Sistemi Informativi Geografici
4.4 APPLICAZIONI:
VALUTAZIONE DEL GRADO DI
VULNERABILITÀ DEGLI
ACQUIFERI PER IL RIUTILIZZO
DELLE ACQUE REFLUE
IN AGRICOLTURA
Le valutazioni di questi ultimi anni sullo stato dell’ambiente dimostrano come una corretta pianificazione e gestione delle risorse idriche del sottosuolo sia strettamente correlata alle caratteristiche dei suoli, in relazione alle attività ed alle strutture antropiche che con gli stessi interagiscono.
Particolare significato assumono, nella ipotesi di
riutilizzo di acque reflue depurate in agricoltura, le
metodologie che stimano il possibile trasferimento di un inquinante dalla superficie topografica al
tetto dell’acquifero superficiale e, come possibile
conseguenza, a quello profondo, dal quale vengono captate le acque per uso potabile.
Il suolo è il primo ostacolo che l’acqua ed i potenziali inquinanti veicolati incontrano durante la discesa
verso i primi livelli di falda. La capacità del suolo di
lasciarsi attraversare dalle acque dipende in primo
luogo dalle caratteristiche chimico fisiche che ne
determinano la struttura; tra queste le più importanti sono la granulometria, il pH, il contenuto in
sostanza organica e la composizione mineralogica
della frazione argillosa.
Lo studio in oggetto è giunto alla definizione di una
carta della vulnerabilità all’infiltrazione del territorio di pianura del Bacino del fiume Reno mediante
l’applicazione di un modello informatizzato di analisi
ambientale che ha considerato parametri di natura
idrologica, idrogeologica (permeabilità superficiale,
profondità dei livelli freatici, surplus idrici) e litologica, opportunamente relazionati alle caratteristiche
pedologiche dell’ambiente indagato.
Il documento di sintesi suddivide il bacino sulla
base della predisposizione del terreno a lasciarsi
infiltrare dalle acque e si configura pertanto come
punto di partenza per una analisi preventiva volta
ad un efficiente e sicuro utilizzo delle acque reflue
depurate in agricoltura.
34
4.4.1 La procedura metodologica
Nell’ultimo decennio le pressanti problematiche legate all’inquinamento delle acque e al degrado delle
risorse hanno portato alla proposizione di numerosi modelli di indagine sul tema della “vulnerabilità”
ambientale. In generale tutti gli autori concordano
nel sostenere che la valutazione della vulnerabilità
sia da operare in base alla considerazione di parametri di natura pedologica, litologica e idrogeologica, oltre che relativi alla tipologia della copertura
del suolo, a prescindere dal tipo di inquinante.
Il modello applicato nel presente studio ha preso
spunto dalle informazioni scaturite nell’ambito del
Progetto Finalizzato “PANDA” (Produzione Agricola Nella Difesa dell’Ambiente) ed è stato messo a
punto presso l’Istituto di Chimica Agraria dell’Università di Bologna. Esso si avvale di opportuni Sistemi Informativi Geografici che consentono la
realizzazione dei documenti cartografici di base e
la successiva elaborazione in tempi e costi sostenibili. Si tratta di un modello parametrico a punteggio
semplice nel quale:
• vengono definiti a priori una serie di tematismi
ambientali che influenzano il fenomeno dell’infiltrazione
• ad ogni classe considerata per ogni singolo tematismo viene attribuito un valore ponderato di
vulnerabilità. Tale valore risulta compreso tra 1
e 5, corrispondenti rispettivamente al minimo ed
al massimo livello di influenza esercitato sul fenomeno dell’infiltrazione.
• per ogni singolo tematismo il territorio in esame
viene cartografato e successivamente riclassificato in aree omogenee dal punto di vista della
protettività fornita nei confronti dei fenomeni di
infiltrazione, caratterizzate da medesimi valori
ponderati di vulnerabilità
• attraverso l’overlay topologico delle carte tematiche riclassificate si esegue, in modo sequenziale,
la sommatoria dei valori ponderati attribuiti alle
diverse aree territoriali, in relazione a ciascuno
dei tematismi considerati.
L’area di studio corrisponde all’intera zona di pianura emiliano-romagnola (quote inferiori a 100 m
slm) sottesa al Bacino del Fiume Reno.
Capitolo 4.4
Valori eccessivi di surplus, infatti, determinano facilmente processi di percolazione delle acque in
eccesso.
Per quanto riguarda il calcolo del surplus idrico dei
suoli il modello prevede l’utilizzo dell’equazione di
Thorntwaite-Mather, i cui dati di partenza sono,
relativamente ad una serie storica di almeno 30
anni:
• precipitazioni totali mensili
• giorni di pioggia mensili
• temperature medie mensili
oltre che la latitudine della stazione termopluviometrica.
In relazione all’area di studio sono stati considerati
i dati meteorologici (1950-1980) forniti da 13 stazioni della rete di monitoraggio del Servizio Idrografico del Ministero dei Lavori Pubblici: Anzola, Bazzano, Bologna, Castel S. Pietro, Fiorentina, Imola, M.
S. Pietro, Malalbergo, Massalombarda, Pianoro, S.
Agostino, S. Giovanni in Persiceto, Sasso Marconi.
La suddivisione della zona di pianura nelle aree ri4.4.2 I prodotti cartografici
cadenti sotto la competenza delle diverse stazioni
Poiché si ritiene che l’acqua funga da solvente delle è avvenuta secondo il metodo del poligono di Thiessostanze presenti sulla superficie o all’interno del sen.
suolo e da vettore degli inquinanti, il modello valuta L’evapotraspirazione potenziale è stata stimata sela effettiva possibilità che le acque dalla superficie condo il modello di Blaney-Criddle-FAO (Doorenbos,
percolino attraverso il suolo verso la falda soggia- Pruit, 1979); l’elaborazione del bilancio idrico è
cente.
proseguita secondo lo schema di calcolo di Thornthwaite-Mather (1957).
Il calcolo della riserva idrica del suolo (ST) fa rifeI temi considerati risultano i seguenti:
rimento alla tabella proposta dal Servizio dei Suoli
• surplus idrico del suolo,
Inglese che indica la ST in funzione della profondità
• quantità delle acque irrigue,
• permeabilità del sottosuolo,
e della tessitura dei suoli (Tab.4.4.1).
Al fine di rendere il bilancio idrico calcolato con• caratteristiche pedologiche,
frontabile nelle diverse situazioni pedoclimatiche è
• copertura del suolo,
• profondità della falda freatica.
stato adottato un coefficiente colturale (Kc) relativo
ad una coltura “standard”, il prato-pascolo, ipotizCarta dei Surplus Idrici. Le acque che raggiungo- zando la copertura estesa su tutto il territorio.
no il terreno subiscono destini diversi, dando luogo I valori di surplus idrico riscontrati vengono riclassia fenomeni di evaporazione, traspirazione, ruscel- ficati in cinque classi di vulnerabilità relativa, tanto
lamento, percolazione.
più elevata quanto maggiore è il valore di surplus
Il surplus idrico, definito come la quota di acqua in idrico (tab. 4.4.2):
eccesso nel suolo che può essere coinvolto nei fenomeni di ruscellamento e di percolazione in pro- Carta del Quantitativo delle Acque di Irrigazione.
fondità è un fattore di importanza non trascurabile Le precipitazioni non sono l’unica fonte di apporto
nella valutazione della vulnerabilità all’infiltrazione. idrico ai suoli. Spesso, nell’effettuazione di indagi-
Il territorio del Bacino del fiume Reno, con una superficie complessiva di 4934 Km2, ricade nei limiti
amministrativi delle regioni Emilia Romagna e Toscana, interessando ben 7 province: Bologna, Modena, Ferrara, Ravenna, Prato, Pistoia e Firenze. È
un bacino di rilievo interregionale come identificato
dalla L.18 Maggio 1989 n° 183 (art.15); esso ricade per l’88% circa nel territorio della Regione
Emilia Romagna e quasi il 70% ricade nei limiti amministrativi della provincia di Bologna. La scelta di
questa area di indagine è motivata dal fatto che il
Bacino del Reno può essere considerato un bacino
chiuso, poiché il Fiume Reno delimita il perimetro
nord-occidentale del bacino stesso, ricevendo durante il suo percorso le acque di tutti gli affluenti.
Questa “chiusura” presenta il vantaggio di consentire una delimitazione delle pressioni e degli impatti
delle attività antropiche.
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Sistemi Informativi Geografici
Tabella 4.4.1 Valori della riserva idrica utile del suolo (ST), espressi in mm di acqua, riferiti alle diverse tessiture e profondità (valori di ST arrotondati
alla decina).
Tabella 4.4.2 Valori reali e ponderati in funzione della vulnerabilità
del surplus idrico
ni ambientali si trascurano gli apporti irrigui, che
caratterizzano proprio i periodi in cui la scarsa piovosità renderebbe minimo il pericolo di solubilizzazione e trasporto di sostanze indesiderate in profondità. In molti casi tali interventi non si limitano a
compensare il deficit idrico, ma contribuiscono a
generare surplus, in quanto gli apporti superano le
quantità effettivamente richieste dalle colture.
La stima dei volumi irrigui ha visto considerate le
colture presenti nella rotazione a seminativi tradizionalmente seguita nella pianura bolognese e cioè
frumento, mais, bietola e medica, oltre che colture arboree ampiamente diffuse come pomacee e
drupacee. I dati relativi alle diverse dotazioni sono
stati elaborati a partire da quanto riportato nei documenti aggiornati del Piano di Tutela delle Acque
della Regione Emilia-Romagna, tenendo conto della
quota di superficie investita non irrigua (coefficiente di parzializzazione irrigua). La copetrura relativa
all’uso del suolo è stata riclassificata secondo le
indicazioni riportate in tabella 4.4.3.
Carta della Permeabilità del substrato. La realizzazione di tale documento prevede la riclassifica-
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zione del territorio in ambiti a differente grado di
vulnerabilità, in relazione alla velocità di penetrazione verticale dell’acqua nei suoli e nei litotipi insaturi. E’ infatti evidente che tanto più alta è la velocità
del flusso all’equilibrio, tanto maggiore è il rischio di
inquinamento delle acque sotterranee.
La determinazione della infiltrabilità nei diversi ambiti può essere effettuata mediante indagini infiltrometriche (tab. 4.4.4), oppure ricavata dalle caratteristiche tessiturali dei substrati. Nel presente
lavoro il dato in questione è stato estrapolato analizzando la carta geolitologica della Regione EmiliaRomagna (scala 1:250.000), secondo le indicazioni di tabella 4.4.5.
Carta delle Caratteristiche Pedologiche. Scopo
di tale documento è quello di raggruppare i diversi
tipi di suolo in funzione della loro capacità di trattenere o di lasciarsi attraversare dalle acque. Essa
dipende essenzialmente dalle caratteristiche fisiche e chimiche che ne determinano la struttura;
tra queste la granulometria, il pH, il contenuto in
sostanza organica e la composizione mineralogica
della frazione argillosa.
Capitolo 4.4
La Carta delle caratteristiche pedologiche dell’area di studio (figura 4.4.1) è stata estrapolata
dalla Carta dei suoli della Regione Emilia-Romagna,
redatta alla scala 1:25.000. Il territorio in esame
appare suddiviso in 17 delineazioni pedologiche,
ognuna delle quali è stata riclassificata in relazione
alle caratteristiche dei diversi suoli presenti. Nel
caso di delineazioni comprendenti più tipi di suolo è
stato considerato ed esteso all’intera delineazione
il valore di vulnerabilità più alto tra quelli registrati.
Tabella 4.4.3 Valori reali e ponderatiin funzione della vulnerabilità del quantitativo delle acque di irrigazione
Tabella 4.4.4 Valori reali e ponderati in funzione della vulnerabilità della velocità di penetrazione verticale dell’acqua nei suoli
Tabella 4.4.5 Valori reali e ponderati in funzione della vulnerabilità della velocità di penetrazione verticale dell’acqua nei litotipi insaturi.
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Sistemi Informativi Geografici
Carta dell’Uso del Suolo. Tale tematismo è strettamente correlato alle attività antropiche, le quali
alterano e trasformano profondamente la copertura del suolo, il primo degli “ostacoli” che le acque
incontrano durante l’eventuale processo di percolazione. Le aree più impermeabili risultano quelle
urbanizzate, mentre in campagna il grado di impermeabilizzazione decresce man mano che si passa
da coperture vegetali permanenti a terreni con
coperture stagionali, sino a giungere ad aree del
tutto non protette in quanto prive di vegetazione.
La metodologia di realizzazione della carta ha previsto la fotointerpretazione su ingrandimenti in scala
1:25.000 di fotogrammi del volo Italia ‘94 e successivi controlli sul terreno. Il numero delle classi
di uso del suolo considerate è pari a 26, mentre
l’area minima rappresentata risulta di 150 m per
150 m. Ai fini dell’applicazione delLa modellistica
di indagine è stata operata una riclassificazione
del tematismo secondo una legenda a 5 classi, cui
corrispondono altrettanti valori ponderati di vulnerabilità:
Carta della Profondità dei Livelli Freatici. Tale documento consente di valutare, in base ai valori di
soggiacenza rilevati, la distanza che le acque devono percorrere per raggiungere, dalla superficie del
suolo, la falda freatica.
Ad elevati valori dello spessore interposto tra livelli di falda e superficie topografica corrispondono
bassi valori di vulnerabilità relativa.
La determinazione della piezometria è stata ottenuta sperimentalmente misurando il livello statico
di falda all’interno di pozzi di rilievo rispetto ad un
punto di riferimento quotato in superficie con livellazione topografica, disponendo in tal modo di un
valore riferito al livello del mare. Le serie storiche
delle misure del livello di falda fanno riferimento a
117 stazioni di misura dell’Arpa Emilia-Romagna e
agli anni 1996, 1997, 1998 (rilievi effettuati con
quattro campagne annuali). La cartografia, prodotta nella rappresentazione ad isolinee dell’andamento spaziale del parametro misurato, richiede
una distribuzione dello stesso su di un reticolo
regolare ottenibile a partire dai dati puntuali del
monitoraggio attraverso tecniche di interpolazione
spaziale. Tra le diverse tecniche di interpolazione
a disposizione è stata utilizzata quella nota come
kriging, utilizzata quando i dati presentano una
forte variabilità naturale e basata sull’assunzione
che il parametro che si intende interpolare possa essere trattato come una variabile regionale,
ovvero che tra dati tra loro vicini esista una certa
correlazione spaziale, mentre tra punti distanti vi
sia una indipendenza statistica. Il criterio di ottimo
utilizzato nel kriging non prevede necessariamente l’esatta corrispondenza del valore stimato con
quello disponibile nei punti di misura; la loro differenza può essere calcolata ed utilizzata come indicatore di quanto i dati sperimentali aderiscano alla
superficie interpolante stimata.
La riclassificazione della profondità media dei livelli
freatici in ambiti di vulnerabilità viene effettuata sulla base della seguente tabella:
Tabella 4.4.6 Valori ponderati in funzione della vulnerabilità dell’uso reale
del suolo
Tabella 4.4.7 Valori reali e ponderati in funzione della vulnerabilità della
profondità media dei livelli freatici.
Figura 4.4.1 Carta delle caratteristiche pedologiche riclassificata.
38
Capitolo 4.4
Figura 4.4.2 Carta della profondità dei livelli freatici riclassificata.
4.4.3 Fase di ricomposizione finale:
la Carta della Vulnerabilità
all’Infiltrazione
I valori di vulnerabilità ponderata relativi alle singole
coperture vengono sommati attraverso operazioni
sequenziali di overlay topologico, eseguite nell’ambiente GIS del software Idrisi 32® della Clark University.
Risulta in tal modo possibile giungere ad una valutazione globale della predisposizione del territorio a
lasciarsi infiltrare. Essa viene sintetizzata nella Carta della Vulnerabilità all’Infiltrazione (Fig.3) e distinta
in cinque classi di vulnerabilità, così come indicato:
Tabella 4.4.8 Classi di vulnerabilità.
I valori cumulati ottenuti risultano compresi tra un
minimo di sei ed un massimo di trenta, corrispondente a livelli di vulnerabilità elevati per tutti i tematismi
considerati.
L’area di pianura del bacino del Reno si colloca nel
sistema ambientale della pedecollina e dell’alta pianura bolognese comprendente un sistema di conoidi
alluvionali che si aprono a ventaglio verso la pianura.
Le zone a vulnerabilità all’infiltrazione molto alta si ritrovano lungo il corso dei torrenti ed in particolare
in quelle aree che hanno subito escavazione nel recente passato (0.02%). Alta vulnerabilità caratterizza invece buona parte del territorio, (47%) dominato da terreni fertili, intensamente coltivati, con falde
acquifere di notevole entità e dotate di scarse difese
naturali. Il resto della superficie territoriale presenta vulnerabilità moderata (46%) e nell’ambito della
pianura intermedia risulta caratterizzata da depositi
alluvionali a tessitura fine scarsamente permeabili e
da livelli freatici mediamente profondi.
Figura 4.4.3 Carta della vulnerabilità degli acquiferi per il riutilizzo delle
acque reflue in agricoltura
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