Caratterizzazione stocastica del sistema acquifero Évora-Montemor-Cuba, settore di Évora

Capitolo 1Introduzione1.1 La protezione idrogeologica:concetti introduttiviL'accresciuta coscienza dell'importanza dei problemi ambientali in senso generale ha spinto lapianicazione territoriale, regionale e locale, a considerare come aspetti di primaria importanza ladisponibilita elaprotezione delle risorse idriche nel settore idrogeologico. Tale pianicazione deveessere indirizzata soprattutto verso la prevenzione del degrado qualitativo delle acque dovuto allesorgenti puntuali e non di inquinamento, conseguentemente sono stati sviluppati numerosi metodiper la stima e la prevenzione del fenomeno.La presente tesi si propone di illustrare i concetti basilari e le metodologie sviluppate pervalutare i processi attraverso i quali gli inquinanti, che nel caso specico del Settore di Evora (sitodi indagine cfr. Cap. 2) e lo ione nitrato, raggiungono le acque sotterranee.La previsione e la stima quantitativa della contaminazione dei corpi idrici e infatti un pre-supposto per la valutazione dell'esposizione, e conseguentemente del rischio per l'uomo e per gliecosistemi.Allo scopo di denire concettualmente l'ambito di questa tematica risulta opportuno ndall'inizio richiamare alcuni concetti specicando il signicato di alcuni termini [9]: per contaminazione di un corpo idrico si intende la presenza di composti chimici o di altriprodotti che ne provochi una perdita di qualita e quindi di valore. Naturalmente il concettodi qualitae strettamente legato all'uso dell'acqua ed e diverso a seconda che si tratti di acquapotabile, di acqua per balneazione o per irrigazione. Volendo salvaguardare il bene acqua, si3
4 Introduzioneconsidera che qualunque presenza misurabile di composti chimici inquinanti ne rappresentauna perdita di qualita. Questo e il criterio adottato dalla Comunita Europea che, per quantoriguarda i nitrati, mira, con la direttiva 91/676/CEE, a ridurre l'inquinamento delle acquecausato direttamente o indirettamente dai nitrati di origine agricola e di prevenire qualsiasiulteriore inquinamento di questo tipo; il rischio totale R di contaminazione di un corpo idrico puo essere visto come la probabilitache avvenga una determinata perdita di valore della risorsa. In formula e denito come:R = P V E (1.1)dove P e la pericolosita dell'evento, V e la vulnerabilita del corpo idrico ed E il valore deglielementi danneggiabili. L'espressione (1.1) mostra che il rischio di accadimento di un eventoindesiderato per la collettivita e funzione della pericolosita dell'evento (tossicita, quantitasversata, mobilita nell'ambiente, probabilita di accadimento), della vulnerabilita dell'acqui-fero e del valore dei beni in pericolo (uso idropotabile dell'acqua sotterranea, popolazioneservita, possibilita di reperire fonti alternative).Secondo la denizione proposta da Civita nel 1987 [10], e in accordo con la denizione elaboratanell'ambito della Conferenza Internazionale Vulnerability of Soil and Groundwater to Pollutantsrealizzata all'Aia nel medesimo anno, la vulnerabilita rappresenta la suscettibilita specicadei sistemi acquiferi, nelle loro diverse parti componenti e nelle diverse situazionigeometriche ed idrodinamiche, ad ingerire e diondere, anche mitigandone gli eetti,un inquinante 
uido e idroveicolato tale da produrre, nello spazio e nel tempo, unimpatto sulla qualita dell'acqua sotterranea [10].Comunque sia, si ritiene che la vulnerabilita degli acquiferi all'inquinamento dipenda da diversifattori tra i quali prevalgono la litologia e la struttura del sistema idrogeologico, la natura del suoloe la geometria della copertura, il processo ricarica ! flusso sotterraneo ! emergenza delleacque e l'interazione chimico-sico-biologica.Risulta quindi chiaro come la vulnerabilita sia l'unico parametro naturale o intrinseco delsistema; la redazione di una carta della vulnerabilita intrinseca e solo uno degli obiettivi di basedegli studi idrogeologici su di un dato territorio [9].Infatti il concetto e quindi la valutazione e la zonizzazione della vulnerabilitaintrinseca non hamai un contenuto applicativo e pianicatorio; esso l'acquista quando alla vulnerabilitaintrinseca
Introduzione 5di una zona viene associata la presenza, la posizione topograca ed idrogeologica e la tipologia(cioe la pericolosita) dei cosiddetti centri di pericolo ivi esistenti [10].In tal modo si esprime cartogracamente il concetto di vulnerabilita integrata che sottintendel'interazione tra la vulnerabilita intrinseca di un sistema idrogeologico caratterizzato ed i centridi pericolo eettivamente connessi al sistema stesso, orendo una prima valutazione del rischiopotenziale di situazioni speciche [9].La predisposizione di una cartograa tematica di questo tipo costituisce parte integrante delladocumentazione che deve essere allestita ai ni di una corretta ed adeguata programmazioneterritoriale, nalizzata alla rappresentazione di indicatori vocazionali che evidenzino le caratteri-stiche intrinseche di ogni specico ambito territoriale e le sue attendibili reazioni alle sollecitazioniindotte dai sistemi insediativi e produttivi; il supporto cartograco indispensabile per la stesuradella vulnerabilita all'inquinamento necessita quindi della sovrapposizione di piu cartetematiche [9].In assenza di un carico antropico pregresso (preurban hydrological system), la vulnerabilitaerappresentabile mediante un certo numero di elementi sici (come la permeabilita, la litologiadi supercie, le linee di 
usso della falda, la morfologia, l'andamento del reticolo idrograco,l'ubicazione delle captazioni, etc.), con un diverso grado di in
uenza dei vari fattori a secondadell'aspetto specico considerato (vulnerabilita del suolo, delle acque superciali o sotterranee)[9]. In un contesto gia ampiamente urbanizzato (urban hydrological system) occorre invece tenerconto anche della pressione sull'ambiente esercitata da quelle attivitapresenti sul territorio, comenel caso specico del Settore di Evora di carattere agricolo, capaci di modicare profondamentei risultati di una lettura operata sulla base di soli indici sici; quindi, in tal caso, i parametrisici dell'ambiente devono essere integrati con quelli connessi alle modicazioni antropiche sia perquanto riguarda l'uso delle risorse idriche che l'impatto dell'urbanizzazione [9].Sotto il prolo operativo uno degli aspetti piu complessi riguarda la selezione dei parametrisici ed antropici da rappresentare in vista dell'ottimizzazione del rapporto tra massa di dati,informazioni potenzialmente utilizzabili ed eettive possibilita e capacita di elaborazione dei mede-simi, al ne di fornire concrete indicazioni in tempi congruenti con le esigenze della pianicazioneterritoriale.
6 Introduzione1.2 Fattori della vulnerabilitaLa vulnerabilita intrinseca di un acquifero dipende, sostanzialmente, da almeno tre principaliprocessi che si producono all'interno del sistema sottosuolo esistente al di sotto della zona diimpatto [10]:1. il tempo di transito dell'acqua (o di un eventuale inquinante 
uido o idroportato) nel mezzonon saturo, no a raggiungere la supercie piezometrica dell'acquifero sottostante;2. la concentrazione residua di un inquinante 
uido o idroportato al suo arrivo nel mezzo saturorispetto a quella iniziale, che identica la capacita di attenuazione del mezzo non saturo;3. la dinamica del 
usso idrico sotterraneo e di un eventuale inquinante 
uido o idroportatonel mezzo saturo.La possibilita che le acque sotterranee possano essere contaminate dipende dalla velocita conla quale si ha il trasferimento dalla supercie topograca a quella della falda (implicando diversitempi di contatto fra fasi liquide e fasi solide nella matrice porosa), dall'entita dell'inltrazione, dalpercorso eettuato e dai meccanismi sico-chimico-biologici che operano selettivamente in relazioneal tipo di terreno e di sostanze; i tre processi descritti in precedenza sono retti a loro volta dallediverse possibili sinergie di tutta una serie di parametri propri della situazione idrogeologica edantropica in analisi (tabella 1.1).1.3 Rischio di inquinamento delle risorse idriche sotterraneeNel caso specico del Sistema Acquifero Evora-Montemor-Cuba, Settore di Evora, le risorse idrichesotterranee sfruttabili costituiscono una risorsa fondamentale, valutabile intorno al 35-40% dellerisorse totali.In termini generali, la tutela della qualita delle acque sotterranee rappresenta un elementosostanziale per garantire una riserva duratura nel tempo e signicativa sia da un punto di vistaqualitativo che quantitativo. Il mantenimento di una riserva di acque sotterranee permette dievitare un sovra sfruttamento delle risorse idriche superciali e, soprattutto, consente di aron-tare situazioni critiche, tenendo conto dell'elevata vulnerabilita delle risorse superciali a periodisiccitosi (situazione molto frequente soprattutto nei periodi estivi).
Introduzione 7
Tabella 1.1: Processi principali e parametri di base che determinano la vulnerabilita degli acquiferiall'inquinamentoProcessi principali Parametri di baseTEMPO DI TRANSITO SoggiacenzaSpessore, tessitura, porositaPermeabilitaLitologia, granulometria, indice di fratturazione, indice di carsicazioneDensita, viscosita, solubilita in acqua degli inquinantiRicarica attiva media globaleDEFLUSSO SOTTERRANEO Caratteristiche idrolitologiche dell'acquiferoStruttura, geometria, gradiente idraulicoCAPACITADIATTENUAZIONE Temperatura dell'acqua e delle rocce acquifereDELL'IMPATTO INQUINANTI Densita, viscosita e solubilita in acqua degli inquinantiSoggiacenzaRicarica attiva media globaleAcclivita e uso della supercie topogracaDensita del reticolo drenante e rapporti con l'acquiferoSpessore, tessitura, composizione mineralogica, ritenzione specicaPermeabilita del suolo
8 IntroduzioneLa tutela delle risorse idriche sotterranee e realizzabile in sede di pianicazione del territoriomediante attivita di previsione del rischio di inquinamento e di prevenzione e mitigazione dei suoieetti.La pericolosita di inquinamento, ovvero la probabilitache un evento di contaminazione possainteressare un determinato settore di un acquifero entro un certo intervallo di tempo, e di diÆcileparametrizzazione a priori [10].Informazioni di tipo qualitativo possono essere ricavate dalle mappe della struttura del terri-torio tenendo conto della distribuzione degli insediamenti potenzialmente inquinanti.Il documento-base per pianicare le azioni di salvaguardia delle risorse idriche sotterranee erappresentato dalla Carta di vulnerabilitadegli acquiferi,ovvero da una zonizzazione del territoriotale da evidenziare, in funzione delle caratteristiche dei terreni in supercie e delle condizioni idro-geologiche nel sottosuolo, la possibilita di penetrazione e diusione di un inquinante nell'acquiferosoggiacente. Gli scopi principali di questa elaborazione sono i seguenti: permettere il confronto con i fattori di rischio eettivo o potenziale, cioe le attivita diutilizzazione diuse nel territorio che possano produrre inquinamento; identicare le situazioni di incompatibilita al ne di poter procedere alla riduzione o allaeliminazione degli eetti dell'inquinamento in atto o temuto; fornire obiettivi agli interventi di prevenzione e protezione attuabili con normative o conl'introduzione di prescrizioni; permettere una sorveglianza territoriale sulla base delle priorita determinate.1.4 Cartograa "classica" della vulnerabilita degli acquiferi dellaRegione dell'AlentejoNella carta della vulnerabilita degli acquiferi della regione dell'Alentejo, localizzata nella parte me-ridionale del Portogallo, di cui lo stesso Settore di Evora fa parte, sono stati adottati quattro gradidi vulnerabilita, elevato, alto, medio e basso corrispondenti ai seguenti gruppi idrogeologici(con riferimento alla Lithological Map of Portugal for Hydrogeologic Use) [20]:1. Grado di vulnerabilita elevatoIn questa classe sono state inserite le seguenti tipologie di acquiferi:
Introduzione 9 Acquifero libero in materiali alluvionali a granulometria da grossolana a media (alluvio-ni recenti), senza o con scarsa protezione, in cui la supercie di falda idrica e localmenteal di sotto del livello di base dei umi vicini (rialimentazione indotta); Falda libera in travertini permeabili per porosita primaria e per fenomeni carsici, senzanessuna protezione (travertini).L'unita considera aree in cui e presente una falda idrica a modesta profondita, con un limitatospessore di terreno di copertura. Un eventuale sversamento di inquinante sulla supercie delterreno puo raggiungere la falda in tempi anche molto brevi, senza possibilitadiazione didegradazione da parte del materiale di copertura. Al basso grado di protezione delle falde siaggiunge la buona permeabilita degli acquiferi, se pur variabile, che favorisce la migrazionedegli inquinanti in falda [20].L'elevata vulnerabilitaintrinseca di questi acquiferi abbinata al frequente uso delle acque aini potabili (sia di acquedotti pubblici che da parte dei proprietari dei pozzi) rende alto ilrischio di inquinamento.L'uso di fertilizzanti, pesticidi e diserbanti ed anche l'autorizzazione al pascolamento inten-sivo e all'allevamento in queste aree deve essere specicamente regolamentato e controllatoavendo cura che la pratica e la permanenza non siano eccessivi.Data la possibilita che un inquinamento presente nei corsi d'acqua venga trasmesso allefalde, dipendente dalla relazione idraulica tra di loro, e necessario un accurato controllodegli scarichi e il monitoraggio chimico delle acque di supercie [20].2. Grado di vulnerabilita altoL'unita comprende gli acquiferi liberi in materiale alluvionale con scarsa protezione (alluvioniterrazzate con granulometria da grossolana a media) e quelli nei calcari cavernosi carsicati,praticamente senza protezione, o falde libere presenti in materiali detritici (detriti di falda)di modesta continuita areale.Il minor grado di vulnerabilitae in relazione alla limitata importanza delle falde idriche inesse contenute e quindi al minor danno di un eventuale inquinamento; inoltre queste faldenon sono in genere alimentate da acque 
uviali per cui non sono esposte al trasferimentodi eventuali inquinanti. Per la litologia corrispondente al calcare cavernoso, le falde idrichesono, in genere, particolarmente profonde; esse sono pero altamente vulnerabili a causa della
10 Introduzionepossibilita di diretta trasmissione, attraverso condotti carsici, di inquinanti che, in tal caso,raggiungono rapidamente la falda senza subire alcun signicativo processo di degradazione.L'insediamento di attivita o infrastrutture potenzialmente inquinanti nelle aree caratterizzatedal calcare cavernoso e da evitare, o da predisporre con opportune opere di tutela.3. Grado di vulnerabilita medioL'unita comprende acquiferi di modesta importanza nei seguenti litotipi:(a) sabbie e ciottolami con interposti livelli limosi, generalmente con copertura poco perme-abile (ciottolami e sabbie, ghiaie e ciottolami, ghiaie con sabbie e sabbie);(b) arenarie fratturate con rete idrica di solito a media profondita (arenarie, arenarie conargilliti e siltiti, arenarie e siltiti);(c) calcari marnosi e marne con carsicazione limitata, interessati da una modesta circola-zione idrica nella rete delle fratture (calcareniti e marne con arenarie, arenarie con mar-ne, calcari marnosi, calcari della serie oolitifera, complesso siliceo e siliceo-calcareo);(d) arenarie e siltiti quarzose con livelli argillitici intercalati che danno origine a piu falde;(e) materiali con granulometria da sabbie ad argilla, di modesta importanza, con protezionedi materiali ni (sabbie e argille, sabbie e sabbie con limi).Le rocce raggruppate in questa unita contengono falde (in sabbie e ciottolami) o reti idriche(nelle rocce litoidi) di modesta entita e con scarsa continuita areale.4. Grado di vulnerabilita bassoL'unita comprende gli acquiferi di limitata produttivita (acquitardi) presenti nelle seguentilitologie:(a) complessi arenacei e calcarei con frequenti strati marnosi o argillitici, con modestacircolazione idrica (marne con arenarie, calcareniti e marne con arenarie, arenarie emarne, arenarie calcaree ed argillitiche, siltiti con arenarie);(b) rocce vulcaniche con modesta circolazione idrica nella rete di fratture, limitatamente aiprimi 20-25 m (rocce vulcaniche basiche);(c) sedimenti a grana ne (limi e argille) praticamente privi di circolazione idrica sotterra-nea (acquicludi) in cui l'inquinamento e limitato alle acque superciali;
Introduzione 11(d) complessi marnosi e argillitici, praticamente privi di circolazione idrica dove l'inquina-mento raggiunge direttamente le acque superciali (argille e limi, marne con rilevantecomponente argillitica, brecce calcaree ed argilloscisti, marne, calcari argillosi fortemen-te tettonizzati, argille e marne, argilliti fortemente tettonizzate, complesso caotico edolistostromi).La bassa permeabilita delle rocce raggruppate in questa unita non consente il trasferimentoidroveicolato dell'inquinante e quindi rende limitato il rischio di inquinamento di risorse idri-che che in ogni caso sono di modesta importanza. Questa bassa permeabilitafavorisce peroil ruscellamento delle acque e quindi il trasferimento degli inquinanti all'acqua di superciee agli acquiferi comunicanti con tali rocce.1.5 Brevi cenni alla normativa in materia di vulnerabilita degliacquiferi1.5.1 Direttiva 91/676/CEELa direttiva dei nitrati pone in risalto, a livello europeo, il grave problema dell'inquinamento idricoprovocato dai nitrati provenienti da fonti agricole.E prevista, secondo tale direttiva, l'individuazione delle acque inquinate e che potrebbero essereinquinate sia superciali che sotterranee, tenendo conto sia della eettiva concentrazione di nitratinell'acqua stessa sia della vulnerabilitaintrinseca (o naturale) che estrinseca.Questo porta all'individuazione cartograca di zone vulnerabili, sulle quali si devono assumerevari interventi programmatori che vanno dall'adozione di codici di buona pratica agricola allaformazione ed informazione degli agricoltori e, non ultima, ad una pianicazione che tenga contodell'esigenza di ridurre gli apporti di azoto nelle acque.La metodologia in vigore per la delimitazione delle zone vulnerabili fa riferimento al DecretoLegge n. 235/97 e si articola nelle seguenti fasi [19]: identicazione delle acque contaminate da nitrati con valori di VMR (Valore Massimo Rac-comandato) > 25 mg=l e di VMA (Valore Massimo Ammissibile) > 50 mg=l, con raccoltadi dati a partire dalla rete di monitorizzazione esistente; identicazione e delimitazione delle aree drenanti in coniugazione con le caratteristicheidrogeologiche degli acquiferi;
12 Introduzione identicazione e caratterizzazione delle fonti puntuali e stima del contributo verso l'areadrenante; classicazione del tipo di suolo, del tipo di occupazione e uso (area agricola, area ad usoirriguo, etc.); identicazione e caratterizzazione delle sorgenti diuse, in particolare di origine agricola; delimitazione delle zone vulnerabili.1.5.2 Codice di Buona Pratica AgricolaAi ni di stabilire un livello generale di protezione dall'inquinamento, in seguito a quanto denitonella Direttiva 91/676/CEE (x 1.5.1), il Portogallo elaboro un Codice di Buona Pratica Agricolada applicare volontariamente dagli agricoltori, con l'obiettivo di eliminare o minimizzare il rischiodi inquinamento da nitrati di origine agricola [21].In tale codice sono stabilite le orientazioni e le direttive di carattere generale nella presa dimisure volte a razionalizzare la pratica delle fertilizzazioni, e di tutto un insieme di operazionitecniche che direttamente o indirettamente interferiscono nella dinamica dei nitrati negli ecosistemiagrari. Nella parte dedicata alla gestione dell'irrigazione e alla prevenzione dalla contaminazionedelle acque superciali e sotterranee causate da nitrati il codice impone un insieme di misure eazioni delle quali si pongono in risalto le seguenti per il loro impatto sulle risorse idrichesotterranee : proporzionare le condizioni favorevoli per un eÆciente adsorbimento del nitrato sulla partedelle radici ; applicare un volume adeguato di acqua a scopo irriguo evitando zone eccessivamente irrigate; applicare le quantita di azoto in accordo con la produzione sperata; promuovere o stimolare l'espansione in profondita delle radici delle colture; adottare il metodo di irrigazione piu appropriato;Basandosi su questo codice si possono stabilire programmi di azione da implementare nellezone vulnerabili, come stabilito nella Direttiva 91/676/CEE [19].Anche se tale codice risulta uno degli strumenti piu eÆcaci per combattere la contaminazionedi nitrati di origine agricola la sua implementazione in Portogallo e ancora molto ridotta.