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Corso di SCIENZE DELLA TERRA
• Lezione Seconda
• Ciclo dell’Acqua
• Bilancio Idrologico
• Bacino Idrografico
• Acque superficiali, caratteristiche e parametri corsi d’acqua
• Acque sotterranee
• Riserve e risparmio idrico
• Utilizzi dell’acqua
• Inquinamento acque
Dot.For. Zerbini Matteo
Una modesta ma essenziale porzione dell’idrosfera terrestre
Le risorse idriche terrestri e la loro distribuzione nei vari serbatoi naturali.
2 ELFO-09/10 --- Classe III --- ScienzeTerra _Lezione-2 Zerbini - 2009
Il ciclo dell’acqua
Principali fasi del ciclo dell’acqua, (ciclo idrologico) in forma schematica semplificata.
Quantità di acqua in migliaia di Km3
3 ELFO-09/10 --- Classe III --- ScienzeTerra _Lezione-2 Zerbini - 2009
ELFO-09/10 --- Classe III --- ScienzeTerra _Lezione-2 4
Il Bacino Idrografico
Il Bilancio idrologico viene normalmente eseguito a livello di
Bacino Idrografico
Porzione di terra emersa che
contribuisce con le sue acque ad
alimentare un fiume o un torrente (sinonimo Bacino Imbrifero)
N.B. Bacino idrografico può essere diverso da bacino idrogeologico
Zerbini - 2009
ELFO-09/10 --- Classe III --- ScienzeTerra _Lezione-2 6
Il Bacino Idrografico - caratteristiche
• Area del bacino
superficie in Km2 del bacino imbrifero
• Pendenza media dei versanti
dislivelli/distanza velocità di ruscellamento, rischio erosione e dissesto
• Lunghezza dell’asta principale
lunghezza in Km del segmento più lungo della rete idrografica
Zerbini - 2009
ELFO-09/10 --- Classe III --- ScienzeTerra _Lezione-2 7
Profilo longitudinale
Densità di drenaggio
Il Bacino Idrografico - caratteristiche
• Pendenza media dell’asta principale
dislivello/distanza velocità della corrente (proporzionale radice quadra pendenza)
tracciare il profilo longitudinale
• Quota media del bacino
• Ordine gerarchico del reticolo
grado di biforcazione del bacino
• Densità di drenaggio
confronto tra bacini diversi
Zerbini - 2009
Le acque superficiali: i corsi d’acqua Sistema fluviale (reticolo idrografico), con le rocce di base.
Il territorio delimitato dallo spartiacque (A-C-B) costituisce il bacino idrografico.
Il territorio delimitato dagli spartiacque (A’-C-B) costituisce il bacino idrogeologico.
8 ELFO-09/10 --- Classe III --- ScienzeTerra _Lezione-2
I corsi d’acqua possono essere:
• FIUMI: corsi d’acqua perenni alimentati da sorgenti, nevi, piogge
l’acqua scorre per tutto l’anno
• TORRENTI: corsi d’acqua intermittenti alimentati dalle piogge
l’acqua scorre stagionalmente
Zerbini - 2009
I corsi d’acqua - caratteristiche
Principali caratteristiche geometriche e idrologiche di un corso d’acqua.
9 ELFO-09/10 --- Classe III --- ScienzeTerra _Lezione-2
Perimetro bagnato = C
Area o Sezione bagnata = A
Raggio idraulico R = A/C
Larghezza pelo libero = T
Profondità (massima del fondo) = thalweg
Profondità media della corrente Y = A/T
Pendenza del pelo libero = p (dislivello/distanza)
Particelle di acqua in movimento con
moto monodimensionale chiamato
corrente
Le successive posizioni di una
particella individuano la
traiettoria
La tangente in un qualsiasi punto
individua la direzione del vettore
velocità
Canale (fluviale) perché esiste una superficie
libera di contatto fra liquido e atmosfera
pelo libero [≠condotta : la corrente scorre in un contorno chiuso]
Zerbini - 2009
10 ELFO-09/10 --- Classe III --- ScienzeTerra _Lezione-2
I corsi d’acqua - caratteristiche
Rappresentazione schematica e
speditiva delle caratteristiche
principali di un corso d’acqua in
un punto del suo corso
N.B. 1 Sinistra e destra, sia per le sponde come in questo caso, sia più in generale per i versanti fluviali si considerano spalle alla sorgente
N.B. 2 La larghezza “a piene rive” individua l’alveo fluviale, inondabile in caso di piena
Zerbini - 2009
ELFO-09/10 --- Classe III --- ScienzeTerra _Lezione-2 11
I corsi d’acqua - sezione d’alveo e portate
Torrente Maremola – Pietra L. (SV)
Esempi di Sezioni
Zerbini - 2009
ELFO-09/10 --- Classe III --- ScienzeTerra _Lezione-2 12
I corsi d’acqua – calcoli delle grandezze
• Lunghezza (Km)
si considera l’asta principale del Bacino imbrifero
• Pendenza media (%)
rapporto dislivello sorgente-foce / lunghezza
• Velocità (m/s) V = CR x p
(R = raggio idraulico; p = pendenza; C = coefficiente di scabrezza)
È un parametro puntuale, varia nell’ambito di una stessa sezione (> al centro) e
lungo il corso del fiume (> nei tratti montani)
• Portata (m3/s) Q = V x A
(V = velocità media sezione; A = area sezione)
quantità di liquido (massa o volume) che attraversa una determinata sezione
nell’unità di tempo
• Portata solida (m3/s)
materiale trasportato in (soluzione), in sospensione e per trascinamento sul fundo
in caso di eventi particolari può essere ingente e causare gravi danni (lave
torrentizie)
• Energia (W) E= Q x V2
Si tratta in effetti della potenza della corrente fluviale (lavoro nell’unità di tempo)
Nilo – Kagera 6671 Km
Amazonas – Ucayali 6280 Km
Volga 3688 Km
….
Po 652 Km
Zerbini - 2009
I corsi d’acqua – la portata
13 ELFO-09/10 --- Classe III --- ScienzeTerra _Lezione-2
Anche per i fiumi la portata
risulta comunque variabile
stagionalmente, in funzione di:
• distribuzione precipitazioni
• geologia bacino
• vegetazione
• (opere e utilizzi umani)
Portate di MAGRA
Portate di PIENA
Per gli stessi motivi può
variare anche in punti
differenti di uno stesso
corso d’acqua
Il diverso regime di due corsi d’acqua italiani: • portate medie mensili (linee verdi) • precipitazioni medie mensili (linee blu)
Zerbini - 2009
Le acque superficiali: i laghi e le conche d’acqua minori
14 ELFO-09/10 --- Classe III --- ScienzeTerra _Lezione-2
Laghi di escavazione glaciale
• di circo – Lago del Bus (Dolomiti)
• vallivi – Lago d’Orta (Piemonte)
Zerbini - 2009
Foto Zerbini M.
I laghi e le conche d’acqua minori
Lago di Scanno (L’Aquila). È un lago di sbarramento per frana.
15 ELFO-09/10 --- Classe III --- ScienzeTerra _Lezione-2
Lago di Viverone (Bi). È un lago di sbarramento morenico.
Laghi di sbarramento
Zerbini - 2009
Foto Zerbini M.
I laghi e le conche d’acqua minori
Lago Albano (Lazio) occupa una depressione di origine vulcanica.
16 ELFO-09/10 --- Classe III --- ScienzeTerra _Lezione-2
Lago di Osiglia (Savona). È un lago di sbarramento artificiale.
Laghi craterici
Zerbini - 2009
Foto Zerbini M.
Le acque sotterranee e le sorgenti
La presenza nel sottosuolo di falde idriche, superficiali o profonde,
dipende dalla natura delle rocce; in particolare dalla loro permeabilità
(grado di fratturazione e porosità)
17 ELFO-09/10 --- Classe III --- ScienzeTerra _Lezione-2
Sistemi acquiferi contenuti all’interno di rocce permeabili e porose (no fiumi e laghi sotterranei salvo poche eccezioni)
Zerbini - 2009
Le acque sotterranee e le sorgenti
Tipi più comuni di sorgenti.
A. Sorgente di deflusso.
B. Sorgente di sbarramento.
C. Sorgente di trabocco.
D. Sorgente carsica.
18 ELFO-09/10 --- Classe III --- ScienzeTerra _Lezione-2
Dopo un tempo più o meno
lungo e a distanze più o meno
elevate le acque sotterranee
riemergono
in forma di acque sorgive
In funzione della loro qualità
e caratteristiche possono
essere considerate potabili
Zerbini - 2009
3BG_09/10_Acque2 19
Conoscere i valori di infiltrazione e l’esistenza di falde idriche ci
permette di stimare
l’entità delle riserve idriche sotterranee
che vanno successivamente preservate da squilibri e inquinamento
perché da noi utilizzate per:
• acqua destinata al consumo umano (acqua potabile)
• acqua per l’agricoltura
Le riserve idriche
Il continuo aumento di fabbisogno provoca in molti casi:
• il progressivo abbassamento del livello delle falde acquifere
• l’eccessiva captazione delle acque superficiali
?!? Future guerre tra le nazioni non più per il petrolio ma per l’acqua?!?
Zerbini - 2009
Preservare gli equilibri naturali degli ecosistemi acquatici ci permette
di conservare
qualità e disponibilità delle acque superficiali
che noi utilizziamo per:
• acqua per produzione energia
• acqua per usi industriali
• acqua per l’agricoltura
3BG_09/10_Acque2 20
Il risparmio idrico
Zerbini - 2009
Risparmio domestico alla portata di tutti
alcuni consigli … Bere l'acqua del rubinetto sono garantiti parametri igienici
Lavabiancheria e lavastoviglie
• solo a pieno carico, scegliendo modelli con consumi ridotti
Lavaggio stoviglie a mano
• utilizzando bacinelle o il lavello evitando di fare scorrere acqua se non per sciacquare
Igiene personale:
• quando ci laviamo le mani, i denti o facciamo lo shampoo o ci radiamo la barba,
teniamo aperto il rubinetto solo per il tempo necessario.
• preferiamo la doccia al bagno
• utilizziamo i frangigetto (riduttori di flusso), miscelatore di acqua che sfruttando il
principio della turbolenza, miscela aria al flusso di acqua, e crea un getto più leggero, ma
efficace (9 litri al minuto)
• utilizziamo lo scarico del WC solo quando serve, possibilmente con pulsanti che
regolano il flusso
Giardino
• innaffiare nei momenti giusti (sera o mattina).
• sistemi di irrigazione a microportata programmabili (necessita di investimento)
Assicurare una corretta manutenzione dei punti acqua e delle tubature
Lavare l’auto con moderazione e comunque con il secchio
Riciclare l’acqua quando possibile
• acqua piovana per innaffiare le piante successivamente.
• acqua che scorre in attesa che diventi calda innaffiare, lavare i pavimenti, etc.
• lava la frutta in bacinelle, acqua corrente solo per sciacquare
Zerbini - 2009 3BG_09/10_Acque2 21
Il risparmio idrico
Risparmio domestico
nuove tecnologie
alcuni esempi
RECUPERO ACQUE GRIGIE
RECUPERO ACQUE PIOVANE
Zerbini - 2009 3BG_09/10_Acque2 22
Il risparmio idrico Risparmio in agricoltura
un esempio
Si raccomanda in ogni caso di:
• coltivare specie e varietà adattate al clima locale;
• irrigare secondo i fabbisogni della coltura
• irrigare in funzione dell’andamento climatico
• utilizzare impianti a microportata
Teli speciali per la subirrigazione nella coltivazione
di aromatiche e ornamentali in vaso
1_Telo impermeabile di fondo con microcanalette
2_Panno sintetico ad altissima capillarità e
omogeneità di distribuzione
3_Pacciamatura drenante per uniforme risalita di
acqua per capillarità
1
2
3
4_Telo pacciamante
e ali gocciolanti che
vi si insinuano sotto
4
Zerbini - 2009 3BG_09/10_Acque2 23
Utilizzazione delle acque Le acque superficiali e sotterranee vengono utilizzate dall’uomo per:
• Produzione di energia
• Usi industriali
• Usi agricoli e zootecnici
• Usi civili
Destinazione Problemi a monte Interventi Problemi a valle Interventi
Industriale Durezza /
aggressività
Addolcimento --Inquinamento termico
--Inquinamento chimico
S.O. o metalli pesanti
Raffreddamento
Depurazione
Agricola Sostanze dannose
per colture e uomo
(microorganismi e
elementi metallici)
Assenza di tali
sostanze
(no trattamenti
preventivi)
--Inquinamento falde
per percolazione (Azoto
e agrofarmaci)
--Eutrofizzazione
Limitazione uso
agrofarmaci e
fertilizzanti
Zootecnica Sostanze dannose
per animali
(microorganismi e
elementi metallici)
Assenza di tali
sostanze
(no trattamenti
preventivi)
--Inquinamento suolo e
acque superficiali
--Eutrofizzazione
Depurazione
(defosfatazione
denitrificazione)
Civile Sostanze dannose
per l’uomo
(microorganismi,
metalli e inquinanti)
Potabilizzazione --Inquinamento suolo e
acque superficiali
Depurazione
denitrificazione
Utilizzazione delle acque – produzione di energia
Un impianto ad acqua fluente (diga di Kpong) che sfrutta per produrre
energia elettrica la considerevole e costante portata del Fiume Volta,
nel Ghana – Africa (fiumi di pianura, con salto di pochi metri).
24 3BG_09/10_Acque2
La produzione di energia idroelettrica La corrente fluviale è in grado di compiere lavoro nell’unità di tempo, cioè di sviluppare
potenza (W = J/s) E= Q x V2
Gli Impianti Idroelettrici sfruttano l’energia che una massa di acqua (portata)
libera quando passa da una quota superiore ad una quota inferiore (salto).
Zerbini - 2009
25 3BG_09/10_Acque2
Impianti a bacino utilizzati in corsi d’acqua con portate minori e non costanti; il
bacino serve come serbatoio che si riempie in caso di piena e viene utilizzato nei
periodi di magra; per la produzione di energia si sfrutta il salto (dai 200 ai 1800 metri)
Diga del Vajont (Belluno)
Osiglia (Savona)
Zerbini - 2009
Utilizzazione delle acque – produzione di energia
Foto Zerbini M.
Zerbini - 2009 3BG_09/10_Acque2 26
Utilizzazione delle acque – usi industriali e agricoli L’acqua utilizzata nei processi industriali proviene da corpi idrici superficiali; • non deve provocare incrostazioni e corrosioni
• Acqua per la produzione di vapore
•Acque di raffreddamento
•Acque di processo
-preparazione alimenti e bevande / -trasporto di reagenti, solvente o disperdente / -
acqua di lavaggio (Reflui industriali)
L’acqua utilizzata in agricoltura proviene da corpi idrici superficiali, da
sorgenti e da falde sotterranee; • non deve essere troppo salina, né contenere sostanze dannose per vegetali e uomo
• Zootecnia
-alimentazione bestiame / -lavaggio locali e
eliminazione deiezioni (reflui zootecnici)
• Agricoltura
-irrigazione / -fertirrigazione e trattamenti
fitosanitari
Foto Zerbini M.
Zerbini - 2009 3BG_09/10_Acque2 27
Utilizzazione delle acque – usi agricoli e zootecnici
Carro – botte per trattamenti
fitosanitari con ali telescopiche
Carro – botte per spandimento
di reflui zootecnici
Foto Zerbini M.
Zerbini - 2009 Foto Zerbini M. 3BG_09/10_Acque2 28
Utilizzazione delle acque – usi civili L’acqua utilizzata per gli usi civili proviene da sorgenti e falde sotterranee,
(secondariamente da corsi d’acqua) deve avere caratteri di potabilità, cioè essere
bevuta senza nuocere alla salute:
• incolore – inodore – insapore
• senza carica batterica nociva
• senza sostanze tossiche / nocive per la salute
Una opportuna legislazione in materia determina i valori guida e le
concentrazioni massime ammissibili per i parametri organolettici, fisici,
chimici, microbiologici.
Foto Zerbini M.
Zerbini - 2009 3BG_09/10_Acque2 29
Utilizzazione delle acque – usi civili
Questi parametri sono: --ORGANOLETTICI --FISICI
• temperatura • torbidità
--CHIMICI • pH • conducibilità •ioni disciolti • durezza • aggressività •fosforo • azoto • cloruri • metalli pesanti • composti organici • ossigeno disciolto
--MICROBIOLOGICI • UFC Escherichia coli • UFC Colibatteri fecali
Zerbini - 2009 3BG_09/10_Acque2 30
Utilizzazione delle acque – usi civili
L’acqua destinata al consumo umano viene sottoposta sempre ed in ogni
caso a PROCESSI DI POTABILIZZAZIONE
Fisico – meccanici
• sedimentazione
• flocculazione
• filtraggio
Chimici
• clorazione
• ozonizzazione
3BG_09/10_Acque2 31
Inquinamento delle acque
Zerbini - 2009
1_INQUINAMENTO FISICO
• temperatura a) industria;
b) modifica la quantità di ossigeno disciolto e la velocità dei processi chimici e
biochimici; inibisce la vita / vitalità di alcuni organismi alterando le catene alimentari;
c) raffreddamento, riutilizzo di acque calde per altri scopi
• torbidità a)industria;
b) impedisce la fotosintesi; causa danni agli organismi acquatici;
modifica gli equilibri degli ecosistemi;
c) processi di sedimentazione / filtrazione
• radioattività a) Attività nucleari;
b) b)provoca mutazioni genetiche; c) c) vedi box
Sono fonte di inquinamento delle
acque superficiali (e sotterranee):
• acque residuali urbane
• acque di scarico delle industrie
• acque connesse con attività
agricole
SCORIE RADIOATTIVE Le scorie delle attività
nucleari vanno stoccate in contenitori isolanti di
piombo e cemento; questi riposti in discariche
temporanee (utilizzabili per 100-300 anni de i solito
costruite dall’uomo) o in discariche permanenti
rappresentate da miniere inattive, in zone stabili dal
punto di vista geologico (assenza di sismi e attività
geo-vulcanica) e lontane da falde idriche
(salgemma). ??? Ne esistono in Italia???
a) causa inquinamento
b) effetti
c) possibili rimedi
Zerbini - 2009 3BG_09/10_Acque2 32
Inquinamento delle acque 2_INQUINAMENTO CHIMICO
• da petrolio a) Raffinerie, attività urbane, incidenti;
b) causa avvelenamenti per le sostanze nocive
che contiene e asfissia perché forma pellicole
impermeabili sull’acqua e sui corpi dove si
deposita;
c) (solventi), panne assorbenti, aspirazione
• da metalli pesanti a) Industria;
b) Cu, Hg, Cd, Ni, Cr, Pb a concentrazioni
elevate interferiscono con i processi metabolici
e l’attività enzimatica; provocano la morte delle
cellule;
c) trattamento e disinquinamento reflui
industriali
• da agrofarmaci a) Agricoltura;
b) sostanze organiche di sintesi con alto
spettro di tossicità nei confronti di molti
organismi;
c) riduzione o messa al bando utilizzo, buone
pratiche agricole, lotta integrata o biologica
Zerbini - 2009 3BG_09/10_Acque2 33
Inquinamento delle acque 2_INQUINAMENTO CHIMICO
• da composti azotati e fosfati a) Agricoltura, Scarichi domestici;
b) eutrofizzazione delle acque (l’eccesso di
nutrienti provoca proliferazione di alghe, che
morendo aumentano biomassa in degradazione,
il veloce consumo dell’ossigeno per i processi di
degradazione instaura condizioni di anossia,
successive degradazioni anaerobie generano
acido solfidrico con estinzione di tutte le specie.
c)riduzione uso agrofarmaci, denitrificazione e
defosfatazione reflui
•da detersivi a) Scarichi domestici;
b) Formazione di schiume, scarsa
solubilizzazione ossigeno, danni agli organismi;
c) Riduzione uso detersivi, depurazione acque
• da sostanze organiche a) Scarichi di tutti i tipi;
b) Sovraccarico / stress / alterazione / blocco
processi fisici, chimici e microbiologici di
autodepurazione delle acque;
c) Riduzione immissione sostanze in oggetto.
Zerbini - 2009 3BG_09/10_Acque2 34
2_INQUINAMENTO BIOLOGICO L’acqua contaminata da agenti
patogeni (batteri e virus) è veicolo di
malattie per uomo e animali. In tutte
quelle nazioni e aree nel mondo dove
la potabilizzazione dell’acqua non può
essere effettuata l’inquinamento
biologico è causa di elevata mortalità.
Carta indicativa dello stato di inquinamento delle acque dolci in Italia.
3BG_09/10_Acque1 36
BIBLIOGRAFIA 1. Accordi B., Lupia Palmieri E., Parrotto M. – Il Globo terrestre e la sua evoluzione – Zanichelli (edizioni
varie e materiale multimediale a disposizione dei docenti). 2. Anselmo V. – Sistemazioni idrauliche e forestali – Appunti del modulo omonimo, Corso di Laurea in
Scienze Forestali e Ambientali, Università di Torino, anno corso 2000/2001. 3. Bentivogli D., Boschi M.P., Pavani G. – L’ecosistema suolo Manuale attivo di Ecologia e Geopedologia.
Cappelli Editore 2002 4. CIA Savona – Coltivazione di piante ornamentali e aromatiche in vaso mediante l’utilizzo di tecnologie
per una razionale gestione dell’irrigazione e della fertilizzazione. Progetto Dimostrativo Reg. CE125/99 – P.S.R. Regione Liguria, Misura C(3): Formazione Professionale; Sottomisura 3.3
5. Provincia di Savona – Piani di bacino stralcio sul rischio idrogeologico ai sensi del D.L. 180/98 e s.m.i. approvati con D.C.P. n. 47 del 25/11/2003 e s.m. , materiale disponibile on line al sito: http://cartonline.provincia.savona.it/bacini/prima.htm
6. http://www.altroconsumo.it/acqua/risparmio-idrico-alcuni-consigli-per-risparmiare-acqua-s107182.htm 7. www.auxiliagest.it/.../risparmio-idrico/ Materiale fotografico e iconografico • pag 2,3,4,8,9,13,14,15,16,17,18,24,33,34: bilbio nr.1 • pag 5,11: biblio nr.5 • pag 6: Google Earth • pag 7,10: biblio nr.2 • pag 14,15,16,25,27,28,29,35: archivio fotografico Zerbini Matteo • pag 21: biblio nr.7 • pag 22: biblio nr.4 • pag 25: www.vajont.net • pag 26: www.legambiente.it • pag 30: www.idrosistemi.eu/Impianti/potabilizzazione%... • pag 32: http://it.encarta.msn.com/encyclopedia_761572857/Inquinamento_delle_acque.html
Zerbini - 2009