpozzo: la sezione superficiale, non permeabile - Sezione sotto-superficiale che non interessa l acquifero, non permeabile - Sezione profonda che interessa l acquifero (= tubi filtranti ) avanpozzo sezione non permeabile Sezione permeabile filtrante I tubi filtranti sono la parte più importante e delicata di un pozzo, dal momento che devono: - sostenere adeguatamente le pareti dello scavo, - far passare la massima quantità di acqua entro lo spazio libero del pozzo, - filtrare i solidi in entrata nel pozzo, limitando le perdite di carico idraulico. La corretta esecuzione dello scavo di un pozzo deve prevedere una prova di emungimento, che consiste nell estrazione dell acqua sotterranea in condizioni controllate, in modo da stabilire quale dovrà essere il regime di sfruttamento del pozzo per cui si verifica un riempimento costante del pozzo stesso (la portata dell acqua prelevata deve essere garantita dalla depressione che si viene a creare e che richiama continuamente acqua nel pozzo). In sostanza è necessario stabilire la portata ottimale di emungimento dal pozzo e l estensione ottimale del cono di depressione creato. Questo è indispensabile per individuare la zona perturbata della falda, entro la quale non è conveniente eseguire altre perforazioni. Approvvigionamento da acque dolci superficiali L approvigionamento idrico da acque dolci superficiali di fiumi o laghi è ovviamente un caso piuttosto frequente per l attività di acquacoltura. Le opere di presa sono di tipologia molto variabile in funzione delle diverse condizioni locali, ed è difficile proporre una descrizione di carattere generale. L acqua può essere prelevata dai corsi d acqua superficiali con sollevamento forzato (pompe) o può fluire naturalmente per gravità, se la sistemazione del terreno lo consente. In quest ultimo caso i vantaggi energetici sono notevoli. In ogni caso, per la corretta progettazione dell opera, è necessario considerare alcuni importanti fattori: - quantità e qualità dell acqua disponibile, - disponibilità nel tempo, - temperatura, - contaminazione (le acque superficiali sono più problematiche rispetto alle sotterranee), - regolamentazione legale per il prelievo e lo scarico. 3

4 L approvvigionamento di acqua marina Escludendo il caso delle gabbie marine, che verrà trattato estesamente in seguito, l approvvigionamento idrico di acqua marina può avvenire con 3 possibilità: - utilizzo di acqua marina artificiale, - estrazione da pozzi marini, - prelievo da zone costiere o lagunari. La prima possibilità è riservata a piccolissime realtà produttive, ad acquari espositivi, ad aree protette o ad allevamenti sperimentali con scopo di ricerca. L estrazione da pozzi può rappresentare, invece, una buona opportunità. L estrazione da pozzi marini I vantaggi conseguibili con l approvvigionamento idrico per pozzi marini possono essere così riassunti: - l acqua di alimentazione dell allevamento è già filtrata e questo riduce o elimina il pericolo di introduzione di patogeni, parassiti o predatori, - le variazioni termiche diurne e stagionali dell acqua sono molto ridotte, - questi aspetti riducono la complessità ed i costi impiantistici, dal momento che risultano ridotte le necessità di attrezzature quali filtri, sistemi di sterilizzazione e sistemi di riscaldamento dell acqua. Tuttavia, il problema più grosso per l approvvigionamento idrico tramite pozzi marini risiede nel fatto che la struttura geologica dei siti spesso non ne permette la realizzazione. Alcuni esempi di realizzazione di pozzi marini: (A) Pozzetto drenante riempito in ghiaia con tubazione di prelievo interna, (B) Tubazioni di prelievo immesse in letti drenanti di ghiaia e sabbia, (C) Pozzo di tipo convenzionale con tubazione di prelievo verticale immessa in un pozzetto drenante riempito di ghiaia e sabbia grossolana. 4

5 L approvvigionamento da zone costiere e lagunari Le prese a mare sono in realtà un complesso di opere idrauliche generalmente costituito da 3 strutture fondamentali: - strutture di adduzione, o presa a mare strettamente intesa, - opere di intercettazione e regolazione idraulica, - sbarramenti filtranti. Il complesso di opere serve ad attingere l acqua marina, ma anche ad espellere l acqua dai bacini di allevamento. La presa a mare è quindi il principale apparato di respirazione idraulica e biologica dell impianto di vallicoltura e come tale assume importanza fondamentale come opera di comunicazione controllata con l ambiente esterno. Nelle situazioni di vallicoltura a questa opera principale se ne affiancano altre secondarie o accessorie, come le prese di acqua dolce o altre prese d acqua integrative. 5