UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI PAVIA
Facoltà di Ingegneria
Dipartimento di Ingegneria Idraulica e Ambientale
L’uso irriguo delle acque
regolate dal lago di Como
Prof. Ing. Mario Fugazza
Premessa
I grandi laghi subalpini, aventi una complessiva capacità utile di 1.342
hm3 e gli invasi artificiali lombardi, la cui capacità è di circa 845 hm3,
influenzano sensibilmente la disponibilità della risorsa idrica per
l’industria e l’agricoltura, da sempre elemento essenziale per l’economia
della regione;
In particolare, la regolazione dei cinque maggiori laghi lombardi consente
la rimodulazione dei deflussi alpini creando le cosiddette “acque nuove”
per le esigenze di una utilizzazione non solo agricola.
Le crisi idriche che si sono verificate recentemente nel bacino padano e
che potrebbero riprodursi con frequenza sempre maggiore se i previsti
scenari di cambiamento climatico si avverassero, hanno evidenziato
l’esigenza di programmare nel modo più razionale la gestione di questa
risorsa.
Rete idrografica naturale e principali canalizzazioni irrigue in Lombardia
Rete totale: 17.179 km
Rete irrigua: 12.300 km (71,6%)
Rete bonifica: 2.388 km (13,9%)
Rete promiscua: 2.491 km (14,5%)
La gran parte dei prelievi irrigui, non avviene dal
fiume Po, ma dal sistema dei sottobacini, con
particolare riferimento a quelli della Dora Baltea e
Riparia e del Sesia nell’Alto bacino, e ai sistemi
dei grandi laghi lombardi e relativi emissari nel
Medio bacino.
Le produzioni irrigue rappresentano il
59% della SAU nel bacino padano
Tre colture, mais da granella (32,50%),
riso (14,48%) e foraggere avvicendate
(38,29%) occupano circa l’85% della
SAU irrigua,
In queste aree l’irrigazione avviene
essenzialmente per tramite di impianti
collettivi di bonifica e irrigazione,
Sistemi irrigui
Prevale lo scorrimento (52%), per ragioni storiche (buona disponibilità idrica) ma
anche tecniche, (rete a cielo aperto con doppia funzione di bonifica e irrigazione).
Il secondo sistema è l’aspersione (24%), che in diverse aree si accompagna a
sistemi di irrigazione localizzata.
la sommersione permane nelle aree risicole ma l’acqua utilizzata va a contribuire al
ricarico della falda sotterranea, rientrandonel ciclo di riutilizzo della risorsa
Principali canalizzazioni realizzate
nella Lombardia centrale
Situazione al 1970
Portata max. richiesta nel periodo estivo 225 m3/s, nel periodo invernale 38 m3/s
Potenza nominale complessiva 77.729 kW, produzione media annua 510,3 GWh
Salto totale 78,3 m , portata massima utilizzabile dagli impianti 160 m3/s
Situazione attuale
Con riferimento ai volumi irrigui prelevati
per sottobacino, emerge che in Lombardia
è il sistema Adda‐Brembo‐Serio
a mettere a disposizione i maggiori quantitativi,
con il 20% del volume prelevato totale.
In particolare dal solo fiume Adda
si prelevano 3,31 miliardi di m3 annui.
Il Bacino idrografico del Lario
Superficie del bacino imbrifero alla diga di Olginate km2 4552
Superficie del lago di Como km2 145
I deflussi dell’Adda prelacuale sono regolati da 20 serbatoi stagionali
La complessiva capacità degli invasi idroelettrici è andata progressivamente aumentando
fino a raggiungere l’attuale valore di circa 369 hm3 in Valtellina e di circa 510 hm3 per l’intero
bacino versante nel Lario
Il deflusso medio annuo naturale a Fuentes, ricostruito mediante deregolazione sul periodo
1959-2000 (Malusardi, Moisello 2001), è stato stimato in 4991 Mm3.
Il rapporto tra volume invasabile e deflusso annuo medio è di circa il 7 %
La capacità dei serbatoi è pari al 7 % del deflusso annuo dell’Adda prelacuale ed è ben
superiore alla capacità di regolazione del lago di Como, che è di 264 hm3.
SERBATOIO
SAN GIACOMO DI FRAELE
CANCANO
VAL GROSINA
FRERA
SCAIS
ALTO MORA
LAGO DI TRONA
LAGO VENINA
LAGO PESCEGALLO
LAGO INFERNO
LAGO PUBLINO
CAMPO MORO
ALPE GERA
Quota
Coronamento
(m slm)
1951.5
1902.0
1212.5
1486.0
1496.0
1548.3
1808.0
1824.0
1863.3
2088.0
2135.0
1969.5
2128.0
SOTTOBACINO
Superiore
Superiore
Superiore
Centrale Orobico
Centrale Orobico
Centrale Orobico
Centrale Orobico
Centrale Orobico
Centrale Orobico
Centrale Orobico
Centrale Orobico
Centrale Retico
Centrale_Retico
Sup.
Bacino
(km2)
16.96
32.32
60.64
8.39
17.45
0.89
2.86
1.54
0.92
27.98
5.26
39.9
35.05
Volume
3
(Mm )
Corso
d’acqua
64
124.1
1.34
11.19
9.06
4.17
5.35
5.18
1.1
50.1
0.84
10.75
68.1
ADDA
ADDA
ROASCO
VENINA
CARONNO
INFERNO
BITTO G
LIVRIO
BITTO G
BELVISO
MORA
CORMOR
CORMOR
Principali invasi presenti in Valtellina
Sup. Bacino
(Km2 )
Volume
(Mm3)
Quota Coronamento
(mslm)
Corso d’acqua
CARDENELLO
22.87
32.56
1903.5
LIRO
STUETTA
22.75
32.56
1903.5
LIRO
LAGO TRUZZO
9.04
14
2088.5
TRUZZO
ISOLATO
67.65
1.76
1248.5
LIRO
ALBIGNA
20,5
70
2121.0
MERA
SERBATOIO
Principali invasi presenti in Valchiavenna e ValBregaglia
PRIMO EFFETTO DEI SERBATOI: la modulazione del deflusso
L’acqua viene immagazzinata nei serbatoi
da maggio a settembre (compresi)
e restituita da ottobre ad aprile (compresi).
Adda a Fuentes anni 1990-1991
500
La frazione del deflusso totale naturale
trattenuta temporaneamente nei serbatoi è
comunque limitata ed è dell’ordine del 6 %
Differenza tra i deflussi mensili medi sul periodo 1959-2000
Portata giornaliera m 3s-1
450
Adda a Fuentes
400
350
300
250
200
150
100
50
150
0
01/01/1990
01/01/1991
01/01/1992
100
140.00
50
Alpe Gera
Cancano
120.00
br
e
br
e
em
di
c
no
ve
m
ot
to
br
e
br
e
ag
os
to
lu
gl
io
gi
ug
no
ag
gi
o
m
ap
ril
e
ar
zo
100.00
Volume (Mm3)
-100
se
tte
m
-50
m
o
fe
bb
ra
io
0
ge
nn
ai
Deflusso (Mm3)
Volumi invasati nei serbatoi di cancano e Alpe Fera
N-Reg
80.00
60.00
40.00
20.00
0.00
01/01/1989
01/01/1990
01/01/1991
01/01/1992
31/12/1992
31/12/1993
31/12/1994
31/12/1995
30/12/1996
SECONDO EFFETTO DEI SERBATOI: la modulazione dei massimi e dei minimi
La regolazione diminuisce il valore dei massimi e aumenta
quello dei minimi:
Sulla distribuzione dei massimi annuali di portata nei diversi
mesi dell'anno la regolazione ha un effetto piuttosto modesto,
mentre ha un effetto consistente sulla distribuzione dei minimi.
se ci si riferisce al valore medio giornaliero la diminuzione del
massimo è del 9.5 % e l’aumento del minimo è di circa il 52%
del valore naturale
Massimi annuali della portata media giornaliera
45
40
Differenza fra il valore regolato e il valore naturale
35
in % del valore naturale
30
%
120.00
Regolato
25
20
Minimo
100.00
Naturale
15
Massimo
10
80.00
5
br
e
m
m
br
e
di
ce
br
e
ve
no
se
tte
ot
to
to
m
br
e
io
os
ag
no
lu
gl
o
gi
ril
e
gi
ug
m
ag
ap
o
Minimi annuali della portata media giornaliera
0.00
35
9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41
-20.00
30
Naturale
25
Regolato
%
20
15
10
5
br
e
m
m
br
e
di
ce
ve
br
e
ot
to
tte
se
no
to
m
br
e
io
os
ag
no
lu
gl
o
gi
o
ril
e
gi
ug
m
ag
ap
m
ar
br
ai
zo
0
fe
b
7
o
5
na
i
3
nn
1
-40.00
m
ar
o
br
ai
na
i
fe
b
nn
ge
20.00
ge
%
40.00
zo
0
60.00
Per fornire il supporto agli studi di pianificazione dell’uso delle risorse idriche,
nell’ambito del progetto RICLIC-WARM (Regional Impact of Climatic Change
in Lombardy Water Resources) promosso dalla Fondazione Lombardia per
l’Ambiente e dalla Università di Milano Bicocca, sono stati messi a punto dal
Dipartimento di Ingegneria Idraulica e Ambientale dell’Università di Pavia due
strumenti operativi.
Il primo è un modello di generazione stocastica di serie temporali di
precipitazione e temperatura che simula le fluttuazioni climatiche a lungo
termine.
Il secondo è un modello di formazione e trasferimento dei deflussi
decadici in bacini montani di medie dimensioni che riproduce l’accumulo e lo
scioglimento della neve e considera il contributo dei ghiacciai al deflusso e la
regolazione degli invasi artificiali presenti nel bacino.
Lo scopo è di generare uno o più scenari di crisi (scarsità di risorse)
statisticamente validi da utilizzare come banco di prova per ottimizzare la
gestione delle acque nuove
Il modello idrologico semi - distribuito della
Valtellina opera a scala giornaliera
Il modello è costituito da moduli
A) il modulo che calcola la distribuzione spaziale
dell’equivalente in acqua della neve al suolo e il
contributo al deflusso dato dallo scioglimento della
copertura nevosa e dei ghiacciai;
B) il modulo che simula la regolazione degli invasi
idroelettrici.
C)il modulo che calcola, secondo un classico
schema a serbatoi, il deflusso giornaliero dovuto allo
scorrimento superficiale, al deflusso ipodermico e di
falda e valuta le perdite idrologiche
Il bacino viene suddiviso
in quattro sottobacini
per tener conto delle differenze climatiche
e della presenza dei serbatoi
I serbatoi presenti
nei singoli sottobacini
sono raggruppati
In un unico serbatoio
Dati utilizzati dal programma :
• le caratteristiche fisiche del territorio:
• gli ietogrammi di precipitazione totale giornaliera
ragguagliata riferiti alla quota media dei sottobacini,
• le temperature “medie” giornaliere riferite alle quote medie
dei sottobacini
15
DsupRg
DsupNr
Dbase
Dtot.
10
5
0
01/01/1990
31/12/1990
1000
900
DefTot
SnMelt
IceMelt
Runoff+baseflow
800
700
600
500
400
300
200
100
0
0
12
24
36
48
60
72
Il modello è stato calibrato, ricostruendo a partire dai dati di pioggia, di precipitazione
nevosa e di temperatura del periodo 1990 -1995:
i deflussi giornalieri misurati a Fuentes,
i livelli di invaso nei serbatoi idroelettrici,
le altezze di neve misurate ai nivometri delle dighe.
500
Adda a Fuentes
400
misurato
calcolato
deflusso decadico ( hm3 )
•
•
•
300
200
100
0
Jan-90 Jul-90 Jan-91 Jul-91 Jan-92 Jul-92 Jan-93 Jul-93 Jan-94 Jul-94 Jan-95 Jul-95 Jan-96
decade
90
volume invasato nel Serbatoio Orobico
80
misurato
volume invasato nel serbatoio ( hm3 )
calcolato
70
invaso nel serbatoio
Centrale Orobico
(Inferno, Trona, Scais, Venina, Frera)
60
50
40
30
20
10
0
Jan-90
Jul-90
Jan-91
Jul-91
Jan-92
Jul-92
Jan-93
giorno
Jul-93
Jan-94
Jul-94
Jan-95
Jul-95
Jan-96
180
160
volume invasato nel serbatoio ( hm3 )
140
120
invaso nel serbatoio Superiore
(Cancano, S. Giacomo di Fraele)
100
80
60
40
volume invasato nel Serbatoio Superiore
20
misurato
calcolato
0
Jan-90
Jul-90
Jan-91
Jul-91
Jan-92
Jul-92
Jan-93
giorno
Jul-93
Jan-94
Jul-94
Jan-95
Jul-95
Jan-96
2
a Cancano Diga
misurata
calcolata
altezza neve ( m )
1.6
Modellazione del manto nevoso
misurato alla diga di Cancano
1.2
0.8
0.4
0
1-Jan-90
1-Jul-90
1-Jan-91
1-Jul-91
1-Jan-92
giorno
1-Jul-92
1-Jan-93
1-Jul-93
1-Jan-94
2.5
a Lago Trona
misurata
altezza neve ( m )
2
calcolata
1.5
1
0.5
0
1-Jan-88 1-Jul-88 1-Jan-89 1-Jul-89 1-Jan-90 1-Jul-90 1-Jan-91 1-Jul-91 1-Jan-92 1-Jul-92 1-Jan-93
giorno
Modellazione del manto nevoso
misurato alla diga diTrona
Modellazione del manto nevoso
1600
1400
1000
3
SWE (Mm )
1200
800
600
400
200
0
01/01/1990
01/01/1991
01/01/1992
31/12/1992
31/12/1993
31/12/1994
31/12/1995
Data
Volume totale SWE per la Valtellina
1.4
Z=1050
Z=1950
Z=2950
Z=3950
1.2
SWE (m)
1
0.8
0.6
0.4
0.2
0
01/01/1990
01/01/1991
01/01/1992
31/12/1992
31/12/1993
31/12/1994
Data
Altezza media SWE per fasce altimetriche
31/12/1995
Il modello è stato utilizzato per
ricostruire la disponibilità della
“risorsa neve “, quantizzata come
snow water equivalent (SWE), nel
periodo
1990-1995
per
la
Valtellina, ricavandola a partire
dalle misure di temperatura e di
pioggia misurate nei quattro
sottobacini.
Con il modello così tarato, è stata ricostruita la serie dei deflussi giornalieri a Fuentes
nel periodo 1990-2000 essendo note le altezze di precipitazione giornaliera
ragguagliata all’area dei quattro bacini e le temperature medie giornaliere,
I valori degli indici di efficienza del modello per il periodo di validazione sono riportati
in tabella
indice
giornalieri
decadici
mensili
Coeff. Determinazione r2
0.67
0.69
0.71
Indice di Nash Sutcliffe
assoluto E
0.65
0.66
0.68
Indice di Nash Sutcliffe
relativo Erel
0.67
0.67
0.73
Indice di concordanza
di Willmott assoluto d
0.90
0.73
0.92
Indice di concordanza
di Willmott relativo drel
0.91
1.00
1.00
L’efficienza del modello in validazione è paragonabile e talvolta migliore
che in calibrazione: ciò conferma la robustezza del risultato
La regolazione del lago di como
Il protocollo di regolazione del manufatto di Olginate :
Livello max +120 cm
Livello minimo -30 cm
sullo zero dell’idrometro di Malgrate
All’interno della fascia di regolazione è concesso il rilascio di 200 m3/s
durante il periodo irriguo, che va da metà maggio a metà settembre, e di 100
m3/s, elevabili a 170 m3/s negli anni più grassi
Nella restante parte dell’anno, il gestore apre gradualmente le paratoie di
Olginate, quando il lago supera i +100 cm a Malgrate e gli afflussi stanno
aumentando, fino alla completa apertura dello sbarramento al
raggiungimento del livello +120 cm come prevede il disciplinare di
concessione.
Nei periodi di magra, con afflussi in diminuzione e livello idrometrico a
Malgrate inferiore a circa 50 cm, il regolatore comincia a razionare il rilascio
cercando di non far scendere il lago sotto la quota di -30 cm.
300
altezza idrometrica a Malgrate (c m)
250
200
150
100
50
0
valori giornalieri
scala di deflusso libero
curva di razionamento
-50
-100
0
200
400
600
3
erogazione (m /s)
800
1000
Erogazione storica dal lago di Como nel periodo 1990 – 2000
900
900
800
800
700
h(cm)
700
600
q(m3/s)
Erogazione
Erogazione
1000
600
500
400
q(m3/s)
300
500
400
300
200
Q(h)
200
100
100
0
-100 0
0
-300
-200
-100
0
100
200
300
30
61
91
400
122
152 182
213
243 274
304 334
365
Altezza metrica aMalgrate
Altezza metrica a Malgrate
500
500
400
400
h(cm)
300
q(m3/s)
Erogazione
Erogazione
Anno 1997
300
q(m3/s)
200
Q(h)
100
200
100
0
0
0
-300
-200
-100
30
61
91
122
152
182
213
243
-100
0
100
200
300
Altezza metrica a Malgrate
Anno 1995
Altezza metrica a Malgrate
274
304
334
365
La regolazione del lago di Como
La distorsione del regime dei deflussi naturali operata dagli invasi idroelettrici
condiziona la disponibilità della risorsa per l’utenza di valle talvolta generando
contrasti tra le differenti utenze.
Soprattutto negli anni in cui la risorsa idrica è scarsa
Per contribuire all’analisi del problema
evidenziando l’influenza della regolazione degli invasi Valtellinesi
è stato riprodotto il regime idrologico dell’Adda immissario nel periodo 1990 –
2000
considerando la ipotetica situazione naturale senza serbatoi ricostruita
con il modello a partire dalle piogge misurate
500
regime naturale
regime regolato
deflusso mensile ( hm3 )
400
Periodo 1990-2000
300
200
100
0
gen feb mar apr mag giu lug ago sett
mese
ott
nov dic
La figura evidenzia l’entità del trasferimento, operato dagli impianti idroelettrici
della Valtellina, dei deflussi naturali estivi verso la stagione invernale.
350
Valori medi giornalieri
rosso andamento storico
blu scenario “naturale”.
300
200
150
150
100
100
50
50
0
0
livello idrometrico (c m)
erogazione (m3/s)
250
-50
gen
feb mar
apr mag
giu
lug ago
giorni
set
ott
nov
dic
Il livello del lago “naturale” si mantiene superiore al valore storico in estate mentre
risulta ad esso inferiore in inverno.
40
100X(Nat-Reg)/Nat
30
20
10
0
g
g
f
m
a
m
g
l
a
s
o
n
d
- 10
- 20
- 30
- 40
Giorni
Nel periodo estivo l’invaso nei serbatoi riduce la erogazione, teoricamente possibile
in condizioni “naturali” di circa il 10-15% (valore medio)
Nel periodo invernale,senza il sostegno dagli invasi valtellinesi, il lago non riesce a
fornire la portata storica (riduzione tra 10 e 20% con picchi del 30%)
Le conseguenze dei cambiamenti climatici
Il modello consente di riprodurre la risposta del bacino idrografico
a fronte di ipotetici cambiamenti climatici.
Per esemplificare, sono state riprodotte le conseguenze sul deflusso
dell’aumento della temperatura media giornaliera di 2 ° C, uguale
per tutti i giorni dell’anno, mantenendo inalterata la precipitazione
500
deflusso mensile ( hm3 )
400
SCENARI
storico
cambio climatico
300
200
100
0
gen feb mar apr mag giu lug ago sett
mese
ott
nov dic
deflussi medi mensili naturali a Fuentes calcolati per il periodo 1990-2000
Nel nuovo scenario climatico il deflusso invernale - primaverile è
sistematicamente maggiore mentre il deflusso estivo è inferiore rispetto alla
situazione attuale
Le conseguenze dei cambiamenti climatici
La diversa distribuzione stagionale degli afflussi naturali si riflette sulla gestione
degli invasi artificiali
400
350
SCENARI
storico
cambio climatico
volume invasato ( hm3 )
300
250
200
150
100
50
0
Jan-90 Jul-90 Jan-91 Jul-91 Jan-92 Jul-92 Jan-93 Jul-93 Jan-94 Jul-94 Jan-95 Jul-95 Jan-96
giorno
Per riempire gli invasi a fine settembre, come prevede l’attuale criterio di gestione
Sarebbe necessario mantenere a fine aprile un volume nettamente superiore al
valore di minimo invaso storico
gli invasi risulterebbero sovradimensionati, con un volume inutilizzato mediamente
superiore ai 30 hm3 che è circa il 10% del loro volume complessivo.
Patto per l’acqua: accordo firmato il 25 febbraio 2009
in Regione Lombardia
L'accordo regionale costituisce uno strumento volto al miglioramento della
gestione della risorsa acqua, sia nel breve che nel medio periodo
cinque aree tematiche:
• valutazione e aggiornamento delle logiche di gestione degli invasi;
• analisi e approfondimento dell'efficienza gestionale delle acque irrigue e dei sistemi
irrigui;
• sostenibilità e modifiche degli ordinamenti colturali;
• dotazioni strutturali per gestire e valorizzare la risorsa acqua;
• strumenti e azioni per raccogliere e diffondere una corretta informazione.
Hanno aderito alla proposta:
Province, Anci, Uncem, Upl, Ersaf, Arpa, le società idroelettriche (Enel, A2A tra le
altre), AdbPo, gli Ato, gli Enti Parchi regionali e Parco Nazionale Stelvio, le
organizzazioni professionali agricole, i Consorzi di bonifica e di irrigazione, l'Urbim, i
Consorzi di regolazione dei laghi, il RID, i Consorzi dei laghi e le associazioni
ambientaliste.
Università di Pavia, Università di Milano Bicocca
Bibliografia
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Grazie per l’attenzione