Rivista Ligure di Meteorologia n 35 anno X - ottobre 2010

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1 Rivista Ligure di Meteorologia n 35 anno X - ottobre 2010 DIDATTICA di: Diego Rosa Breve introduzione alle energie rinnovabili (sole, vento, acqua) L'energia idroelettrica Parte terza Azioni di mitigazione: i deflussi minimi vitali Parecchie formule sono state proposte per determinare il deflusso minimo da mantenere in un corso d'acqua, per proteggere in qualche modo l ecosistema fluviale e torrentizio e l ambiente nel suo insieme, formule che portano a valori di portata talora totalmente differenti. Ciò è dovuto anche al fatto che se da un lato è difficile determinare razionalmente dei numeri in un contesto così complesso, dall'altro gli obiettivi di protezione perseguiti sono in realtà assai diversi. Dal punto di vista strettamente protezionistico potremmo dire che il deflusso minimo da mantenere in alveo dovrebbe corrispondere a quella portata o meglio a quel regime idrologico necessario alla sopravivenza a lungo termine delle biocenosi acquatiche e ripariali originarie, alla conservazione di un bilancio equilibrato delle acque sotterranee e della funzione del ciclo idrologico (equilibrio idrogeomorfologico), alla salvaguardia del paesaggio e degli usi plurimi cui il corso d'acqua è destinato (ivi compreso la funzione di balneazione, di svago e di ristoro). A stretto rigore di logica per garantire in modo perfetto tutto ciò le portate ed il trasporto solido necessari sarebbero quelli naturali imperturbati. Ma dato che i corsi d'acqua presentano notevoli variazioni non solo mensili ma anche interannuali delle loro portate e che da una parte l'ecosistema nel suo insieme si adatta a tali variazioni in modo continuo e non traumatico mentre è poco visibile al di sotto di una certa soglia una diminuzione di portata ed ugualmente sino ad un certo limite gli stessi effetti della modifica del regime idraulico (prescindendo dalla presenza di invasi) sono limitati anche sul piano idrogeomorfologico, è ipotizzabile poter determinare a fronte di una perdita accettabile di dimensioni dell'ecosistema acquatico e di naturalità, dei deflussi ridotti, non costanti ma variabili in funzioni delle portate naturali, ancora compatibili con i criteri di salvaguardia indicati. Più arduo pare poter definire soluzioni atte a far fronte alla captazione del materiale solido da parte degli invasi e ripristinare il continuum interrotto dalle dighe. Negli Stati Uniti dove dal Congresso già nell ottobre 1968 è stata trasformato in legge nazionale il Wild and Scenic Rivers Act che protegge i corsi d acqua più importanti dal punto di vista paesaggistico e naturalistico (la lista comprende ormai più di 250 fiumi e torrenti), si è giunti in alcuni casi all abbattimento di dighe ove il rapporto costi (anche ambientali)/benefici non risultasse più accettabile (si veda Finalizzato ad obiettivi assai più limitati deve essere considerato il mantenimento del così detto deflusso minimo vitale, DMV, come deducibile da formule indicate da molte normative ad es. da quelle della Regione Piemonte, delle Autorità di bacino del fiume Po e del Piave, delle

2 province autonome di Trento e Bolzano o della legge svizzera sulle acque, che vedremo in seguito. Questo minimo sovente corrisponde a meno del 10% della portata media annua, e può essere visto come quella portata che garantisce, in un habitat molto più ristretto di quello originario, la sopravivenza di una popolazione ridotta della fauna ittica. L'impatto sull'ecosistema, sul paesaggio e sul bilancio idrogeologico della riduzione delle portate naturali a tali infimi valori mantenuti tutto l anno, è enorme. Gli approcci per definire queste portate si possono suddividere in teorici e sperimentali. Nell'approccio teorico si fa riferimento al bacino sotteso o alle caratteristiche idrologiche del corso d'acqua (portate medie, minime o superate statisticamente un certo numero di gg. l anno). Nell'approccio sperimentale, partendo da un analisi dello specifico tratto fluviale o torrentizio, si determinano mediante opportune elaborazioni dei parametri rilevati, quella portata o portate minime che garantiscono un conveniente habitat per un certa fauna ittica o più in generale una protezione specifica dell ambiente e della sua fruibilità. Il più utilizzato di questi metodi sperimentali è l IFIM (Instream Flow Incremental Methodology). L IFIM (nato e sviluppato negli USA dal FWS - Fish and Wildlife Service nel 1982 con l ultimo aggiornamento del 1998 dovuto a Ken D. Bovee ed altri del USGS, United States Geological Survey ) è un approccio pluridisciplinare, che usa la tecnica dell analisi dei sistemi, al problema degli usi plurimi di un corso d acqua, essendo presenti interessi diversi e contradditori relativi alla utilizzazione ed alla salvaguardia delle acque. Mediante linee guida con cui affrontare il problema ed una serie di modelli e programmi con cui analizzare gli impatti sull ambiente in funzione dell entità dei prelievi, esso si prefigge di definire un quadro razionale degli effetti di differenti ipotesi di utilizzo delle acque, sulla cui base le autorità preposte potranno prendere delle decisioni. Il PHABSIM (Phisical Habitat Simulation System ) è un modulo, il più noto, di tale sistema, che consente di determinare, in funzione della portata residua in alveo, l entità del microhabitat disponibile per una determinata specie ittica nelle varie fasi della sua esistenza su una lunghezza prefissata del corso d'acqua. Due fasi contraddistinguono questo modulo: - analisi dei parametri: velocità, profondità, natura del fondo, in corrispondenza di varie celle di lunghezza unitaria definite nella sezione in esame, in funzione della portata introduzione degli indici(o curve) di idoneità ( suitability index, variabili tra 0 e 1) per la specie in analisi nelle varie fasi del suo sviluppo, relativi a tali parametri. La somma integrale delle aree delle celle elementari moltiplicate per una funzione degli indici di preferenza che le caratterizzano su una lunghezza unitaria dell asta fluviale, ad esempio un miglio, definiscono l area ponderata disponibile, da rapportarsi a quella corrispondente in condizioni ante - prelievo. Tale rapporto è valutato durante tutto il ciclo idrologico naturale. Il prodotto di tale area disponibile per la lunghezza di corso d acqua utilizzabile dalla specie in esame in funzione di altri parametri quali temperatura, ph, ossigeno disciolto ( modello del macrohabitat) rapportato ancora alla situazione naturale non perturbata definisce la frazione di habitat totale disponibile. Un analisi dello stesso tipo può essere condotta anche per determinare un ambiente disponibile ponderato a fronte, ad esempio, di un certo uso ludico o ricreativo delle acque. 2

3 Nella tabella sottostante è riportata una lista di questi criteri e metodologie Formule e metodi proposti Origine 1-Formule basate sulle caratteristiche del bacino idrografico DMV = q*s*s DMV = Deflusso minimo residuo (l/s) q= 2 l/s/kmq (bacini prevalentemente silicei); oppure = 3 l/s/kmq (bacini prevalentemente calcarei) S = area del bacino sotteso DMV = q*s*s Qs =1,6*A*N*P"Q (l/s/kmq) dove: A = fattore di altitudine (provvisoriamente posto uguale ad 1); N = fattore naturalistico funzione dell'ittiofauna e della flora presenti; P = fattore di piovosità annua (h) = 1 per h < 1000 mm; =1,4 per h tra 1000 e 1400 mm; = 1,8 per h > di 1400 mm; Q = fattore di qualità ambientale in 5 classi, compreso tra 1 e 1,3 in funzione della classe di qualità dell'acqua dell'asta fluviale interessata; S = superficie del bacino (km2). Metodo Tyrol Provincia Autonoma di Bolzano. Piano generale per l'utilizzazione delle acque pubbliche Autorità di bacino fiume Po (Attuazione legge "Valtellina") Per derivazioni non irrigue Qr (l/s) = 1,6*S*P*A*N*G*L+M10 Dove: S = Superficie del bacino (km2) P = fattore di piovosità diviso in 5 classi con valori variabili tra 1 e 1,8 A = fattore in funzione dell altitudine media H del bacino : A= 1,2 per H = m e H > 800 m; A = 1,1 per H = m G = fattore geomorfologico provvisoriamente posto = a 1 N = fattore naturalistico con 5 valori tra 1 (aree antropizzate fortemente compromesse) e 1,6 (aree naturali di grande pregio) L = fattore di lunghezza = 1+ D*0,075 con D (km) = lunghezza del tratto che risente della sottrazione di acqua operata dall opera di presa M10 = fattore di modulazione della portata pari al 10% della differenza tra la portata naturale istantanea e la portata residua senza modulazione. Sono imposte inoltre le seguenti limitazioni delle densità delle derivazioni (valide per nuove derivazioni non idropotabili > di 15 l/s) Per derivazioni < a 5000 l/s non deve essere oggetto di captazioni un tratto almeno doppio di quello esistente tra la presa e la restituzione. Per derivazioni > di 5000 l/s tale tratto deve essere almeno il quadruplo. Autorità del Bacino interregionale del Magra 3

4 Per le derivazioni irrigue Portata derivata max 1/3 della portata abituale estiva (media delle mediane dei mesi di luglio, agosto, settembre) e 0,46 (l/s) * Superficie irrigua (ha) Portata rilasciata minima della portata abituale estiva DMV = Qmdv S *Q*N dove: Qmdv = contributo unitario per unità di superficie funzione del regime fluviale (tra 1 e 3,5) S = superficie del bacino Q = fattore di qualità ambientale (tra 1 e 1,3 in funzione del grado di inquinamento presente) N = fattore naturalistico (tre valori 1; 1,2; 1,3 funzione del grado di tutela previsto). I valori di DMV possono essere aumentati in particolari condizioni Regione Valle d Aosta. Delibera del Consiglio regionale del 22/02/ Formule basate sulle portate e sulle caratteristiche del bacino DMV = 1/3 Q355 Q355 = portata superata in media 355 gg. l'anno Provincia Autonoma di Trento: Piano generale per l'utilizzazione delle acque pubbliche DMV=l/10 * QM (portata media); Formula di Matthey: DMV = 15/(L n E) 2 ; con L n = logaritmo naturale; E = Q300 = portata superata in media 300 gg. l'anno oppure portata più probabile Legge francese sulla pesca N. 512/1984. Regolamenti locali in Francia DMV=0,7 *A* B* C*(Q355-N)*S dove: DMV = deflusso minimo vitale (l/s); A=0,7; B = fattore di adeguamento per le concessioni in essere (da 0,1 a 1 nel 2005); C = livello di protezione ambientale (tra 1 e 1,5) funzione della fauna ittica presente e del bacino considerato; (Q355-N) = valore di portata ottenuta come segue: (Q355-N) = 0,5+0,68*Q355 per Q355 < 8 l/s/kmq; (Q355-N) = 6 l/s/kmq per Q355 > 8 l/s/kmq; S= superficie del bacino (kmq) Comunque il DMV non deve superare una certa percentuale della portata media annua, decrescente con essa e compresa tra 1/10 e 1/5 della portata media QM (1/10 per QM > 500 mc/s) Regione Piemonte. Piano Direttore Regionale per l'approvvigionamento idropotabile e l'uso integrato delle risorse idriche. Standard PD-IT/ Modulazione delle portate (suggerita): 1) Qm = DMV + O,1*(Qn-DMV) (MOD-A.1) 2) Qm = 0,1 Qn (MOD-A.2) Dove Qm = portata modulata; Qn = portata naturale. La relazione 1) è quella di riferimento ; la 2). è la relazione di ripiego al di sotto della quale non ha più senso la modulazione. Nel caso che la 1) non sia rispettata, è necessario il "Dossier di Compatibilità Ambientale del Prelievo" : CAP Regione Piemonte. Piano direttore regionale per l'approvvigionamento idropotabile e l'uso integrato delle risorse idriche. Standard PD-IT/

5 DMV (m3/s) = (Kbiol + knat) * 177 * S0,85 * qm * 10-6 Dove: qm = portata specifica media (l/s/km2) kna = coefficiente naturalistico variabile tra 0 e 0,5 in funzione del grado di protezione del tratto fluviale Kbio = coefficiente di criticità biologica variabile tra 1 e 1,6; S = superficie bacino Kbio + knat = 1 per i periodi 1/6-31/8 e 1/12-28/2 salvo per 3 tratte particolari Non è prevista modulazione delle portate Autorità di Bacino dei fiumi: Isonzo, Tagliamento, Livenza, Piave, Brenta - Bacchiglione. Piano di Bacino del fiume Piave. Piano stralcio per la gestione delle risorse idriche del 5/2/2001. Formule provvisorie (Con modulazione delle portate) DMV = portata più frequente durante l'anno, approssimativamente uguale a Q300 Portata massima derivabile = Q80/Q100 = portata superata mediamente 80/100 gg. l'anno Ogni 2 settimane con deflusso pari o inferiore a DMV, rilascio per almeno un giorno di tutta la portata naturale in alveo (scopo: ripulire periodicamente il fondo impedendone l'impermeabilizzazione da depositi fini organici ed inorganici) Ueli Bundi et al. Ufficio Federale dell Ambiente - Berna - CH (Con modulazione delle portate) Diviso lo scarto tra le portata media mensile minima (Qmin) e media mensile massima in 4 parti uguali = p, si definiscono 4 scaglioni di portata: 1)Qmin - Qmin+p; 2) Qmin+p - Qmin+2p; 3) Qmin +2p - Qmin +3p; 4) Qmin +3p - Qmin+4p Le portate da rilasciare in alveo saranno come minimo : Quelle previste dalla nuova di legge svizzera sulle acque nei mesi con portate medie comprese nel primo scaglione Risp. il 25 %; il 50% ; il 75% delle corrispondenti portate medie mensili, nei mesi con portate medie ricadenti nei successivi tre scaglioni Inoltre nessun prelievo deve essere operato nel mese con portata media mensile massima Geer s Utah Water Records Metodology Definizione di 2 DMV pari risp. alla media delle due portate minime mensili dei 2 semestri annuali: aprilesettembre; ottobre marzo Tennant's Montana Methodology. Vengono definite delle percentuali della portata media annua in funzione dei vari livelli di protezione richiesti : 10% = appena sufficiente per la sopravvivenza della fauna ittica; 30% = buona protezione; 60% = ottima anche per l'utilizzo a fini ricreativi del corso d'acqua DMV = percentuale variabile della portata Q347 tra l 83% per Q347 = 60 l/s ed il 16 % per Q347 = l/s.valori fissi per Q347 > di l/s (10000 l/s) e Q347 < di 60 l/s (50 l/s. Quantità aumentabili ove necessario. Q347 = portata superata mediamente 347 gg l anno. P. Hainard et al. Istituto di Botanica e Geobotanica Sistematica dell'università di Losanna - CH Stato del Montana - USA Stato del Montana - USA Legge federale svizzera sulla protezione delle acque 5

6 DMV = 0,33 QM con QM = portata media annua Germania in generale DMV = 7Q5 = media delle portate di magra di almeno 7 gg consecutivi con tempi di ritorno di 5 anni DMV = DWS per i corsi d acqua più sensibili DMV = 0,5* DWS per quelli meno sensibili Dove DWS è la portata di riferimento della stagione a minore deflusso superficiale DMV = 0,8 *media della portata mensili minima Portata modulata in alveo = 0,5 * portata istantanea di competenza della sezione in situazioni naturali Massima derivabile = portata media Altri valori deflussi minimi: Portate superate in media 1 80%, il 90% dell anno; Portate (minime) superate 7 giorni nell anno con tempi di ritorno di 10 anni. Land del Baden-Wurtenberg National River Authority dello Yorkshire (UK) Parco Nazionale delle Dolomiti Bellunesi Piano del Parco Norme di attuazione Autori vari 3 Metodi sperimentali Vari metodi, che definiscono le portate minime a partire dalla situazione specifica del corso d acqua interessato con l obiettivo di garantire un certo grado di presenza e di capacità di riproduzione e di sviluppo della fauna ittica o della capacità del fiume di permettere attività ricreative IFIM = Instream Flow Incremental Methodology Un sistema sofisticato per la soluzione del problema complesso della gestione delle acque nel cui ambito è utilizzato il programma PHABSIM = Phisical Habitat Simulation: DMV = valore trovato sulla curva che dà l area disponibile ponderata (ADP) su un determinato tratto del corso in funzione della portata ADP = Σi V(vi)P(pi)S(si)Ai Dove V,P,S sono gli indici di adattamento biologico ai valori dei parametri: velocità = Vi, profondità = Pi, substrato = Si, tutti variabili tra 0 e 1; Ai l area della cella elementare i. I parametri come la somma delle aree delle celle sono a loro volta funzioni, da determinarsi in loco o mediante modelli, della portata. Il DMV è normalmente determinato individuando il punto per il quale la curva ADP funzione della portata DMV raggiunge il massimo o un valore predeterminato Cooperative Instream Flow Group of the Fish and Wildlife Service - USA 6

7 Energia idroelettrica - impatto ambientale: Riferimenti Siti internet notes2.regione.vda.it/ Riferimenti bibliografici /1/ Aa. Vv, Impatto ambientale delle opere idrauliche, Orientamenti per studi di VIA, CNR- IRSA, Roma, /2/ Aa.Vv, Atti del Convegno: Conseguenze e prospettive dello sfruttamento idroelettrico delle acque di superficie, Provincia di Belluno, Comune di Belluno, Lega Ambiente di Feltre, Belluno, /3/ Aa.Vv, Atti del Convegno: La montagna sfruttata. Il rilancio dell'idroeletttrico, Rivista Alp, Legambiente, Pro Natura Torino et al., Torino, /4/ Aa. Vv, Atti del Convegno: Utilizzazione idrauliche e salvaguardia ambientale nei territori montani, Amministrazione Provinciale di Belluno, Belluno, /5/ Aa. Vv, Atti del Convegno: Ridiamo acqua ai nostri fiumi CIPRA, Province dell arco alpino Sedico Belluno, /6/ Ackeret E., Rapport final du groupe de travail intérdepartemental : Eaux de restitution, Conseil Fédéral Suisse, Berne, /7/ Bundi U., Eichenberger E.et al., Prélèvement dans les cours d' eau. Exigences en matière de débits résiduels pour l écologie des eaux, Office Fédéral del'environnement, des Forêts et du Paysage, Berne, /8/ Cannata P.G., Governo dei bacini idrografici, ETASLIBRI., Milano, /9/ CIPRA, Piccola Documentazione:Gli ultimi fiumi naturali delle Alpi, Vaduz, /10/ Compartimento ENEL di Venezia, Gli Impianti del Piave Venezia, /11/ Ghetti P. F., Manuale per la difesa dei fiumi, Edizioni della Fondazione Giovanni Agnelli, Torino, /12/ Gortani M., Canali di gronda e divortium aquarum, in: Quaderni della ricerca scientifica CNR N.74, Roma, /13/ Hainard P.et al., Incidence de la réduction de débit des cours d' eau sur la flore et la végétation, Office Fédéral de la Protection de l'environnement, Berne, /14/ Marchetti R., Ecologia Pratica, ETASLIBRI, Milano, /15/ Marchetti R. et al., Applicazione del metodo sperimentale PHABSIM per la valutazione 7

8 della portata minima: caso del fiume Toce, Inquinamento,11: 68-74, /16/ Milhous R.T., Effect of sediment transport and flow regulation on the ecology of gravel bed rivers. In Gravel bed rivers, John Wiley & sons Ltd, New York, /17/ Tonini D. Elementi di idrografia ed Idrologia, Libreria Cortina Padova 1983 /18/ Tonini M. Elaborazione dei dati idrologici del fiume Piave in Energia Elettrica N /19/ Pardé M., Fleuves et Rivières, Paris, /20/ Regione Piemonte, Determinazione del DMV -Deflusso minimo vitale in un corso d acqua naturale, (Standard PD-IT/1), Torino, /21/ Reith W. J., Broggi M. F., Appréciation de projets d aménagement hydro-électriques d après les critères de la protection de la nature et du paysage., Office Fédéral des Forêts, Berne, /22/ Regione Piemonte, Istruzioni integrative per l applicazione del DMV -Deflusso minimo vitale in un corso d acqua naturale e relative all introduzione di uno standard di compatibilità ambientale per i prelievi idrici da acque superficiali, (Standard PD-IT/2), Torino, /23/ Réméniéras G., L hydrologie de l ingégneur, Eyrolles, Paris, /24/ Tennant D.L., In-stream flow regimes for fish, wildlife, recreation and related environmental uses,u.s Fish and Wildlife Service /25/T. Merrel, J. Laughlin, Analysis of Methods for Determing Minimum Instream Flows for Recreation, Idaho Forest and Range policy. Analysis Group USA, /26/ Bovee k.d. et al. Stream habitat analysis using the instream flow incremental methodology. USGS -USA /27/ G. Petts and P. Calow, River Restoration, Blackwell Science, Oxford, /28/ G. Petts, Impounded Rivers, John Wiley & Sons, London /29/Collier,M.P.Webb, and J.C. Scmidt : Dam and rivers:a primer on the down effect of Dams USGS - Tucson, circular 1126,1996 /30/Dought Whittaker, Bo Shelby,& John Gangemi: Flow and Recreation-A guide for river Professionals. Whittaker, Shelby,& Gangemi and Hydropower Reform Coalition,Washington, DC, 2005 /31/Brown,T.C. and Daniel,T.C.Landscape aestetics of riparian environments: relationships of flow quantity to scenic quality along a wild and scenic river. Water Resources Research 27 (8), 1991 /32/ Jackson,W.L &R.L. Bescta.Instream flow for rivers: Maitaining stream form and function as a basis for protecting dependent uses. American Institute of Hydrology,