I.T.I.S. “L.Nobili” Liceo ScientificoTecnologico Sperimentale “Brocca” Classe Quinta L Anno Scolastico 1998-1999 AREA DI PROGETTO In collaborazione con l’Azienda Regionale Prevenzione e Ambiente Progetto interdisciplinare di osservazioni, prelievi, misure ed analisi rivolte alla valutazione della qualità ambientale di un corso d’acqua. Discipline interessate: Fisica Misura della Portata, comportamento idraulico del corso d’acqua. Scienze della Terra Geomorfologia del territorio e dinamica dei bacini idraulici torrentizi. Scienze Naturali Caratteristiche ambientali, zoologiche e botaniche del corso d’acqua. Microbiologia Prelievo dei campioni e individuazione della carica batterica. Chimica Prelievo dei campioni e misura dei parametri qualitativi fondamentali. Articolazione del Progetto • Presso laboratori I.T.I.S. Fine Aprile • Prima uscita in campagna – – – – Ricognizione dell’area Ricognizione del percorso Misura della portata Prelevamento dei campioni per gli esami microbiologici • Seconda uscita in campagna – Compilazione delle schede di valutazione ambientale – Osservazione e prelievo di macro - invertebrati. – Prelevamento dei campioni per gli esami chimici • Presso laboratori A.R.P.A. (in due gruppi operativi) – Determinazione: – Ammoniaca – Nitrati – Fosfati – Ossigeno disciolto. – Chimica • BOD • BOD5 • COD – Biologia • Coli Totali • Coli Fecali • Osservazioni sugli invertebrati prelevati • rilevo botanico – Scienze della Terra • Valutazione delle schede di rilevamento ambientale – Fisica • Elaborazione calcolo della portata • Discussione sulla precisione del metodo utilizzato. – Informatica • Elaborazione testi e grafica. Misura della portata Q = Av Viene stimata in tre punti, nell’alveo dei due “confluenti” La Vezza e Arianna e, a valle della confluenza, nel del Rio Acqua Chiara. Si sono misurate le sezioni di scorrimento dei corsi d’acqua e si è poi ricavata la velocità della corrente, cronometrando il percorso di un galleggiante su distanze note, tra due sezioni rilevate. Valutazione della Portata, Sezione n.1 RIO ARIANNA Immediatamente a valle del laghetto irriguo di Monterampino il Rio Arianna, confluente da sinistra nel Rio Acqua Chiara, invia in esso le sue acque passando attraveso un manufatto scolmatore con una vasca di raccolta che termina in uno stramazzo. Poiché la sezione idraulica del manufatto nel punto di stramazzo era accessibile e misurabile si era pensato di valutare la portata del Rio Arianna in quel punto. Ci si è però accorti all’atto pratico che la velocità dell’acqua chiamata allo stramazzo nella vasca di raccolta non era così facilmente misurabile con l’uso di un galleggiante come poteva apparire in un primo momento: infatti l’acqua, proveniente dal canale scolmatore, fortemente inclinato, entrava nella vasca di raccolta da un piccolo stramazzo generando nella vasca un flusso sotterraneo irregolare e turbolento, non percepibile in superficie dove l’acqua sembrava muoversi in modo molto lento. Il flusso di subalveo è poi costretto ad emergere per superare la “chiamata” della bocca a stramazzo manifestando la propria velocità soltanto in un breve tratto finale che precede di alcuni decimetri il salto dell’acqua dalla bocca stessa. Si è proceduto al rilievo della altezza dell’acqua alla sezione di chiamata della bocca a stramazzo ottenedo la seguente serie di valori: h. Altezza acqua in cm. Distanza progressiva dal lato sinistro dello stramazzo in cm. 0.5 0 1 40 1 80 1.5 120 2 150 2.5 200 3 240 3 280 L’area della sezione idraulica individuata risulta dalla formula: 2 S=(1..7) (hi + h i+1) l/2 = (0.5+1 + 1+1 + 1+1.5 + 1.5+2 + 2+2.5 + 2.5+3 + 3+3)x 40/2= cm 510 Come altezza media dell’acqua alla sezione di chiamata potremo quindi assumere il seguente valore: h med. = S/L 510/280 = cm 1,8 La teoria delle “luci a stramazzo” senza contrazione laterale consente di valutare, pur con certa approssimazione, il valore della corrispondente portata, conoscendo la lunghezza della soglia L e l’innalzamento del livello del fluido in movimento sopra di essa. (c.fr G.Supino, “Idraulica Generale”, pp. 112-113) Q = L h 2g (3/2h-h) = = S gh = 0,051 9,80,018 = 0,0214 m3/sec = 21,4 l/sec. Questo valore concorda con quello ottenibile per differenza tra le misure della portata del Rio Acqua Chiara e quello del confluente di destra Rio Lavezza: Q = 24,3 – 4,3 = 20,0 l/sec. Oltre alle incertezze da attribuire agli inevitabili errori di misura e alle corrispondenti approssimazioni, non è superfluo ricordare che una parte del fluido trasportato può essere assorbita dal materasso di ghiaie e sabbie su cui i corsi d’acqua hanno scavato il proprio alveo; nel nostro caso si tratterebbe di un modesto assorbimento a regime di circa 1,4 l/sec. Misurazione della Portata nella sezione n.2 RIO ACQUA CHIARA L’intervento è stato possibile grazie alla individuazione di un tratto sufficientemente regolare situato circa 200 m a valle della confluenza tra Rio Lavezza (da destra) e Rio Arianna (da Sinistra). La distanza tra le due sezioni rilevate, lungo la quale si è misurato il tempo di percorrenza di un galleggiante è risultata mediamente di 298 cm. Le sezioni rilevate risultano come descritte in figura: Il transito dei galleggianti tra le due sezioni è avvenuto per cause accidentali con tempi assai variabili. I risultati più frequenti compresi tra 9,8 sec. e 10,4 sec. indicano come più verosimile un tempo medio di 10,1 sec. Il calcolo del valore della sezione media da utilizzare per la determinazione della portata si ricava applicando ai dati di rilevamento la formula: S1 =(1..n) (hi + h i+1) l/2 = (0+6,5 S2 =(1..n) (hi + h i+1) l/2 = (0+6,5 2 cm2 717 2 8,5+7 ) 20/2 +10/2(7+0) = cm 933 + 6,5+8 + 8+7,3 + 7,3+6,3 + 6,3+4 + 4+4,5 ) 20/2 +10/2(5+0) = + 6,5+7,9 + 7,9+9 + 9+9,5 + 9,5+8,5 + 2 Smed. = (717+933)/2 = cm 825 pari a m 0,0825 La velocità media dell’acqua viene quindi calcolata in base al rapporto tra la distanza media percorsa tra le due sezioni e il tempo medio cronometrato di 10,1 secondi. V= S/t m 2,98/10,1 = 0,295 m/s La portata risulterà quindi dal prodotto dell’area della sezione con la velocità media calcolata. Q = vS = 0,295 0,0825 = 0,02434 m3/s E poiché in un m3 ci sono 1.000 litri moltiplicando per 1.000 ottengo il valore in l/s Q = 24,3 l/s (+- 0,5 litri) Misurazione della Portata nella sezione n.3 RIO LAVEZZA Il flusso dell’acqua in questo corso d’acqua era particolarmente esiguo ma poco a monte della confluenza con il il Rio Arianna nel Rio Acqua Chiara è stato possibile individuare un tratto adatto alla misura nel quale come nel precedente caso del Rio Acqua Chiara, si sono misurate due sezioni idrauliche a distanza nota, lungo la quale si è cronometrato il tempo di percorrenza di un galleggiante. Il tempo medio di percorrenza del galleggiante, su una lunghezza media di m. 2,36 è stato di 28,7 secondi. Applicando poi le formule già illustrate nel caso precedente si è calcolata una superficie media della sezione idraulica pari a m2 0,053 Quindi: V= S/t m 2,36/28,7 = 0,0822 m/s La portata risulterà quindi dal prodotto dell’area della sezione con la velocità media calcolata. Q = v S = 0,053 0,0822 = 0,00436 m3/s E poiché in un m3 ci sono 1.000 litri moltiplicando per 1.000 ottengo il valore in l/s Q = 4,4 l/s (+- 0,3 litri /s) Laboratorio di Chimica dell’I.T.I.S. “L.Nobili” (RE) BOD BOD5 COD Laboratori dell’A.R.P.A. Azienda Regionale Prevenzione e Ambiente • Determinazione: »Ammoniaca, »Nitrati »Fosfati. »Ossigeno disciolto METODOLOGIA PER LA DETERMINAZIONE DEI FOSFATI NEI CAMPIONI RACCOLTI. Il fosforo si presenta nelle acque naturali e di scarico legato in un vario numero di composti, come ad esempio : ortofosfati, pirofosfati, polifosfati e in una serie di composti organici. Per realizzare l’analisi che andrà a determinare la presenza totale dei suddetti elementi nel campione dovremo trasformarli in ortofosfati tramite reazioni di ossido riduzione utilizzando l’acido ascorbico come riducente e il blu di molibdeno come agente indicatore della presenza di fosforo. Il procedimento che andremo a esemplificare sarà in grado di rilevare il fosforo contenuto in tutti i tipi di acque naturali in un intervallo di concentrazione che va da 0,03 a 0,3 mg/l. Nel caso in cui il campione, dopo aver subito il processo che seguirà, non presenti il viraggio di colore si potrà concludere che la concentrazione è inferiore al limite indicato; al contrario il superamento della concentrazione massima comporterà un viraggio verso un blu “impenetrabile” non analizzabile con le apparecchiature descritte in seguito. Metodologia Come prima cosa bisognerà effettuare una filtrazione dei campioni su membrana da 0,45 m esente da fosfati, inoltre non dovremo eseguire alcuna diluizione dal momento che non ci aspettiamo di trovare concentrazioni di fosforo particolarmente elevate. Utilizzando delle pipette tarate trasferiamo 100 ml di ogni campione in matracci e quivi abbiamo aggiunto 10 ml di reagente misto agitando il tutto. Per ottenere 500 ml di reagente misto bisogna mescolare: -100 ml di soluzione di molibdato d’ammonio; -250 ml di acido solforico; -100 ml di acido ascorbico; -50 ml di tartrato di antimonio e potassio. Dopo l’aggiunta in circa 10 minuti avverrà all’interno delle soluzioni la reazione che porterà alla colorazione dei campioni: nell’ambiente acido creato dall’H2S04 agli ioni ortofosfato reagiranno col molibdato d’ammonio ed il tartrato di ossido di antimonio e potassio formando un eteropoliacido che viene ridotto dall’acido ascorbico a blu di molibdeno che darà alla soluzione una colorazione azzurra più o meno intensa a seconda della concentrazione più o meno elevata del fosforo. Abbiamo anche preparato altre due ulteriori soluzioni denominate “bianco” e “standard” rispettivamente costituite da acqua distillata e da una soluzione a concentrazione nota di fosforo. Lo scopo della preparazione di questi due elementi valutativi è quello di fornire un riferimento al momento della determinazione dell’assorbanza tramite spettrofotometria e per controllare il corretto funzionamento dello strumento. A questo punto avremmo dovuto procedere secondo il metodo precedentemente descritto ma, i nostri campioni, hanno presentato una colorazione troppo debole rispetto alla precisione dei nostri apparecchi, portandoci a concludere che il contenuto fosforico delle nostre acque era inferiore a 0,03 mg/l; non abbiamo quindi proceduto tramite analisi spettrofotometrica Valutazione della Qualità Ambientale Viene attuata mediante la compilazione di schede descrittive con attribuzione di punteggi oggettivi ottenuti rispondendo a quesiti chiusi a scelta multipla. •RCE semplificato (Riparian, Channel, Environment) - Naturalità alveo, vegetazione riparia, ampiezza zona riparia, integrità, stabilità della vegetazione, territorio circostante. •IAR (Impatto Ambientale Ripario)- Distanza colture, sviluppo colture, tipologie agrarie, attività antropiche di impatto ripariale, insediamenti, viabilità, attività antropiche nel territorio, tipologia degli insediamenti. Rio Arianna, dal manufatto del Laghetto di Monterampino alla confluenza con il Rio Lavezza nel Rio Acqua Chiara. (RCE) Punti 80 (IAR) Punti 82 RCE - IAR = -2 SUFFICIENTE Rio Acqua Chiara dal Ponte sulla via …….. Alla confluenza con Rio Arianna e Rio Lavezza: (RCE) Punti 37 (IAR) Punti 73 RCE - IAR = -36 SCARSO Rio Lavezza tratto a monte della confluenza con Rio Arianna nel Rio Acqua Chiara. (RCE) Punti 37 (IAR) Punti 73 RCE - IAR = -36 SCARSO Analisi Microbiologiche Ricerca dei Coliformi Totali Ricerca dei Coliformi Fecali Osservazioni Biologiche Ricerca di macroinvertebrati Laboratorio di Biologia e Microbiologia I.T.I.S. ”L.Nobili” Osservazioni Botaniche • Vegetazione spontanea arboreo-arbustiva osservata lungo gli alvei in prossimità dei punti di monitoraggio. – Sambuco, Sanguinella, Rovo, Robinia, Olmo, Acero, Quercia, Noce, Pioppo, Gelso.