Il fiume Arno: aspetti geografici
I risultati delle indagini Chimiche
Il fiume Arno: aspetti storici
I risultati delle indagini Biologiche
Significato dei parametri di controllo
Studio sull’eutrofizzazione
VIDEO
FIUME ARNO
L'Arno è il principale fiume della
toscana ed il secondo come
importanza dell'Italia centrale.
L’Arno nasce nell'Appennino
tosco-emiliano, dal versante
meridionale del monte Falterona
e da qui defluisce verso sudovest, fino a sfociare nel Mar
Ligure dopo un tortuoso percorso
di circa 240 Km.
Ha un bacino di circa 9.000 kmq
che interessa il territorio di dieci
province della Toscana.
FIUME ARNO
L'Arno ha molti affluenti;
i principali sono:
da destra:
Sieve
Bisenzio
Ombrone pistoiese
Pescia
Usciana
da sinistra:
Canale Maestro della Chiana
Greve
Pesa
Elsa
Ambra
Era
Sorgente
La sorgente del fiume Arno , detta Capo d'Arno, è situata sul Monte Falterona,
sull'Appennino tosco-romagnolo, a quota 1.385 m sul livello del mare. Qui
l’acqua si trova allo stato puro, senza traccia di inquinamento.
FIUME ARNO
Lungo il suo percorso attraversa diverse città e paesi, le più
importanti sono Firenze, Empoli, Fucecchio, Santa Croce
sull'Arno, Pontedera, Cascina e Pisa.
San Giovanni Valdarno
Da qui l’Arno comincia a risentire dell’inquinamento di
origine zootecnica proveniente dalla zona della Valdichiana.
Firenze
Nel capoluogo della nostra regione il fiume presenta un
inquinamento causato soprattutto dalle attività del comparto
tessile della zona di Prato, che arriva in Arno tramite l’affluente
Bisenzio.
E’ inoltre presente anche un inquinamento di tipo civile dovuto a
scarichi parzialmente non depurati.
Empoli
In questa città l’Arno viene inquinato principalmente dagli
scarichi delle varie aziende (agricole, chimiche, ceramiche …) che
sono presenti nelle vicinanze della città.
Santa Croce sull’Arno
In questa zona l’Arno subisce una contaminazione dalle industrie
conciarie.
Gli scarichi idrici attualmente subiscono un trattamento di
depurazione; ciò nonostante vengono ancora scaricate in Arno
un gran numero di sostanze anche di elevata tossicità.
Pontedera
Qui il nostro fiume raccoglie le acque dell’affluente Era.
L’inquinamento è principalmente di origine civile o dovuto
ad attività agricole.
Pisa
La nostra città non contribuisce all’inquinamento dell’Arno
visto che il fiume è ad un livello più alto rispetto alla pianura
circostante.
Foce dell’Arno
La foce è stata recentemente modificata con la realizzazione del
porto turistico
LA PORTATA DEL FIUME ARNO
La portata media annua dell’Arno,
misurata alla foce, è di 110 mc/sec.
Tuttavia, va tenuto presente che l’Arno ha
un regime prevalentemente torrentizio.
Nel periodo estivo la portata del fiume
può scendere anche a valori di qualche
mc/s.
Per contro, in autunno, il fiume è soggetto
a piene assai violente ed impetuose,
anche con portate di 2500 mc/s, spesso
causa di devastanti alluvioni.
Da ricordare il giorno 4 Novembre del
1966 quando il fiume Arno straripò dando
origine alla storica alluvione di Firenze.
LA PORTATA DEL FIUME ARNO
Anche quest’anno le abbondanti piogge hanno causato
l’innalzamento di tutti i corsi d’acqua del bacino e l’Arno a Pisa ha
raggiunto livelli rilevanti.
La portata al colmo è stata stimata superiore ai 1900 mc/s, valore
che rappresenta uno dei valori massimi dopo la piena del ’66.
Indice
INTRODUZIONE STORICA
Molte antiche civiltà sono nate lungo un corso d’acqua,
invogliate all’insediamento proprio dalla presenza di un fiume
con il quale hanno dovuto rapportarsi, costruendo la loro
storia in sintonia con i suoi elementi.
Le pianure intorno all’Arno erano paludose ed estremamente
inospitali; questo spinse le popolazioni ad insediarsi sulle
colline dove inoltre era più difficile per i nemici la conquista.
Un esempio è la città di VOLTERRA che al tempo degli
Etruschi, dei Liguri e dei Romani godeva di un particolare
prestigio.
Con l’arrivo dei Romani le pianure furono bonificate e rese
coltivabili oltre che abitabili, in questo modo fu possibile
edificare grandi città, insediamenti militari e strade come
l’Aurelia.
Inoltre i Romani furono i primi a navigare l’Arno, non solo per
commerciare, ma come via di collegamento dando alla valle
quell’impostazione che mantiene tuttora.
Infine i Romani costruirono porti e campi militari per presidiare
la Toscana e difendersi dai Galli.
Dopo il crollo dell’impero romano le pianure, un tempo
bonificate e coltivate, tornarono ad essere acquitrini e paludi e
anche il porto di Pisa cadde in disuso.
Nel ‘500 e nel ‘600 si sono
stratificati sul territorio della
valle dell’Arno altri interventi
che hanno portato al paesaggio
di indiscutibile bellezza che oggi
conosciamo.
Cambiamenti del corso dell’Arno
Nel corso dei secoli il percorso
dell’Arno ha subito molte
modifiche, anche all’interno della
città di Pisa.
Fra il XVI° ed il XVII° secolo il
suo andamento era più o
meno quello rappresentato
in questa stampa dell'epoca.
Cambiamenti del corso dell’Arno
Già nel 1616 si nota un
appiattimento della curvatura
del tratto che attraversa la
città..
A fine Ottocento, la curvatura
d’ingresso dell’Arno nelle mura
ebbe una ulteriore trasformazione diventando vicina ad un
angolo retto
Cambiamenti del corso dell’Arno
Dal confronto di queste immagini, possiamo notare la differenza
che c’è stata dal XVI secolo ad oggi.
Il cambiamento della foce
La foce dell’Arno è stata
spostata da sud-ovest a nordovest a causa delle forti
mareggiate di libeccio che
impedivano all'acqua di sfociare
in mare durante i periodi di
pioggia.
La forma attuale della foce
dell’Arno, non consente la
sedimentazione dei detriti nei
fondali litoranei, con evidenti
fenomeni di erosione, specialmente in prossimità della foce.
L'erosione della costa pisana
L’erosione della costa pisana si
attua soprattutto durante le
mareggiate e questa peggiora
notevolmente se coincide con la
piena fluviale.
Dopo l'inondazione del 1949,
nel ‘54 fu decisa la costruzione
dello scolmatore dell'Arno che
avrebbe dovuto avere una
portata di 1.400 metri cubi al
secondo, ma tale portata non fu
mai raggiunta.
Nel XVI secolo la zona paludosa intorno a Pisa era molto
estesa.
Nel Settecento il Granduca Pietro Leopoldo moltiplicò le opere
di manutenzione dei canali e furono effettuati alcuni interventi
di bonifica, specialmente nella zona più meridionale, dove fu
aperto il fosso reale.
.
Nel 1928 ci furono nuovi lavori di bonifica.
La pianura intorno a Pisa era paludosa.
Il termine bonifica ricorda tempi lontani,
quando uomini e donne lottavano contro la
malaria,
prosciugando
e
rendendo
coltivabili zone altrimenti paludose e
malsane.
La striscia di terra pianeggiante, situata tra il
Mar Tirreno e i monti Pisani presenta ancora
oggi caratteristiche molto particolari: la
duna costiera è circa 2 - 3 metri sopra il
livello del mare, mentre la pianura interna è
sotto il livello del mare.
Questo dislivello provoca molte difficoltà
quando ci sono precipitazioni eccessive.
Terreni bonificati
Anche la tenuta di S. Rossore, cioè la zona compresa tra Pisa, l’Arno
ed il mare, nel ‘700 viene sottoposta ad un riassetto idraulico e un
disboscamento. Inoltre con delle colmate si aumentarono i terreni
coltivabili.
Nonostante le colmate del ‘700 erano ancora tanti i terreni
paludosi.
Successivamente venne modificato il tratto terminale del Fiume
Morto:
fu scavato un nuovo canale per
consentire un miglior deflusso
delle acque al mare (Fiume Morto
Nuovo).
Il paduletto è l’unica zona ancora
paludosa nella zona di SAN
ROSSORE
Lungarni a Pisa
I LUNGARNI
I Lungarni pisani sono
ampie strade che da una
parte costeggiano antichi
palazzi e dall'altra le
cosiddette "spallette“
Sui Lungarni si affacciano
numerosi e importanti edifici,
come la chiesa di San Sepolcro, il
Palazzo Pretorio, il Palazzo
Lanfranchi, il Palazzo Gambacorti
e la chiesa della Spina.
Durante
la
seconda
guerra mondiale molti
palazzi furono colpiti dai
bombardamenti.
Alcune
"ferite"
sono
ancora sotto l'occhio di
tutti, altre sono state
magnificamente riparate
in tempi recenti.
Anche quasi tutti i ponti
sull'Arno furono distrutti
dai bombardamenti alleati
o dalle mine dei tedeschi
in ritirata..
I ponti sull’Arno a Pisa
Oggi i ponti sull’Arno nella città di Pisa
sono, da monte verso valle: :
 Ponte delle Bocchette
 Ponte della Vittoria
 Ponte della Fortezza
 Ponte di Mezzo
 Ponte Solferino
 Ponte della Cittadella
 Ponte della Ferrovia
 Ponte dell'Impero
 Ponte del CEP
 Ponte dell'autostrada A12
Così chiamato perché corrisponde
idealmente al centro della città è il
più antico ponte di Pisa (e infatti
aveva il nome di Ponte Vecchio).
Nel 1943 fu distrutto dai
bombardamenti e ricostruito dopo
la Seconda Guerra Mondiale.
Il ponte attuale è ad una sola
"luce“.
Dal XVII° secolo il ponte è sede
dell’omonimo gioco, durante il
quale le due contrade pisane
(Mezzogiorno e Tramontana) si
contendono la conquista del Ponte
spingendo un carro finchè una delle
due squadre non riesce a portarlo
nella parte avversaria.
Ponte della Fortezza
Fu gravemente danneggiato durante la piena del
1869, venne prontamente restaurato.
Durante la Seconda guerra mondiale il ponte fu
abbattuto e ricostruito fra il febbraio 1957 e il
giugno 1959.
Ponte della Vittoria
La costruzione fu completata nel 1931, ma crollò la
sera del 22 dicembre 1934, ancora prima di essere
inaugurato
Fu ricostruito dopo qualche anno e distrutto durante la
Seconda Guerra Mondiale;
E’ stato infine ricostruito tra il 1949 e il 1950.
Indice
SIGNIFICATO DEI PARAMETRI
DI CONTROLLO DELLE ACQUE
OSSIGENO DISCIOLTO
• E’ indispensabile alla vita dei pesci e
di ogni altro organismo acquatico;
• L’ossigenazione delle acque è favorita
dalla turbolenza superficiale e
dall’attività
fotosintetica
delle
piante;
• La deossigenazione dipende dalla
decomposizione
del
materiale
organico;
La concentrazione di ossigeno disciolto dipende
anche dalla temperatura dell’acqua.
Deficit di ossigeno
Se le sostanze organiche
sono in quantità eccessiva, i
batteri aerobici possono
consumare tutto l’ossigeno
disciolto:
I pesci e gli altri organismi
acquatici muoiono;
Le
sostanze
organiche
vengono decomposte da
batteri
anaerobici
con
formazione di prodotti tossici
e maleodoranti.
LA BIODEGRADAZIONE DELLE
SOSTANZE ORGANICHE
Sostanze
organiche
contenenti:
C, H, O, N, S, P
Biodegradazione
aerobica
CO3--, H2O,
NO3-, SO4--,
PO4---
Biodegradazione
anaerobica
CH4, NH3,
H2S, PH3
BOD5 (Domanda biologica di ossigeno)
 I batteri presenti nelle acque consumano
ossigeno per decomporre le sostanze organiche;
 Il BOD5 rappresenta il consumo di ossigeno dopo
5 giorni di incubazione del campione di acqua a
20 °C;
 Il BOD5 esprime quindi l’inquinamento del corso
d’acqua da sostanze organiche biodegradabili;
 Tali sostanze derivano soprattutto dagli
scarichi civili e da certi scarichi industriali
COD (Domanda Chimica di Ossigeno)
Nelle acque superficiali, oltre alle sostanze
organiche biodegradabili, possono essere
presenti altre sostanze organiche che si
degradano con difficoltà.
Il C.O.D. rappresenta il consumo di ossigeno
per ossidare chimicamente tutte le sostanze
organiche, è quindi una misura del contenuto
organico di un’acqua.
L’AZOTO NELLE ACQUE
L’ azoto è un elemento indispensabile per la
vita, poiché costituisce gli amminoacidi, i quali,
a loro volta, formano le proteine.
Quindi la presenza di azoto e dei suoi composti
in acqua è riconducibile all’ immissione di
sostanze proteiche.
L’ azoto ammoniacale proviene
dagli scarichi di origine civile
e non (industrie, allevamenti,
ecc.) e nelle acque di un corpo
idrico è indice di inquinamento
recente.
L’AZOTO NELLE ACQUE
L’ azoto ammoniacale viene ossidato tramite i
batteri in nitrito (NO2-) e poi in nitrato (NO3-).
Biodegradazione
Proteine
Ossidazione
parziale
Azoto
ammoniacale
Ossidazione
totale
Nitriti
Nitrati
Nelle acque possono esserci anche batteri
denitrificanti che riducono i nitrati a nitriti
e questi ad azoto molecolare.
Nitrati
Riduzione parziale
Nitriti
Riduzione totale
N2
Nitrati (NO3
-)
I nitrati sono il prodotto finale della decomposizione
delle proteine presenti nell’acqua;
La presenza di nitrati nelle acque rappresenta quindi
un inquinamento non recente delle acque da parte di
sostanze organiche di natura proteica.
Derivano dagli scarichi di origine
civile ed anche dal dilavamento
dei terreni, a causa dell’elevato
uso di fertilizzanti.
Fosforo totale
Il fosforo può essere presente nelle acque come
ione fosfato (PO4---) o come polifosfato
Fosforo
totale
Ione
fosfato
(PO4---)
Polifosfato
Provengono dal dilavamento dei concimi, da
scarichi civili e da
deiezioni animali.
Derivano dall’ uso di
detersivi
Il fosforo rappresenta l’elemento limitante nella
crescita delle piante acquatiche, per cui è il principale responsabile del fenomeno dell’eutrofizzazione.
EUTROFIZZAZIONE DELLE ACQUE
Il fenomeno dell’eutrofizzazione è causato
principalmente da fosforo e azoto.
Essi immessi in acqua
provocano un enorme
sviluppo di alghe che,
decomposte da
batteri, diminuiscono
la quantità di
ossigeno in acqua;
provocando la morte
degli esseri viventi.
pH (concentrazione degli ioni H+)
 Il valore del pH indica il grado di acidità di un corso
d’acqua;
 L’acqua pura contiene ioni H+ e OH- in ugual numero e il
suo pH è pari a 7;
 Se il numero di ioni H+ è maggiore degli ioni OH- l’acqua
è acida e il suo pH è inferiore a 7;
 Se il numero di ioni H+ è minore degli ioni OH-, l’acqua è
basica e il suo pH è superiore a 7 (tra 7 e 14)
 Il pH più adatto per la vita acquatica è compreso tra 7
e8
SALINIZZAZIONE
La salinizzazione consiste principalmente
nell’aumento della concentrazione degli ioni
cloruro; può essere rilevata:
indirettamente misurando
la conducibilità elettrica
direttamente tramite
titolazione dello ione
cloruro
Nel nostro caso, tali determinazioni ci forniscono
informazioni sulla risalita dell’acqua di mare nel
Fiume Arno
LA TORBIDITA’
ED I SOLIDI SOSPESI
E’ dovuta alla presenza di solidi
sospesi (argilla, materiali organici,
ecc.)
Si determina con il
DISCO DI SECCHI
Si tratta di un disco bianco di 30
cm di diametro, che si introduce
lentamente nell’acqua fino a
quando non scompare alla vista
dell’operatore
Indice
I RISULTATI DELLE NOSTRE INDAGINI SUL FIUME ARNO
MISURE DELLA LARGHEZZA e DELLA SEZIONE DELL’ARNO
La misura della larghezza e della profondità del fiume
sono state eseguite con una rotella metrica e con un
filo alla cui estremità era legato un piombo.
Al ponte della fortezza abbiamo rilevato una larghezza
del fiume di 83 metri ed una profondità media di 3,8
metri.
MISURE DI VELOCITA’ e PORTATA DEL FIUME
La velocità è stata calcolata
misurando il tempo necessario ad un'arancia, gettata
al centro del fiume, per
percorrere un determinato
tratto di fiume.
La portata di acqua si ottiene facendo il prodotto tra la sezione del fiume e la
velocità media.
PORTATA DEL FIUME
L'Arno ha un regime torrentizio. La sua portata media, pari a circa 100 m³/s,
può scendere, in estati particolarmente siccitose, anche a valori di pochi
m³/s.
Tuttavia il fiume è soggetto a piene assai violente ed impetuose, spesso
causa di devastanti alluvioni (2.500 m³/s a Pisa nel novembre 1966).
Anche nei primi giorni di febbraio di quest’anno si è avuta un’ondata di piena
dell’Arno che ha tenuto in apprensione la città.
Durante le nostre indagini abbiamo rilevato una portata assai variabile con
valori di 60-70 m³/s nei periodi con scarsità di precipitazioni.
Invece, nei controlli effettuati nei giorni
successivi alla piena abbiamo misurato
una portata idrica superiore a 60-70 m³/s.
I dati analitici relativi ai nostri controlli
mostrano
che
le
caratteristiche
qualitative delle acque (salinità, ossigeno
disciolto, nutrienti, ecc.) dipendono dalle
condizioni climatiche e quindi dalla
portata del fiume.
I RISULTATI DELLE NOSTRE INDAGINI SUL FIUME ARNO (A.S. 2012-2013)
Punto di campionamento
PISA:
ponte della
fortezza
PISA:
ponte della
fortezza
S. Rossore:
cascine nuove
PISA:
ponte della
fortezza
S. Rossore:
cascine nuove
PISA:
ponte della
fortezza
DATA
28/09/12
25/10/12
25/10/12
30/04/13
30/04/13
16/05/13
Larghezza fiume (m)
82,5
83,0
83,0
83,5
Profondità media (m)
3,5
3,6
3,7
3,9
Velocità media (m/min)
13,1
15,0
19,6
37,2
Portata (m3/s)
63,0
74,7
100,3
202
Torbidità (cm)
80
40
35
60
70
Temperatura (°C)
21
18
18
18
15
19
Ossigeno dis. Kit (mg/l)
4,1
6,0
6,8
6,6
5,5
6,8
Ossigeno dis. Sonda
(mg/l)
3,0
6,7
7,3
6,5
6,7
O2 dis. medio (% satura.)
38
65
71
66
6,1
1,6
1,7
2,7
63
B.O.D.5 (mg/l)
75
pH
7,5
7,8
7,9
7,9
1,5
7,6
Conducibilità (mS)
7,95
4,08
10,88
0,75
8,0
0,81
3.120
1.400
4.200
84
0,55
98
NH4+ (mg/l)
0,5
0,5
0,5
0,6
53
NO3- (mg/l)
10
10
8
10
0,5
PO4--- (mg/l)
0,2
0,3
0,5
0,1
0,35
0,09
0,31
Cl-
(mg/l)
NO2- (mg/l)
I RISULTATI DELLE NOSTRE INDAGINI SUL FIUME ARNO (A.S. 2013-2014)
Punto di campionamento
DATA
PISA:
ponte della
fortezza
S. Rossore:
cascine nuove
PISA:
ponte della
fortezza
PISA:
ponte della
fortezza
PISA:
ponte della
fortezza
STIA (AR):
vicino sorgente
Arno
27/09/13
27/09/13
14/02/14
20/03/14
08/04/13
16/05/13
Larghezza fiume (m)
84,0
84,0
83,0
83,5
6-7
Profondità media (m)
3,6
4,6
3,8
3,9
0,5
Velocità media (m/min)
12,7
80,4
22,6
37,2
Portata (m3/s)
64,0
517,8
119
202
Torbidità (cm)
60
55
30
70
70
Temperatura (°C)
23
23
10
14
15
11
Ossigeno dis. Kit (mg/l)
3,0
3,0
6,8
7,7
5,5
9,3
Ossigeno dis. Sonda (mg/l)
2,6
2,7
6,5
5,5
6,7
9,0
O2 dis. medio (% satur.)
34
35
66
6,1
87
B.O.D.5 (mg/l)
1,0
0,8
0,7
1,8
1,5
< 0,5
pH
7,5
7,5
7,5
7,7
7,8
8,3
Conducibilità (mS)
4,00
7,50
0,62
0,73
0,55
0,19
Cl- (mg/l)
1.030
1.096
76
123
53
14
+
NH4 (mg/l)
0,5
0,5
< 0,5
< 0,5
53
NO3-
15
15
3
8
5
0,1
2
0,2
0,3
0,1
0,1
0,2
< 0,1
(mg/l)
PO4--- (mg/l)
-
NO2 (mg/l)
COD (mg/l)
0,05
15
I RISULTATI DELLE NOSTRE INDAGINI SUL FIUME ARNO (Ponte della Fortezza)
DATA
28/09/2012 25/10/2012 30/04/2013 16/05/2013 27/09/2013 14/02/2014 20/03/2014 08/04/2014
MEDIA
Larghezza fiume (m)
82,5
83
83
84
84
83
83,5
83
Profondità media (m)
3,5
3,6
3,7
3,6
4,6
3,8
3,9
3,8
Velocità media (m/min)
13,1
15,0
19,6
12,7
80,4
22,6
37,2
28,7
Portata (m3/s)
63
75
100
64
518
119
202
163
Torbidità (cm)
80
60
60
70
30
70
70
63
Temperatura (°C)
21
18
18
19
23
10
14
15
17
Ossigeno dis. Kit (mg/l)
4,1
6
6,6
6,8
3
6,8
7,7
5,5
5,8
Ossigeno dis. Sonda (mg/l)
3,0
6,7
6,5
2,6
6,5
5,5
6,7
5,4
Ossigeno dis. medio (mg/l)
3,6
6,4
6,6
6,8
2,8
6,7
6,6
6,1
5,7
O2 dis. medio (% satura.)
41
70
72
75
33
61
66
63
60
1,6
2,7
2,0
0,7
1,8
1,5
1,7
B.O.D.5 (mg/l)
pH
7,5
7,8
7,9
7,6
7,5
7,5
7,7
8,0
7,7
Conducibilità (mS)
7,95
4,08
0,75
0,81
4,00
0,62
0,73
0,55
2,44
1850
720
400
360
833
1.030
76
123
53
748
Solidi totali (mg/l)
Cl- (mg/l)
3.120
1.400
84
NH4+ (mg/l)
0,5
0,5
0,6
0,5
< 0,5
< 0,5
0,5
0,5
NO3- (mg/l)
10
10
10
15
3
8
5
9
0,2
0,3
0,1
0,35
0,2
0,1
0,1
0,2
0,2
NO2- (mg/l)
0,09
0,31
0,05
COD (mg/l)
12
PO4
---
(mg/l)
98
0,15
15
14
Ossigeno disciolto
E’ un parametro chimico che esprime la concentrazione di ossigeno
molecolare disciolto in acqua.
Il valore è espresso in mg/L o ppm, oppure in percentuale di saturazione. La
saturazione dell’acqua dipende dalla temperatura.
La concentrazione di ossigeno disciolto in acqua è un indice utilizzato per
valutare il livello di inquinamento di un corso d’acqua.
Un valore molto inferiore al 100 % di saturazione indica che probabilmente è
in atto un inquinamento da parte di sostanze organiche.
OSSIGENO DISCIOLTO
La saturazione di ossigeno diminuisce all'aumentare della temperatura
dell’acqua.
Tramite tabelle o grafici è possibile mettere in relazione la percentuale di saturazione dell'acqua ad una certa temperatura con la concentrazione di ossigeno
disciolto, espressa in mg/l.
Per. es. a 15 °C, un valore di O2 di 8 mg/l corrisponde all’80 % di saturazione
dell’acqua).
I RISULTATI DELLE NOSTRE INDAGINI SUL FIUME ARNO (Ponte della Fortezza)
Ossigeno disciolto (% di saturazione)
80
70
60
28/09/2012
50
25/10/2012
30/04/2013
40
30
20
16/05/2013
27/09/2013
14/02/2014
20/03/2014
10
08/04/2014
0
I valori rilevati mostrano come la qualità delle acque sia abbastanza buona dal
punto di vista dell’ossigeno disciolto; la percentuale di saturazione è quasi
sempre compresa tra il 65 ed il 70%.
Si nota però che il tenore di ossigeno disciolto misurato nel periodo estivo
(settembre 2012 e 2013) è inferiore al 40 % di saturazione. Ciò indica un maggior
consumo di ossigeno e quindi una significativa presenza di sostanze organiche.
I RISULTATI DELLE NOSTRE INDAGINI SUL FIUME ARNO (Ponte della Fortezza)
SALINITA’ DELLE ACQUE
La conducibilità elettrica indica il contenuto di sali disciolti nell’acqua.
Conducibilità (mS)
9.00
8.00
7.00
6.00
5.00
Conducibilità (mS)
4.00
3.00
2.00
1.00
0.00
0
100
200
300
400
500
600
Portata (m3/s)
I dati raccolti mostrano che la conducibilità elettrica è assai elevata quando la
portata del fiume è bassa, cioè con portate inferiori a 60-70 m3/s (periodo
estivo).
Un notevole incremento della salinità è stato rilevato nei controlli eseguiti in
San Rossore (verso la foce).
I RISULTATI DELLE NOSTRE INDAGINI SUL FIUME ARNO (Ponte della Fortezza)
SALINITA’ DELLE ACQUE
Anche la concentrazione dei cloruri è elevata nei periodi di magra del fiume,
con valori che superano anche i 3 g/litro.
Ciò dipende dalla risalita di acque salmastre dal mare, che, evidentemente, nei
periodi di magra del fiume, arrivano sino a Pisa, ad oltre 10 Km dal mare.
I RISULTATI DELLE NOSTRE INDAGINI SUL FIUME ARNO (Ponte della Fortezza)
SALINITA’ DELLE ACQUE
8,000
7,000
6,000
5,000
4,000
Conducibilità (μS)
3,000
Cloruri (mg/l)
2,000
1,000
0
Dal grafico si evidenzia che la conducibilità elettrica dipende dalla
concentrazione dei cloruri; quindi la considerevole salinità che si rileva
con basse portate idriche del fiume è dovuta ad acque provenienti dal
mare.
I RISULTATI DELLE NOSTRE INDAGINI SUL FIUME ARNO (Ponte della Fortezza)
Le analisi eseguite con gli appositi kit, sia pure in modo indicativo, hanno
permesso di evidenziare la presenza di significative concentrazioni di azoto e
fosforo. In particolare, è stata rilevata una concentrazione di azoto
ammoniacale inferiore a 0,5 mg/l e di fosfati intorno a 0,2 mg/l.
La concentrazione dei nitrati è circa 10 mg/l e diminuisce quando aumenta la
portata del fiume, per la diluizione delle acque.
concentrazione NO3-(mg/l)
12
10
8
concentrazione
NO3-(mg/l)
6
4
2
0
28/09/2012
25/10/2012
30/04/2013
27/09/2013
14/02/2014
20/03/2014
08/04/2014
IL PROTOCOLLO GREEN Global Rivers Environmental Education Network
Il protocollo GREEN per l’analisi della qualità delle acque dei fiumi
prevede il calcolo di un indice di qualità (WQI) che permette di
confrontare la qualità delle acque dei fiumi in tutto il mondo.
Questo progetto globale di monitoraggio delle acque dei fiumi,
ideato nel 1986 presso la School of Natural Resources
dell’Università del Michigan, è diffuso in più di 130 paesi al
mondo.
Esso prevede di fare l’analisi di alcuni parametri con kit che si
basano sullo sviluppo di specifiche colorazioni, anziché con
strumenti sofisticati, utilizzando un protocollo unificato e
semplice.
Ciò consente a tutte le scuole impegnate nel monitoraggio dei
fiumi di condividere e confrontare i dati.
IL PROTOCOLLO GREEN PER VALUTARE LA QUALITÀ DELLE ACQUE
L’indice di qualità dell'acqua (WQI) si basa sulla determinazione
analitica di nove parametri:
• Ossigeno disciolto
• BOD5
• Differenza di temperatura
• pH
• Fosfati totali
• Nitrati
• Torbidità
• Solidi totali
• Colibatteri fecali
CALCOLO DELL'INDICE DI QUALITÀ DELLE ACQUE
Per calcolare l’indice di qualità delle acque, che consente di classificare le acque di un
fiume secondo classi di qualità, bisogna convertire i dati analitici in valori confrontabili.
I risultati delle analisi, ognuno dei quali ha specifiche unità di misura, vengono
normalizzati utilizzando curve apposite, cioè trasformati in valori numerici compresi tra 0
e 100, in cui 1 rappresenta il valore peggiore e 100 quello migliore.
Come esempio, si riporta la curva di normalizzazione
per l’ossigeno di saturazione %
Questa presenta il valore massimo in corrispondenza
del 100% di saturazione dell'acqua (condizioni
ottimali) e valori inferiori man mano che ci si
allontana da questa situazione ideale.
Il valore normalizzato si ottiene tracciando una riga
verticale in corrispondenza del valore rilevato fino
ad intercettare la curva. Quindi si legge il valore
normalizzato sull'asse delle ordinate.
Per esempio, in corrispondenza di un valore di
ossigeno di saturazione % pari a 80, il valore
normalizzato è 87.
Questo procedimento viene ripetuto per ognuno
dei 9 parametri indicati.
CALCOLO DELL'INDICE DI QUALITÀ DELLE ACQUE
Moltiplicazione del valore normalizzato per il fattore peso del parametro
Ad ogni parametro è assegnato un fattore peso, che è tanto più alto
quanto maggiore è l’importanza del parametro nel complesso dell’analisi:
come si vede nella tabella, tra i nove parametri indicati, l’ossigeno
disciolto ed i coliformi fecali hanno il peso più alto.
Parametri
Pesi
1. Ossigeno Disciolto
0.17
2. Coliformi Fecali
0.16
3. pH
0.11
4. BOD 5
0.11
5. Diff. Temperatura
0.10
6. Fosfati Totali
0.10
7. Nitrati
0.10
8.Torbidità
0.08
9. Solidi Totali
0.07
Per ogni parametro, il valore
normalizzato viene moltiplicato per il fattore peso.
I valori così ottenuti sono
sommati; si ottiene un valore
compreso tra 0 e 100 che
esprime l'Indice di Qualità.
CALCOLO DELL'INDICE DI QUALITÀ DELLE ACQUE
La tabella che segue mostra come è stato calcolato l’indice di qualità partendo
dai valori medi rilevati durante i nostri controlli, relativamente ai parametri
previsti dal protocollo GREEN .
Parametro
MISURA (media) INDICE (Q-value)
Coefficiente di
peso
Indice x coef. di
peso
Ossigeno disciolto (% saturazione)
60
57
0,17
9,7
BOD5 (mg/l)
1,7
93
0,11
10,3
0
94
0,10
9,4
pH
7,7
92
0,11
10,1
Fosfati totali (mg/l)
0,2
84
0,10
8,4
Nitrati (mg/l)
9
73
0,10
7,3
Torbidità (cm)
63
25
0,08
2,0
Solidi totali (mg/l)
833
20
0,07
1,4
Colibatteri fecali (col./100 ml)
71
48
0,16
7,7
Differenza di temperatura (°C)
INDICE DI QUALITA'
CLASSE DI QUALITA' DELL'ACQUA
66,2
Media
CONFRONTO CON LE FASCE DI QUALITÀ E ATTRIBUZIONE DEL GIUDIZIO DI QUALITÀ
L'Indice di Qualità viene confrontato con una tabella, che vede cinque fasce di
valori, a cui corrispondono altrettanti giudizi: OTTIMO, BUONO, MEDIO, CATTIVO, MOLTO
CATTIVO.
Il giudizio dipende dalla fascia nella quale cade il valore ottenuto.
Nelle rappresentazioni cartografiche è comodo associare un colore, ad ogni fascia di
giudizio.
Fasce di valori
W.Q.I.
90 - 100
Eccellente
70 - 90
Buono
50 - 70
Medio
25 - 50
Cattivo
0 - 25
Molto cattivo
Colore
Nel caso delle nostre indagini sulle acque dell’Arno, i valori medi dei parametri
rilevati indicano un Indice di Qualità di 66, ovvero la qualità dell'acqua può essere
ritenuta di qualità medio-buona.
Tuttavia, se il calcolo di tale indice viene effettuato tenendo conto dei dati rilevati
nel periodo estivo, si ottiene un valore inferiore, intorno a 60, principalmente a
causa del minor tenore di ossigeno disciolto.
RICERCA DI PESTICIDI ORGANOCLORURATI
NELL’ACQUA DELL’ARNO
Abbiamo indagato anche sulla eventuale presenza di pesticidi
organoclorurati nell’acqua dell’Arno prelevata al ponte della
Fortezza.
Questa ricerca è stata effettuata dagli studenti della classe quarta
dell’indirizzo di Biotecnologie Ambientali durante il periodo di
stage nei laboratori del Dipartimento di Chimica e chimica
industriale dell’Università di Pisa.
Procedura sperimentale
La procedura utilizzata ha previsto diverse fasi:
• campionamento
• estrazione con solvente organico
• concentrazione della soluzione
• analisi mediante tecnica gascromatografica.
Campionamento
In data 14 Febbraio è stato prelevato un campione di acqua
superficiale dell'Arno, del volume di 20 litri, utilizzando un
secchio in polietilene.
Il campione è stato prelevato presso il ponte della Fortezza.
Il campione è stato conservato a temperatura ambiente
all'interno di un contenitore in acciaio inox fino al momento
dell'analisi presso i laboratori dell’università.
Estrazione e concentrazione della soluzione
Il campione prelevato è stato diviso in due aliquote di 10 litri e
ciascuna è stata estratta due volte con circa 10ml di esano.
Gli estratti sono stati riuniti, seccati ed infine la fase organica è
stata ridotta a piccolo volume mediante evaporazione sotto
flusso di azoto.
Il campione così ottenuto è stato introdotto nel gas cromatografo.
Analisi GC-MS
L’analisi della soluzione organica ottenuta è stata condotta
usando la gas cromatografia accoppiata alla spettrometria di
massa.
Il gas cromatografo separa le sostanze presenti nel campione
mentre lo spettrometro di massa funziona da rivelatore.
Attraverso questa metodica è stato possibile identificare la
presenza nel nostro campione di due pesticidi :
il dieldrin e il diclorodifenildicloroetilene (ppDDE)
Risultati analisi gascromatografica
Dieldrin
Il Dieldrin è un idrocarburo clorurato; è un’insetticida di per
sé, ma anche un sottoprodotto del pesticida Aldrin.
Sintetizzato per la prima volta nel 1948 da J. Hyman & Co, a
Denver, è stato largamente usato nel controllo degli insetti
dal 1950 al 1974.
Di solito si presenta come una polvere bianca o bruna .
La maggior parte dei suoi utilizzi è stata bandita nel 1987.
Dieldrin
Dato che il dieldrin ha la capacità di bioaccumularsi, non scompare
facilmente dall’ambiente, ma anzi la sua concentrazione aumenta
spostandosi verso l’alto nella catena alimentare.
Il Dieldrin infatti viene classificato come un inquinante organico
persistente (POPs).
Il Dieldrin può avere una serie di effetti pericolosi sull’uomo:
• Diminuisce l’efficienza del sistema immunitario
• Può aumentare la mortalità infantile
• Riduce la capacità riproduttiva
• Può causare il cancro, danni ai reni ed avere effetto teratogeno.
Dieldrin
L’uomo può essere esposto al Dieldrin mangiando molluschi e
pesci contaminati; i bambini attraverso il latte materno.
Dato che la molecola del Dieldrin è estremamente stabile, non
viene degradata facilmente ed ancora oggi si ritrova
nell’ambiente come conseguenza dell’uso che ne è stato fatto
nel passato.
Inoltre il Dieldrin può volatilizzare dai depositi solidi ed essere
redistribuito dalle correnti d’aria andando a contaminare anche
zone molto lontane da quelle in cui è stato utilizzato.
Il fatto che ne siano state trovate tracce nella fauna della zona
Artica dimostra la possibilità di un suo trasporto anche a lunga
distanza dalle regioni dove il Dieldrin è stato usato per
l’agricoltura.
ppDDE
L’1,1-Dicloro-2,2-bis(p-clorofenil) etilene (ppDDE) è presente
nel DDT come impurezza, ma è anche un suo prodotto di
degradazione.
Il DDT è stato usato bandito nell’Unione Europea nel 1986, ma
nel passato è stato molto usato come insetticida per il controllo
della malaria, del tifo e di altre malattie trasmesse attraverso gli
insetti.
ppDDE
Il DDE si trova nell’ambiente soprattutto come risultato della
degradazione del DDT.
Anche il DDE rientra nella lista dei POPs a causa della sua
capacità di persistere nell’ambiente, di dare bioaccumulo e
provocare effetti tossici sia sull’uomo che sull’ambiente.
Come il Dieldrin, il DDE viene assunto dall’uomo soprattutto
attraverso il cibo; una volta assorbito, si ritrova nei tessuti grassi,
nel sangue, nell’urina, nello sperma e nel latte materno.
L’assunzione per via orale di alte dosi di DDE provoca una
intossicazione acuta con danni al sistema nervoso centrale
(CNS) che si manifestano con mal di testa, nausea e
convulsioni.
Inoltre l’EPA ha classificato il DDE nel Gruppo B2 come
probabile sostanza cancerogena per l’uomo.
Indice
I MACROINVERTEBRATI sono piccoli organismi che vivono nei nostri
fiumi.
Sono animali invertebrati la cui taglia è uguale o superiore al millimetro
per cui sono visibili ad occhio nudo e si sono adattati a vivere nei vari
habitat che si ritrovano lungo tutta l’asta del corso d’acqua.
I macroinvertebrati sono ottimi bioindicatori poiché vivendo sotto i
sedimenti o sulla loro superficie e muovendosi poco, non possono
sottrarsi alle sostanze inquinanti, sostanze che, a causa dello scorrere
dell’acqua, non verrebbero ritrovate con le analisi chimiche, ma
lasceranno una traccia in questi organismi uccidendo addirittura le
specie più sensibili
Ponte della Fortezza (Pisa)
A.S. 2012/2013
In questa zona non abbiamo trovato alcuna
specie di macroinvertebrati, probabilmente a
causa della risalita del cuneo salino che rende
l’ambiente non adatto allo sviluppo di questi
organismi.
Valori
I.B.E.
Classe di
qualità
-
-
Data
28/09/2012
-
ARNO PISA
Zona Piagge
A.S. 2013/2014
Allontanandoci un po’ dal Ponte della Fortezza, verso
nord, abbiamo trovato alcuni macroinvertebrati, ma
soltanto pochi individui e appartenenti ai gruppi più
resistenti all’inquinamento: Gammaridi e Chironomidi
Gammaridi
Chironomidi
Data
20/03/2014
1 individuo
4 individui
Valori
I.B.E.
Classe di qualità
4
IV classe
(Ambiente molto
alterato)
Arno Stia (Arezzo)
A Stia (Arezzo), vicino alla sorgente dell’Arno, abbiamo
campionato ed identificato un gran numero di specie e numerosi
individui per la maggior parte dei gruppi, potendo così verificare
l’ottima qualità dell’acqua in quel tratto del fiume.
STIA (AREZZO)
Rhyacophilidae
Gammaridi
Chironomidi
Brachyptera
Ephemerella
Perla
Dinoclas
Ephemera
Athericidae
Baetis
Rhithrogena
Limnophilidae
Brachycontridae
Arno Stia (Arezzo)
Plecotteri
Efemerotteri
Tricotteri
Ditteri
Valori
I.B.E.
Classe di
qualità
5 individui
22 individui
23 individui
2 individui
14
I classe
Data
09/05/2014
(ambiente
non inquinato
o comunque
non alterato
in modo
sensibile)
La valutazione delle condizioni delle comunità di macroinvertebrati
viene quantificata attraverso un indice I.B.E. (Indice Biotico Esteso)
che, opportunamente tradotto, permette di attribuire 5 classi di
qualità al corso d’acqua in funzione del tipo e del numero di gruppi
presenti.
CI SONO 5 CLASSI
DI QUALITA’
INDICE BIOTICO ESTESO
ARNO STIA
ARNO PISA
ZONA “Piagge”
09/05/2014
20/03/2014
BATTERI COLIFORMI
Il gruppo dei Coliformi è costituito da
microrganismi a forma di bastoncello,
Gram negativi, aerobi e anaerobi
facoltativi; essi sono largamente presenti
nel suolo, sugli arbusti, sulle foglie,
nell'aria e nell'ambiente acquatico.
Pertanto se la loro presenza nel caso di
acque potabili é indice di contaminazione,
non riveste un particolare significato se
non quello di indicatore aspecifico nel
caso di acque superficiali.
I Coliformi fecali invece fanno parte di
quella frazione di Coliformi totali che
costituisce un indubbio indice di
contaminazione
fecale
dell'acqua
esaminata. Essi sono presenti nel
materiale fecale ad una concentrazione di
10 milioni di UFC/g.
Per quantificare i coliformi totali e fecali abbiamo usato la tecnica della
Filtrazione su membrana
Coliformi totali Arno Pisa: 97 UFC/100ml
Coliformi fecali Arno Pisa: 71 UFC/100ml
Coliformi totali Stia (Arezzo): 22 UFC/100ml
Coliformi fecali Stia (Arezzo): 2 UFC/100ml
Coliformi fecali
80
70
60
50
UFC/100ml
40
30
20
10
0
Ponte della Fortezza
Indice
Stia
Studio sull’eutrofizzazione
delle acque del fiume Arno
Classi 2° e 3° dell’indirizzo di Biotecnologie Ambientali
LE NOSTRE ESPERIENZE
Abbiamo cercato di mettere in relazione la produzione di
biomassa algale con diversi parametri: concentrazione dei
nutrienti; luce; temperatura; pH; grado di stagnazione.
In tutte le prove abbiamo utilizzato l’acqua del fiume Arno,
tranne che nella prova effettuata per valutare l’importanza
della stagnazione per la quale abbiamo utilizzato l’acqua di un
fosso.
LE PROCEDURE
Nelle fasi iniziale e finale, oltre all’osservazione ad occhio
nudo e al microscopio, abbiamo misurato con i kit
colorimetrici le concentrazioni iniziali dei nutrienti ed il pH.
CHE COSA ABBIAMO SCOPERTO
• con
concentrazioni più alte di nutrienti si ha una maggiore
proliferazione di alghe;
• aumentando la concentrazione di entrambi i nutrienti si ha un
effetto sinergico;
• sembrerebbe esistere un limite oltre il quale un ulteriore
aumento di concentrazione di nutrienti riduce la crescita;
• ad una elevata proliferazione algale corrisponde una
diminuzione delle specie presenti;
• al buio le alghe non crescono e nutrienti e pH rimangono
costanti;
un moderato aumento della temperatura favorisce
l’eutrofizzazione;
• una acificazione delle acque, almeno fino a pH=5, rende
la CO2 più disponibile e favorisce lo sviluppo delle alghe,
viceversa un aumento del pH lo rallenta; anche a pH
intorno a 9 le alghe riescono a sopravvivere, ma si ha una
forte riduzione di biodiversità;
• ad una crescita delle alghe corrisponde sempre una
diminuzione nella concentrazione dei nutrienti ed un
aumento del pH dovuto al consumo di CO2;
• il confronto con l’acqua del fosso ci ha dimostrato come
l’eutrofizzazione sia più marcata nel caso di acque più
stagnanti.
•
da sinistra a destra il
pH diminuisce
Con aggiunta di
fosfati + nitrati
al buio con dosi
crescenti di nitrati