Potenzialità degli acquiferi: la portata ottimale e sostenibile

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Un'opinione molto diffusa relativa alla quantità di acqua che può essere pompata da un acquifero, senza produrre abbassamenti irreversibili, è quella di predisporre un bilancio idrico in condizioni naturali, cioè in assenza di ogni impatto antropico.
Questo volume idrico da riservare alle attività umane è di solito indicato come portata ottimale (safe yield).

Da qualche tempo questo concetto di portata è sostituito da quello di portata sostenibile (per l'ambiente) corrispondente ad una frazione della portata ottimale conservata a beneficio delle acque superficiali. La Figura 1, illustra l'approccio di solito utilizzato per un progetto di sfruttamento delle risorse idriche. Nei paesi più industrializzati che di solito sono anche quelli a regime piovoso più intenso e quindi a maggiore percentuale di ricarica, è in genere considerato corretto, utilizzare un volume di acqua sotterranea che corrisponde all'incirca a quello della porosità efficace del terreno situato tra il livello di massima e quello di minima della falda. In qualche caso tale volume è anche leggermente superiore.
La scelta è dettata dal fatto che in media, ogni anno vengono raggiunti i livelli di massima dell'anno precedente, in condizioni naturali. In realtà non si tiene conto del fatto che la ricarica ed il recapito non sono costanti e raggiungono un equilibrio solo dopo molti anni.
 

sistema acquifero
Figura 1 - Schematizza alcuni fattori principali che determinano le entrate e le uscite di un sistema acquifero. Alle nostre latitudini i livelli di massima della falda vengono in media raggiunti con cadenza annuale ed, infatti, l'anno idrogeologico si considera di circa 12 mesi. Ma su che base consideriamo la media stagionale? Un approccio più conservativo considera anche altre uscite, come l'apporto naturale verso le zone umide, ecosistemi dipendenti da acque sotterranee, flusso di base verso corsi d'acqua o bacini. In questo modo una parte dell'acqua che dovrebbe essere prelevata per l'uso umano viene lasciata a beneficio delle acque superficiali


La quantità di acqua che entra in un'opera di captazione (ad es. pozzo) è fornita da:
  • Un aumento della ricarica dovuta al richiamo a seguito del pompaggio
  • Diminuzione di acqua che lascia l'acquifero (diminuzione del recapito)
  • Ulteriore riduzione dell'acqua contenuta nei pori dell'acquifero (immagazzinamento)

Il clima particolare di una zona può inoltre essere un ulteriore fattore che influenza la sostenibilità e corretta gestione delle risorse idriche sotterranee. Dato che l'utilizzo delle acque sotterranee modifica in qualche modo anche l'ambiente di superficie, l'uomo deve valutare il limite tra il loro utilizzo corretto ed i cambiamenti provocati all'ambiente e fissare un valore oltrepassato il quale, tale modifica è irreversibile.
A mano a mano che si intensifica lo sfruttamento delle risorse naturali, risulta chiaro che acque superficiali e sotterranee sono intimamente collegate tra loro. Un aspetto importante per alcuni acquiferi o sistemi di acquiferi è il grande volume di acque contenuto nell'immagazzinamento e che permette un loro uso come riserve temporanee, un po' come avviene per i bacini idrici superficiali.

Nelle applicazioni pratiche la portata sostenibile (sustainable yield) va quindi intesa come una percentuale, piccola, della ricarica. A livello mondiale, se la ricarica è considerata il 20% delle precipitazioni, l'infiltrazione efficace, cioè il volume idrico che raggiunge l'acquifero è circa il 10% della ricarica. Un valore ragionevole per la portata sostenibile è quindi il 10% della ricarica.
L'esperienza indica che i valori medi, per climi temperati, possono essere intorno al 40% mentre percentuali meno conservative possono arrivare al 70% (Miles and Chambet, 1995; Hahn et al., 1997; Ponce V.M., 2007). Il concetto odierno di portata sostenibile (sustainable yield) rappresenta quindi, un compromesso tra pratica e teoria e dipendente da quelli che potrebbero essere i vantaggi economici immediati, legati ad un particolare uso della risorsa idrica. In pratica valori maggiori del 10% indicano il bisogno di considerare altri fattori oltre a quello del mantenimento della risorsa (Ponce V.M., 2007).

Oggi quindi, la gestione delle risorse idriche sotterranee, parte dal presupposto che i volumi idrici da prelevare debbono essere tali da poter essere mantenuti per un lunghissimo tempo senza causare variazioni irreversibili al sistema.
Per meglio chiarire questo concetto possiamo tenere in considerazione le seguenti tre situazioni di partenza, meglio illustrate in Figura 2 (Ponce 2007):
 

Ricarica e prelievi nelle acque sotterranee
 
  1. Sistema naturale iniziale, in equilibrio e con assenza di prelievi artificiali;
  2. Sistema sfruttato, in pseudo equilibrio, con prelievi moderati a bassa profondità;
  3. Sistema in forte sfruttamento, non in equilibrio, con forti prelievi ad elevata profondità.

Nel primo caso (A), la ricarica media naturale è simile al recapito medio naturale (volume naturale in uscita dal sistema), la ricarica netta è NR = 0 ed il pompaggio Q = 0. In questa situazione la ricarica naturale NR = ND (dove ND è il recapito naturale, natural discharge).

Nel secondo caso con prelievi limitati (B), una parte della ricarica media prelevata (CR, captured recharge) è dovuta all'aumento di alimentazione provocato dal pompaggio (aumenta l'ampiezza del  cono di depressione). Analogamente la quantità del volume di recapito catturata, corrisponde alla diminuzione di volume prodotta dal pompaggio. Il recapito finale (RD = residual discharge) deriva dalla ricarica naturale (NR) meno il volume prelevato (CD). La ricarica netta (NR) è la somma del volume prelevato di ricarica (CR) più la parte di volume di recapito prelevata (CD). La ricarica netta (NR) varia con l'intensità dei prelievi, maggiore è la portata estratta (Q), maggiore è la ricarica netta (NR). In condizioni di prelievo a basso impatto il volume pompato (Q) è quello della ricarica netta (NR).

Nel caso C, di un acquifero in fase di sovrasfruttamento e quindi non in equilibrio, si aggiunge il volume dell'immagazzinamento (CS, captured storage). La ricarica netta (NR) è uguale ai volumi di ricarica e recapito catturati (CR + CD) più quello dell'immagazzinamento (CS)

Maggiore è il livello di sfruttamento, maggiori sono la parte di ricarica catturata (CR) ed il volume di recapito (CD) ed eventualmente quello di immagazzinamento (CS).
Maggiore è quest'ultimo (CS), minore è il volume di recapito residuo (RD) a disposizione.
Dato che tutti gli acquiferi alimentano più o meno le acque superficiali, ne segue che i prelievi intensi vanno ad influire prima o poi sui corpi idrici e sugli ecosistemi che dipendono da acque sotterranee.

Riferimenti bibliografici
Alley, W. M., T. E. Reilly, and. O. E. Franke. (1999). Sustainability of groundwater resources. U.S. Geological Survey Circular 1186
Alley, W. M., and S. A. Leake. (2004). The journey from safe yield to sustainability. Ground Water, Vol. 42, No.1, January-February
Kendy, E. (2003). The false promise of sustainable pumping rates. Ground Water, Vol. 41, No.1, January-February
Miles, J. C., and P. D. Chambet. (1995). Safe yield of aquifers. Journal of Water Resources Planning and Management, American Society of Civil Engineers, Vol. 121, No. 1, January/February, Paper No. 5381
Ponce, V. M. (2006). Groundwater utilization and sustainability. http://groundwater.sdsu.edu
Sophocleous, M. (2000a). From safe yield to sustainable development of water resources - The Kansas experience. Journal of Hydrology, Volume 235, Issues 1-2, August
Theis, C. V. (1940). The source of water derived from wells: Essential factors controlling the response of an aquifer to development. Civil Engineering, Vol 10, No. 5, May

 

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