Un modello per la stima della capacità autodepurativa di un corpo idrico superficiale. Applicazione al caso di studio di un bacino scolante in Laguna di Venezia.
Autore
Roberto Galvanelli - Università degli Studi di Padova - [2004-05]
Documenti
Abstract
Nel corso degli anni le attività umane hanno provocato un sensibile aumento del flusso di nutrienti (principalmente azoto e fosforo) che viene depositato sul suolo e da qui trasportato verso la rete idrica superficiale e sotterranea per raggiungere infine le zone marino-costiere quali la Laguna di Venezia.
Il sistema idrografico della Laguna di Venezia occupa circa 2500 km2, dei quali quasi 2000 km2 costituiscono il bacino scolante. Il sottobacino Adige-Bacchiglione è stato utilizzato per la calibrazione del modello, mentre il sottobacino del Vela per la sua validazione.
Le lagune sono ecosistemi di transizione particolarmente sensibili, ed un eccessivo apporto di nutrienti può portare al degrado delle acque e a problemi di eutrofizzazione delle stesse. Risulta dunque importante disporre di uno strumento capace di valutare i carichi inquinanti scaricati in laguna dal cosiddetto bacino scolante. Per far questo è necessario costruire un bilancio di nutrienti completo che consideri i carichi residui, i carichi scaricati e, argomento di questa tesi, le quantità di nutrienti rimosse lungo la rete idrica superficiale.
Due sono stati i principali processi ritenuti responsabili della rimozione permanente dei nutrienti: la denitrificazione per l’azoto e il seppellimento negli strati profondi dei sedimenti per il fosforo.
La stima della capacità autodepurativa di un corpo idrico è possibile sono se basata su un consistente set di dati, per questo spesso si ricorre all’uso di modelli matematici. Il modello matematico di riferimento, proposto da Behrendt e Opitz (2000), è il seguente:
Con: S = carico scaricato (ton/anno) 11SRxβα=+⋅
R = carico residuo (ton/anno)
x = variabile che regola la rimozione di nutrienti
α, β = coefficienti di calibrazione.
È stato elaborato un primo modello per l’azoto e per il fosforo, sostituendo alla variabile x rispettivamente il carico idraulico, rapporto tra deflusso superficiale e area bagnata, e il runoff specifico, rapporto tra deflusso superficiale e area del bacino. Successivamente si è aggiunta la dipendenza dalla temperatura per quanto riguarda l’azoto e dalla concentrazione di fosforo totale per il fosforo. La calibrazione è stata effettuata prima con dati annuali e poi con dati mensili. Il grado di correlazione tra le variabili è stato valutato tramite il coefficiente di correlazione per ranghi di Spearman, mentre la bontà della simulazione è stata valutata tramite il coefficiente di efficienza di Nash and Sutcliff.
Dai risultati dello studio è emerso come la rimozione di azoto possa essere efficacemente descritta in funzione del carico idraulico. Il passaggio a dati mensili porta ad una migliore capacità di simulazione. L’introduzione del termine di temperatura non comporta invece significativi miglioramenti al modello, probabilmente a causa della differenza tra la scala temporale del modello e scala temporale caratteristica del processo di denitrificazione. La rimozione di fosforo può essere descritta efficacemente in funzione del solo runoff specifico, ed anche in questo caso il passaggio alla scala mensile ha portato significativi miglioramenti. L’applicazione a bacini diversi da quello di calibrazione richiede tuttavia ulteriori verifiche.
Bibliografia:
Behrendt, H., Opitz, D., 2000. Retention of nutrients in river system: dependence on specific runoff and hydraulic load. Hydrobiologia 410 (0), 111-122.
Il sistema idrografico della Laguna di Venezia occupa circa 2500 km2, dei quali quasi 2000 km2 costituiscono il bacino scolante. Il sottobacino Adige-Bacchiglione è stato utilizzato per la calibrazione del modello, mentre il sottobacino del Vela per la sua validazione.
Le lagune sono ecosistemi di transizione particolarmente sensibili, ed un eccessivo apporto di nutrienti può portare al degrado delle acque e a problemi di eutrofizzazione delle stesse. Risulta dunque importante disporre di uno strumento capace di valutare i carichi inquinanti scaricati in laguna dal cosiddetto bacino scolante. Per far questo è necessario costruire un bilancio di nutrienti completo che consideri i carichi residui, i carichi scaricati e, argomento di questa tesi, le quantità di nutrienti rimosse lungo la rete idrica superficiale.
Due sono stati i principali processi ritenuti responsabili della rimozione permanente dei nutrienti: la denitrificazione per l’azoto e il seppellimento negli strati profondi dei sedimenti per il fosforo.
La stima della capacità autodepurativa di un corpo idrico è possibile sono se basata su un consistente set di dati, per questo spesso si ricorre all’uso di modelli matematici. Il modello matematico di riferimento, proposto da Behrendt e Opitz (2000), è il seguente:
Con: S = carico scaricato (ton/anno) 11SRxβα=+⋅
R = carico residuo (ton/anno)
x = variabile che regola la rimozione di nutrienti
α, β = coefficienti di calibrazione.
È stato elaborato un primo modello per l’azoto e per il fosforo, sostituendo alla variabile x rispettivamente il carico idraulico, rapporto tra deflusso superficiale e area bagnata, e il runoff specifico, rapporto tra deflusso superficiale e area del bacino. Successivamente si è aggiunta la dipendenza dalla temperatura per quanto riguarda l’azoto e dalla concentrazione di fosforo totale per il fosforo. La calibrazione è stata effettuata prima con dati annuali e poi con dati mensili. Il grado di correlazione tra le variabili è stato valutato tramite il coefficiente di correlazione per ranghi di Spearman, mentre la bontà della simulazione è stata valutata tramite il coefficiente di efficienza di Nash and Sutcliff.
Dai risultati dello studio è emerso come la rimozione di azoto possa essere efficacemente descritta in funzione del carico idraulico. Il passaggio a dati mensili porta ad una migliore capacità di simulazione. L’introduzione del termine di temperatura non comporta invece significativi miglioramenti al modello, probabilmente a causa della differenza tra la scala temporale del modello e scala temporale caratteristica del processo di denitrificazione. La rimozione di fosforo può essere descritta efficacemente in funzione del solo runoff specifico, ed anche in questo caso il passaggio alla scala mensile ha portato significativi miglioramenti. L’applicazione a bacini diversi da quello di calibrazione richiede tuttavia ulteriori verifiche.
Bibliografia:
Behrendt, H., Opitz, D., 2000. Retention of nutrients in river system: dependence on specific runoff and hydraulic load. Hydrobiologia 410 (0), 111-122.
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