ANALISI DI ALTERNATIVE PER LA MITIGAZIONE
DELLE SICCITÀ TRAMITE IL DSS AQUATOOL:
APPLICAZIONE AL SISTEMA DI
APPROVVIGIONAMENTO IDRICO AGRI-SINNI
PRESENTAZIONE DEL PROBLEMA E OBIETTIVI
- Acqua bene scarso e insostituibile
- Risorse spesso sovrasfruttate e sprecate
- Utilità della gestione
In una situazione di fabbisogni prossimi alle disponibilità le siccità
possono mettere in crisi l’approvvigionamento idrico: è improbabile in
sistemi evoluti poter reperire nuove risorse convenzionali, si rende
necessario allora attingere a riserve storiche (falde acquifere profonde)
o attuare degli interventi integrativi di mitigazione, che prevedano il
riuso, il risparmio o il recupero idrico; in alternativa con una gestione
oculata si possono ridurre i deficit o almeno attenuarli, anche a costo di
distribuirli su periodi più lunghi.
Si è preso in esame il caso di studio relativo al sistema di
approvvigionamento idrico dell’Agri-Sinni per costruire e calibrare
un modello di simulazione del sistema al fine di:
- Stimare l’affidabilità del servizio per le diverse utenze storicamente e
nella configurazione attuale
- Valutare l’effetto di alcune possibili misure di mitigazione delle siccità
- Proporre uno scenario di evoluzione strutturale e gestionale del
sistema che possa far fronte alle esigenze attuali e future
SICCITA’ E MISURE DI MITIGAZIONE
Siccità: situazione climatica ricorrente, di
occasionale e sensibile riduzione delle disponibilità
idriche rispetto ai valori normali per un periodo di
tempo significativo e su un’ampia estensione
- Definibile in ogni fase del ciclo idrologico: siccità meteorologica,
idrologica, operativa sui sistemi idrici
- Disponibilità per gli usi finali dipendente da fenomeni naturali ma
anche da processi antropici
- Deficit per mancanza oggettiva o per scelta gestionale
- Effetti sull’intera società: perdite economiche, sovrasfruttamento di
risorse in esaurimento, inaridimento dei suoli, costi ambientali,
decadenza della qualità delle acque
Misure di mitigazione: interventi volti a contenere o annullare i
deficit nel servizio di approvvigionamento idrico al presentarsi delle
siccità. Seguono il principio della non-linearità dei danni con i deficit.
Hanno effetti quindi in termini sia di affidabilità del servizio che di
abbattimento dei deficit; si possono distinguere misure strutturali e
non strutturali, e a lungo o breve termine.
IL DSS AQUATOOL: MODULO SIMWIN
Permette di schematizzare e introdurre graficamente la configurazione
del sistema e delle relative basi di dati associati (caratteristiche
fisiche, condizioni di operazione) per le simulazioni e ottimizzazioni.
Utilizza un algoritmo di simulazione/ottimizzazione per eseguire
l’allocazione su scala mensile, sfruttando i dati idrologici procedenti
dall’esterno, operando su uno schema ad archi e nodi, per cui valgono
i principi di conservazione della massa e continuità.
Elementi modellabili:
Nodi con e senza capacità di accumulo, canali, apporti idrologici,
domande e impianti idroelettrici, relativi punti di presa, acquiferi,
elementi di ritorno, ricariche artificiali, pompaggi addizionali
Implementa le regole di gestione con tre modalità complementari:
1. Priorità per ciascuna utenza (a partire da 0, priorità massima),
relativa alle prese anziché alle domande, ed anche per definire le
relazioni fra i diversi serbatoi.
2. Volumi obiettivo per i diversi invasi.
3. Restrizioni legate a indicatori di allarme, per limitare erogazioni,
attività di pompaggio, rilasci in alveo, derivazioni, flussi attraverso
particolari canali.
CASO DI STUDIO: IL SISTEMA DELL’AGRI-SINNI
Soggetto a siccità severe, anche di recente, pur possedendo ottime
disponibilità idriche. Le sue prestazioni saranno valutabili dopo la
costruzione del modello idrologico-gestionale.
Carenza storica di interconnessioni, oggi in via di superamento.
Due grandi acquedotti trasferiscono risorsa verso l’acquedotto
pugliese.
IL SISTEMA DELL’AGRI-SINNI: SCHEMI DI SERVIZIO
Individuabili due sottosistemi (Agri e Sinni) interconnessi.
CASO DI STUDIO: IL SISTEMA DELL’AGRI-SINNI
INFRASTRUTTURE PRINCIPALI
Serbatoio
V min
Vmax
Marsico N.
1.69
7
Gannano
0.0
2.62
Pertusillo
13.0
155
M. Cotugno
97
530
Cogliandrino
2.3
12.4
Connessioni:
- Due grandi adduttori
potabili verso la Puglia
- Interconnessioni fra 3
traverse e Monte Cotugno
- La condotta forzata che
pesca nel serbatoio di
Cogliandrino scarica nel
Noce, fuori sistema
Invasi:
- Due con capacità di ordine
grandezza superiore
- Regolazione pluriennale possibile
a Monte Cotugno
- Gannano è una traversa con
accumulo significativo
- Cogliandrino ha uso idroelettrico
Nome
Descrizione
Qmax [m3/s]
c.le cogliandrino
max turbinabile
18
sarmento-cotugno
Derivazione
20
potabile pertusillo
MissanelloPuglia
4.5
sauro-cotugno
Derivazione
12
t agri-cotugno
Derivazione
18
Agri-cotugno
Sauro+t.Agri
18
Adduttore del
M.Cotugno-
CASO DI STUDIO: IL SISTEMA DELL’AGRI-SINNI
APPORTI IDROLOGICI
Utilizzate 8 serie di deflussi, di cui 7 ricostruite con regressioni.
Deflussi superficiali totali
Deflussi mensili da ottobre
1963 a settembre 2005,
sulle 8 sezioni di interesse
per il sistema modellato.
1400
1200
3
[hm ]
1000
800
Si nota una flessione a
partire dagli anni ’80, con
cali vistosi dei deflussi annui
medi a Pertusillo e Monte
Cotugno
600
400
200
2002
1999
1996
1993
1990
1987
1984
1981
1978
1975
1972
1969
1966
1963
0
anno idrologico
Cogliandr.
M. Cotugno
Sarmento
Marsico
Nuovo
Sauro
Pertusillo
Traversa
Agri
Gannano
Totale
media
80,99
285,13
85,25
11,82
65,66
241,06
97,63
99,76
967,30
med 83/05
73,73
265,85
76,62
11,88
65,30
200,28
92,99
97,86
884,52
CASO DI STUDIO: IL SISTEMA
DELL’AGRI-SINNI
DOMANDE CONSIDERATE
Mar Tirreno
Centrale
Castrocucco
Cogliandrino
10.1 hmc
Traversa
Sarmento
Marsico
Nuovo
7 hmc
Pietra del
Pertusillo
142 hmc
CB Alta
Val d'Agri
TIPO
domanda
tot
Civ
Bernalda-Pisticci
3.2
Civ
Montalbano
9.8
Civ
Matera
18.9
Civ
Bari-Salento
202.9
Ind
ILVA Taranto
12.6
Agr
CB Stornara-Tara
36.7
Agr
CB BM Agri - A.Min.
80
Agr
CB Alta Val d'Agri
18
Agr
CB BM Cotugno
120.5
Agr
CB BM Sarmento
2
Agr
CB Ferro Sparviero
9.2
Traversa
Sauro
Matera
Centrale
Missanello
CB BM
Sarmento
Barnalda
Pisticci
Traversa Agri
Monte
Cotugno
433 hmc
Nodo di Ginosa
Traversa/Invaso
Gannano
2.62 hmc
CB BM
M.Cotugno
Agri e
A.Minore
CB Ferro
Sparviero
Potabilizz.
Montalbano
Impianti di
emergenza
Acque
Basse
Metaponto
Stornara
e Tara
ILVA
Taranto
Mar Jonio
AQP Bari
Salento
CASO DI STUDIO: IL SISTEMA DELL’AGRI-SINNI
DOMANDE IRRIGUE
distribuzione mensile della domanda
25%
20%
15%
10%
5%
0%
gen
feb
mar
apr
mag
giu
lug
ago
set
ott
nov
dic
CASO DI STUDIO: IL SISTEMA DELL’AGRI-SINNI
VINCOLI ECOLOGICI
Poche indicazioni cogenti, la stima è stata effettuata tramite le
espressioni:
DMVj = DMVbase + 0.1 * (Dj - DMVbase)
DMVbase=DMVunitario×Sup.d’interesse×n°ggmese×86400/1000/100000
[hm3/anno]
tot
oct
nov
dic
ene
feb
mar
abr
may
jun
jul
ago
sep
sinni
[l/s]
agri
sezione
fiume
marsico
-
-
1,86
0,12
0,16
0,21
0,24
0,23
0,22
0,19
0,14
0,10
0,09
0,08
0,09
Pertusill
750
23,65
37,32
2,36
3,25
4,43
4,55
4,46
4,50
3,93
2,91
1,88
1,62
1,55
1,87
Gannan
700
22,08
20,11
1,25
1,44
2,05
2,43
2,32
2,33
2,14
1,66
1,14
1,09
1,03
1,23
t.agri
750
23,65
17,12
1,05
1,43
1,96
2,10
2,06
1,90
1,79
1,36
0,87
0,84
0,80
0,97
Sauro
55
1,73
12,85
0,75
0,91
1,34
1,58
1,58
1,51
1,38
1,06
0,71
0,66
0,62
0,74
Coglian
200
6,31
11,22
0,64
1,06
1,58
1,57
1,46
1,29
1,11
0,82
0,55
0,38
0,35
0,42
Cotugn
600
18,92
45,68
2,61
3,57
5,52
6,09
6,17
5,70
5,18
3,41
2,08
1,73
1,66
1,96
Sarmen
160
5,05
13,02
0,88
1,09
1,58
1,86
1,82
1,56
1,33
0,90
0,56
0,46
0,44
0,55
Indicazioni Piano di Bacino
CASO DI STUDIO: IL SISTEMA DELL’AGRI-SINNI
FASE DI CALIBRAZIONE DEL MODELLO
Opportuna per alcuni parametri gestionali non definiti storicamente o
per altri valori non definibili univocamente (capacità di derivazione).
Simulazioni su due scenari del periodo 1983-2005, in cui il sistema si è
mantenuto fisso dal punto di vista strutturale. Si è tentato di avvicinare
gli output del modello alle informazioni reali. I confronti sono stati
eseguiti per via grafica e tramite gli indici di correlazione e di Nash per
le diverse serie prodotte.
Volumi invasati a fine ottobre
Pertusillo
Monte Cotugno: volum i invasati ad ottobre
storici
500
simulati
M.Cotugno
[hm3]
400
300
200
100
0
2003
2001
1999
1997
1995
1993
1991
1989
1987
1985
1983
CASO DI STUDIO: IL SISTEMA DELL’AGRI-SINNI
SIMULAZIONE DELLA CONFIGURAZIONE STORICA E ATTUALE
[hm 3]
300
200
100
1995-1996
1997-1998
1999-2000
1995-1996
1997-1998
1999-2000
2003-2004
1993-1994
1993-1994
Riserve a fine ottobre
2001-2002
1991-1992
1991-1992
250
1989-1990
300
1983-1984
0
1989-1990
Irrigue
400
1987-1988
Industriali
500
1987-1988
Urbane
Erogazioni
Irrigue
1985-1986
Erogazioni
Industriali
1985-1986
600
Urbane
600
200
[hm 3]
Fino al 2005 non erano esistenti o
attivi l’invaso di Marsico Nuovo e le
traverse Sauro e Sarmento, quindi le
interconnessioni erano limitate.
Gravi deficit in tutto il sistema, anche
in ambito urbano; approvvigionamento
all’irrigazione inadeguato.
Regolazione pluriennale scadente.
150
100
500
50
200
1981-1982
1983-1984
1985-1986
1987-1988
1981-1982
1983-1984
1985-1986
1987-1988
2003-2004
1979-1980
1979-1980
2001-2002
1977-1978
1977-1978
1999-2000
1975-1976
1975-1976
1997-1998
1973-1974
1995-1996
1971-1972
1973-1974
1993-1994
1969-1970
1971-1972
1991-1992
1967-1968
1969-1970
Riserve a fine ottobre
1989-1990
1965-1966
300
1967-1968
350
1963-1964
0
400
1965-1966
100
200
150
100
50
2003-2004
2001-2002
1999-2000
1997-1998
1995-1996
1993-1994
1991-1992
1989-1990
0
1963-1964
[hm 3 ]
250
2003-2004
300
2001-2002
0
1983-1984
[hm 3 ]
400
L’attivazione di Marsico Nuovo, e
soprattutto del trasferimento dal Sauro,
aiutano già da qualche anno le
prestazioni del sistema. Rimane solo un
deficit per le domande urbane ed
industriali. Regolazione pluriennale a M.
Cotugno, si intravede squilibrio fra i 2
sottosistemi
CASO DI STUDIO: IL SISTEMA DELL’AGRI-SINNI
ATTIVAZIONE DELLA TRAVERSA SARMENTO
Ulteriori possibilità di regolazione a M. Cotugno; oggi in completamento.
600
Urbane
Industriali
Erogazioni
Irrigue
500
[hm 3]
400
300
200
100
2002-2003
1999-2000
1996-1997
1993-1994
1990-1991
1987-1988
1984-1985
Deficit irrigazione
1981-1982
1978-1979
1975-1976
1972-1973
1969-1970
160
1966-1967
180
1963-1964
0
140
[hm 3]
120
40
20
1969-1970
1972-1973
1975-1976
1978-1979
1981-1982
1984-1985
1987-1988
1990-1991
1993-1994
1996-1997
1999-2000
2002-2003
1969-1970
1972-1973
1975-1976
1978-1979
1981-1982
1984-1985
1987-1988
1990-1991
1993-1994
1996-1997
1999-2000
2002-2003
350
1966-1967
400
1966-1967
450
1963-1964
0
1963-1964
M. Cotugno centro della regolazione
pluriennale dell’intero sistema: vi arrivano
in media 52.7 hm3/anno dal Sauro, 42.2
dall’Agri, 64.9 dal Sarmento.
80
60
Riserve a fine ottobre
300
[hm 3]
Non si prevede alcun deficit per le
domande urbane ed industriali. Le
prestazioni per l’irrigazione migliorano
molto, specialmente lato Sinni: servito
65% della domanda il 97.6% degli anni, il
100% il 45.2% degli anni.
100
250
200
150
100
50
0
CASO DI STUDIO: IL SISTEMA DELL’AGRI-SINNI
MISURE DI MITIGAZIONE ADOTTATE
• Riutilizzo delle acque reflue depurate: con e senza regolazione
annuale, renderebbe disponibili fino a 2.5 hm3/anno per il
comprensorio Agri-Agri Minore, e 6.6 per il Monte Cotugno
• Recupero delle acque basse della piana di Metaponto: sollevamento di
tali acque di ritenzione da parte della duna jonica non più verso lo
smaltimento a mare ma, ove esistano le condizioni di qualità, al
comprensorio irriguo dell’Agri-Agri Minore, fino a 3.91 hm3/anno
• Attivazione impianti di sollevamento di emergenza: già esistenti,
captano acque sotterranee o fluenze libere, ma non sono utilizzabili in
modo permanente e regolare; possono fornire fino a 9.89 hm3/mese al
comprensorio Agri-Agri Minore e fino a 2.63 al Monte Cotugno; nel
modello è concesso il pompaggio massimo di 3 volte il massimo
mensile, da attivare quando il sistema entri in condizioni di allerta
• Riallocazione dei deflussi al serbatoio del Cogliandrino: oggi destinati
alla produzione idroelettrica e quindi allo scarico nel Noce, potrebbero
andare ad alimentare l’invaso di Monte Cotugno, in via permanente
oppure in condizioni di emergenza, con il blocco definitivo o
temporaneo della centrale di Castrocucco
CASO DI STUDIO: IL SISTEMA DELL’AGRI-SINNI
SCENARI DI SIMULAZIONE ANALIZZATI
Si è partiti dall’ipotesi di base di attivazione del serbatoio di Marsico N. e
delle 3 traverse già considerate. A tale configurazione si sono aggiunti di
volta in volta uno o più interventi di mitigazione descritti. 11 scenari sono
stati generati e simulati, che si aggiungono ai 2 già visti.
In tutte le simulazioni il sistema riesce ad assicurare un’affidabilità del
100% a tutte le domande di priorità massima, urbane ed industriali.
I CdB Stornara-Tara e Ferro-Sparviero ricevono un servizio equivalente.
Simulazioni eseguite sui periodi 1963-2005 e 1983-2005.
CASO DI STUDIO: IL SISTEMA DELL’AGRI-SINNI
RISULTATI DELLE SIMULAZIONI EFFETTUATE
Affidabilità Temporale
100
42 anni
22 anni
[%]
95
90
85
80
13
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
75
simulazione
Affidabilità
Volumetrica
100
42 anni
22 anni
[%]
95
90
13
11
11
12
10
9
8
7
6
5
4
3
simulazione
Indice UTAH
(42 anni)
simulazione
13
12
9
10 anni
8
2 anni
6
5
4
3
2
1 anno
7
200
175
150
125
100
75
50
25
0
1
[%]
Sconsigliabili soluzioni con
riallocazione permanente delle
risorse del Cogliandrino.
10
Confronto sulla base delle
prestazioni alle domande irrigue
aggregate.
2
1
85
CASO DI STUDIO: IL SISTEMA DELL’AGRI-SINNI
CONFIGURAZIONE SCELTA
Consiste nella combinazione di tutte le misure prese in considerazione
con il massimo quindi in termini di contributi aggiuntivi. Prevede la
regolazione annuale delle acque reflue rigenerate e il blocco della
centrale di Castrocucco solo in condizioni di penuria idrica.
Affidabilità e deficit massimi
annui in linea con le
esigenze dell’irrigazione.
Approvvigionato ogni anno
oltre il 70% della domanda
totale irrigua, il 100% nel
52.4% degli anni.
Dalle riallocazioni delle
acque del Cogliandrino presi
circa 4 hm3/anno; le altre
misure complessivamente
forniscono ulteriori 14
hm3/anno a fronte di una
domanda irrigua totale di
oltre 260.
60
50
[hm3]
0
80
Deficit irrigazione
40
30
180
20
160
140
10
120
100
80
60
40
20
0
600
Pertusillo
2002-2003
1999-2000
1996-1997
1993-1994
1990-1991
1987-1988
1984-1985
1981-1982
1978-1979
1975-1976
1972-1973
1969-1970
100
1966-1967
1963-1964
Siccità operative attenuate e limitate
a pochi anni, specialmente nel
sottosistema Sinni.
[hm 3]
2002-2003
1999-2000
1996-1997
1993-1994
0
[hm3]
2002-2003
1999-2000
1996-1997
1993-1994
1990-1991
200
2003-2004
1990-1991
1987-1988
450
1998-1999
1987-1988
1984-1985
300
1993-1994
1984-1985
1981-1982
500
1988-1989
1981-1982
1978-1979
Erogazioni
1983-1984
1978-1979
1975-1976
Irrigue
1978-1979
1975-1976
1972-1973
1969-1970
Industriali
1973-1974
1972-1973
1966-1967
1963-1964
Urbane
1968-1969
1969-1970
70
1966-1967
[hm 3]
600
1963-1964
1963-1964
[hm 3]
CASO DI STUDIO: IL SISTEMA DELL’AGRI-SINNI
CONFIGURAZIONE SCELTA
Regolazione pluriennale
possibile a Monte Cotugno.
400
400
Riserve a fine ottobre
350
300
250
200
150
100
50
0
500
Monte Cotugno
400
300
200
100
0
CASO DI STUDIO: IL SISTEMA DELL’AGRI-SINNI
CONFIGURAZIONE SCELTA
Miglioramenti nei deficit per le due utenze irrigue principali nello scenario
scelto rispetto alla configurazione senza misure di mitigazione.
Comprensorio Monte Cotugno
Comprensorio Agri-Agri Minore
Scenario
proposto
Scenario
proposto
Senza misure
deficit m.cotugno [% ]
deficit agri [% ]
60
40
40
20
20
31
36
41
36
41
26
1
31
0
41
36
31
26
21
16
11
6
1
0
21
60
80
16
80
100
6
Crisi
residue
100
11
Senza misure
deficit agri [hm3 ]
deficit m.cotugno [hm3 ]
30
14
25
12
20
10
8
15
26
21
16
11
6
41
36
31
26
21
16
0
11
0
6
2
1
4
5
1
6
10
CASO DI STUDIO: IL SISTEMA DELL’AGRI-SINNI
CONCLUSIONI
• Si è dimostrata l’applicabilità del DSS Aquatool ad un sistema del sud
Italia quale l’Agri-Sinni, per cui è stato costruito e simulato un modello
idrologico-gestionale.
• Sulla base dei dati idrologici dal 1963 al 2005, si è simulato il
funzionamento del sistema sotto diverse ipotesi di configurazione.
• Le analisi con le misure di mitigazione delle siccità evidenziano netti
progressi in termini di affidabilità e riduzione dei deficit, specialmente
per scenari con più interventi applicati.
• Le prestazioni sono ottime per lo scenario suggerito per eventuali
future applicazioni, con il quale si attivano tutte le misure proposte,
lasciando però in funzione la centrale di Castrocucco.
• La soluzione proposta consente un servizio senza alcun deficit alle
domande a priorità più alta, ed il rispetto quasi totale dei DMV imposti,
mentre le utenze irrigue continuano a soffrire siccità operative, molto
più brevi e di entità accettabile, in corrispondenza a gravi siccità
idrologiche.
• Sviluppi possibili a partire dai risultati della presente tesi:
- Analisi puramente gestionale, mantenendo invariata la configurazione
- Studio di possibili espansioni di una o più domande (Acq. Pugliese)
- Analisi economica delle diverse soluzioni viste