UNIVERSITA' DEGLI STUDI DI PISA
FACOLTA' DI SCIENZE MATEMATICHE FISICHE E NATURALI DIPARTIMENTO DI SCIENZE DELLA TERRA
LAUREA MAGISTRALE IN SCIENZE AMBIENTALI
TESI DI LAUREA
TECNOLOGIE SOSTENIBILI PER LA GESTIONE DELL' ACQUA NEI PAESI IN VIA DI SVILUPPO
CANDIDATO RELATORE
Morrone Giuseppantonio Chiar.ma Prof.sa Mariarosaria Vergara
Genesi 26:18: E Isacco scavò di nuovo i pozzi di acqua che erano stati scavati al tempo di Abramo suo padre, e che i Filistei avevano riempito dopo la morte di Abramo; e pose loro gli stessi nomi che aveva loro posto suo padre.
INDICE
INTRODUZIONE...4
1.SVILUPPO SOSTENIBILE ED ESIGENZE ANTROPICHE...6
2.CICLO DELL' ACQUA E CRISI IDRICA...14
3.SEMPLICI METODI DI APPROVVIGIONAMENTO IDRICO NEI PAESI IN VIA DI SVILUPPO...25
4.TECNOLOGIE DI PURIFICAZIONE DELLE ACQUE E TRATTAMENTO DI REFLUI NEI PAESI IN VIA DI SVILUPPO...75
5.APPLICAZIONE DELL' ANALISI DEL VALORE...102
CONCLUSIONI...118
BIBLIOGRAFIA...122
INTRODUZIONE
Mentre la popolazione mondiale é più che triplicata dall’inizio del secolo, l’utilizzazione delle risorse di acqua dolce si é moltiplicata di sei volte. Nei cinquanta anni a venire, la popolazione mondiale aumenterà ancora dal 40 al 50 %. Con la crescita della popolazione, congiunta all’industrializzazione e all’urbanizzazione, i fabbisogni di acqua saranno considerevoli e le ripercussioni sull’ambiente molteplici. Secondo un recente rapporto dell’UNDP (Dossier United Nations Development Programme, 2006) a causa della scarsità idrica :
- 1,1 miliardi di persone non hanno accesso all’acqua potabile (considerati 850 milioni nel 2015 (sitografia (7)) ;
- 2,6 miliardi di persone non hanno accesso a adeguati servizi igienico sanitari;
- 1,8 milioni di bambini muoiono ogni anno a causa di malattie legate alle precarie condizioni igienico-sanitarie dei loro paesi.
L'anno seguente nel 2007 (Dossier WWF per la Giornata Mondiale dell'Acqua 2007: L’emergenza siamo noi) si definiva che circa il 40% della popolazione mondiale - 1 miliardo e 400 milioni di persone, distribuite in 80 paesi - si trova in stato di penuria d’acqua con mediamente meno di 2,7 litri di acqua al giorno per persona.
La mancanza d’acqua salubre e di purificazione é un problema di fonda-mentale importanza. Come migliorare la situazione ?
Esiste oggi una crisi dell’acqua, e questa crisi non è dovuta alla sua insufficienza a soddisfare i nostri bisogni, ma deriva da una gestione sbagliata
della risorsa, per la quale oggi miliardi di persone - e l’ambiente - ne soffrono gravemente. Il problema non é semplice da risolvere se si pensa che diversi Stati condividono corsi d'acqua o laghi. Di conseguenza per eliminare problemi geopolitici e interventi non sostenibili di Stati Industrializzati nei paesi in via di sviluppo (PVS), questa tesi valuta l'ipotesi che i migliori approvvigionamenti idrici siano quelli puntuali che sfruttano i vecchi metodi, da sempre usati nelle zone aride, i soli sostenibili nelle regioni più rurali dei PVS. Inoltre si parlerà anche di alcuni metodi semplici di purificazione e trattamento di reflui, indispensabili per ridurre le malattie legate all'acqua e poter riutilizzare le acque di scarico, per irrigare i campi agricoli. Infine si eseguirà un' analisi del valore per stabilire quali sono le migliori tecnologie più appropriate di gestione sostenibile dell'acqua, dall'uso al trattamento, nei PVS.
1. SVILUPPO SOSTENIBILE ED ESIGENZE ANTROPICHE
La storia economica mondiale ci ha insegnato diversi paradigmi dello sviluppo. Per semplificare si distingue : uno sviluppo tradizionale e uno sostenibile. Il primo si caratterizza per il rapporto di correlazione inversa con l'ambiente naturale ed ha accompagnato la storia dell'uomo fin dagli albori, quando poche popolazioni, hanno modificato l'ambiente circostante per creare uno spazio adeguato in cui vivere. Questo paradigma é durato per migliaia di anni fino alla seconda metà del Novecento con l'emergere di gravi fenomeni di inquinamento (la prima catastrofe ambientale avvenne nel 1967 con la petroliera Torrey Canyon, che si spezzò riversando 10000 tonnellate di greggio che andarono a macchiare le coste francesi e inglesi).
Una quarantina di anni fa ha trovato rapida diffusione nel mondo accademico,
la teoria dell'entropia [ 1 ], in base alla quale in un sistema chiuso come la
Terra, l'eventuale energia utilizzata non potrà essere recuperata
comple-tamente. Da qui l'economista Herman Daly [ 2 ] definisce lo sviluppo
sostenibile come “ lo svilupparsi mantenendosi entro la capacità di carico degli ecosistemi ” ovvero é necessario che:
- il peso dell'impatto antropico sui sistemi naturali non deve superare la capacità di carico della natura ;
- il tasso di utilizzo delle risorse rinnovabili non deve essere superiore alla loro velocità di rigenerazione;
- l'immissione di sostanze inquinanti e di scorie non deve superare la capacità di assorbimento dell'ambiente;
- il prelievo di risorse non rinnovabili (petrolio e carbone essenzialmente) deve essere compensato dalla produzione di una pari quantità di risorse rinnovabili (solare, vento, mini-idraulica, biomasse, geotermica) in grado di sostituirle. Come si può vedere dalla Fig.1, lo sviluppo tradizionale ha man mano ridotto il capitale naturale trasformandosi in sviluppo economico.
Questo processo può essere attenuato dalle innovazioni tecnologiche [ 3 ] che
spostano verso destra la curva, senza però risolvere il problema della dimi-nuzione delle risorse.
Sviluppo
Crisi
oggi sviluppo sostenibile
medioevo
antichità
Min Ambiente
Fig 1 : Senza uno sviluppo sostenibile il capitale naturale ( ad es. un fiume che fornisce acqua a terreni adiacenti agricoli) ad un dato momento entra in crisi.
Con l'introduzione di un nuovo paradigma, cioé quello dello sviluppo sostenibile, si introduce una crescita economica rispettosa dei limiti ambientali. Oramai il termine sviluppo sostenibile ricorre anche quando la comunità non cresce effettivamente dal punto di vista economico, ma migliora la qualità della vita, massimizza le risorse rinnovabili e minimizza quelle non rinnovabili. Di conseguenza dopo il PIL (prodotto interno lordo, cioé il valore complessivo dei beni e servizi, prodotti all'interno di un Paese, in un anno, e destinati ad usi finali), introdotto come indicatore economico
dello sviluppo sostenibile, viene elaborato trentanni fa circa, dal programma delle Nazioni Unite per lo sviluppo (UNDP), il concetto di indice o indicatore di sviluppo umano. Lo sviluppo umano è, secondo la definizione dell’UNDP (United Nation Development Program), “ un processo di ampliamento delle possibilità umane che consenta agli individui di godere di una vita lunga e sana, essere istruiti e avere accesso alle risorse necessarie a un livello di vita dignitoso”.
Gli obiettivi generali dello sviluppo umano sono :
- promuovere la crescita economica sostenibile, migliorando in particolare la situazione economica delle persone in difficoltà;
- migliorare la salute della popolazione, con attenzione prioritaria ai problemi più diffusi e ai gruppi più vulnerabili;
- migliorare l’istruzione, con priorità all’alfabetizzazione, all’educazione di base e all’educazione allo sviluppo;
- promuovere i diritti umani, con priorità alle persone in maggiore difficoltà e al diritto alla partecipazione democratica;
- migliorare la vivibilità dell’ambiente, salvaguardare le risorse ambientali e ridurre l’inquinamento.
Lo sviluppo umano è il processo che permette alle persone di ampliare la propria gamma di scelte. Il reddito é una di queste scelte, ma non rappresenta la somma totale delle esperienze umane. La salute, l’istruzione, l’ambiente salubre, la libertà d’azione e di espressione sono fattori altrettanto importanti -Rapporto UNDP n°3 del 2000 - (sitografia 1).
L’indice di sviluppo umano rientra negli indici attualmente definiti KPI (key performance indicators), tra i quali :
2) industriali: OEE (overall equipment effectiveness) ; 3) finanziari : PBP (pay back period) ;
4) ambientali: WF (water footprint);
5) sociali : HDI ( human development index).
Si può calcolare l' indice di sviluppo umano come la media geometrica di tre indici : aspettativa di anni di vita (I health), aspettativa di educazione scolastica (I education), e aspettativa di reddito ( I income) :
HDI = ( I health + I education + I income ) 1/3 (1)
Quindi imponendo: min max health 20 85 anni education 0 18 anni income (Pil procapite dollari) 100 75000 si può risalire ai valori di HDI per ogni Paese.
Attualmente solo quattro Stati superano i 75000 dollari annui come PIL procapite (Kuwait, Qatar, Singapore e Liechtenstein), mentre 100 dollari sono stati considerati il valore minimo nei paesi più poveri del mondo. I vari indici si calcolano come:
I = actual value – minimum value (2) maximum value – minimum value
BOX 1: Esempio per la Georgia
Aspettativa di vita alla nascita : 75 anni Aspettativa di vita scolastica : 13,9 anni Anni medi di scuola : 12,2 anni PIL procapite : 8856 dollari I health : 75 – 20 = 0,8465
Indice di aspettativa scolastica = 13,9 – 0 = 0,772 18 – 0
Indice di media scolastica = 12,2 - 0 = 0,816 15 – 0
I education = 0,772 + 0,816 / 2 = 0,794 I income = ln (8856) – ln (100) = 0,677 ln (75000) – ln (100)
HDI = (0,846. 0,794 . 0,677 ) 1/3 = 0,769
Nella Fig.2 sono riportati i valori di HDI per i vari Stati nel mondo: ad es. il valore più alto é la Norvegia con 0,994 (verde tipo 5: > 0,9) mentre l'Italia, al ventiseiesimo posto, presenta 0,872 (verde tipo 4: tra 0,9 - 0,85); l'Arabia Saudita al ventinovesimo posto ha valore 0,837 (verde tipo 3: tra 0,85 e 0,8), e infine l'Uruguay, al cinquantaduesimo, con valore 0,793 (verde tipo 2 : tra 0,8 e 0,75). I valori più bassi sono quelli indicati con colore rosso – marrone inferiori a 0,5 che si riferiscono al cuore dell'Africa.
Fig.2: Mappa dell'indice di sviluppo umano:ad ogni colore corrisponde un range di valori
(da Wikipedia)
Da tener presente che ci sono diverse zone in Africa dove non ci sono strade asfaltate ma solo in terra battuta, e se si sorvola il continente africano di notte
e paesi, si concentrano per lo più lungo la costa. Ovvero il cuore dell'Africa é molto sottosviluppato, come indicato dal basso indice di sviluppo umano. Non basterebbero 100 anni per coprire l'Africa con una rete stradale ed elettrica secondo gli standard europei. In passato e ancora oggi, la costruzione di una strada asfaltata costituisce una delle opere più costose e più frequente nel continente africano.
Infatti le infrastrutture favoriscono le interconnessioni a livello regionale e fra paesi confinanti, nonché il potenziamento di porti ed aeroporti. Questo di conseguenza permette l’estensione delle reti e delle connessioni transfronta-liere, nonché migliora la gestione delle risorse idriche a livello nazionale e locale, garantendo l’accesso all’acqua potabile e condizioni sanitarie normali a un numero crescente di persone anche delle zone rurali. Quindi in poche parole le infrastrutture predispongono allo “sviluppo umano”.
Le definizioni tradizionali di povertà considerano generalmente soltanto la carenza di beni materiali, e spesso quelli monetari.
Le valutazioni sulla povertà più frequenti sono costruite solitamente dai dati raccolti da indagini fatte sulle famiglie. La Banca Mondiale usa come parametri il reddito e i livelli di consumo come strumenti per misurare il “benessere” di una famiglia. La “soglia di povertà” assoluta, basata sul valore monetario di un paniere di beni e servizi essenziali, aggiornato ogni anno tenendo conto della variazione dei prezzi al consumo, individua una soglia minima di sopravvivenza universalmente comune ad ogni essere umano, attraverso la definizione di un minimo (di calorie, di consumi, di reddito) vitale.
Secondo gli ultimi modelli di pensiero, una migliore definizione di “povertà” deve considerare un approccio multidimensionale, tenendo presente anche le
difficoltà sociali, psicologiche e il grado di sopravvivenza quotidiana. Questo approccio é stato descritto da Amartya Sen (economista indiano, Premio Nobel per l'economia nel 1998), che partendo da un esame critico dell'economia del benessere, ha considerato oltre al reddito anche alcuni aspetti come la salute, la formazione e i diritti dell'uomo. L'approccio di Sen ha convinto molti studiosi a considerare i tradizionali indicatori monetari del benessere (indici di povertà e disuguaglianza basati sul reddito o sulla spesa per i consumi) come misure incomplete e parziali della qualità della vita di un individuo. Seguendo questa filosofia, l' UNDP (United Nations Development Programme) ha introdotto un indice, per misurare le deprivazioni nello sviluppo umano di base. Tale indice, definito “Multidimensional Poverty Index” definito da Sabine Alkire e John Foster (ricercatrice e professore di economia e studi internazionali della George Washington University), risulta pari a:
MPI = H x A ( 3 )
con H = incidenza di povertà e A = intensità di povertà.
Dimensioni Indicatori Privazioni se.. Peso relativo Educazione Anni di scuola Nessuno in famiglia ha fatto 5 anni 1/6 Bambini coinvolti Nessuno ha finito fino a 14 anni 1/6 Salute Mortalità Uno o più bambini sono morti 1/6 Nutrizione Uno o più sono malnutriti 1/6 Condizioni Elettricità La casa non ha elettricità 1/18 Igiene Non ha il bagno in casa 1/18 Acqua potabile Non ha acqua che dista a 30' a piedi 1/18 Cottura cibi Con legna 1/18 Pavimento Sabbia battuta 1/18 Cespiti Nessuna radio,telefono, motocicletta, ecc. 1/18
Nota: Se in una casa con tot persone presenta privazioni si assegna 1 in caso contrario 0.
Casa a b c d Persone in casa 4 7 5 4
Educazione Anni di scuola 0 1 0 1 1/6 Bambini coinvolti 0 1 0 0 1/6 Salute Mortalità 0 0 1 0 1/6 Nutrizione 1 1 0 1 1/6 Condizioni Elettricità 0 1 1 1 1/18 Igiene 0 0 1 0 1/18 Acqua potabile 0 1 1 0 1/18 Cottura cibi 0 0 0 0 1/18 Pavimento 1 1 1 1 1/18 Cespiti 0 1 0 1 1/18 Punteggio 0,22 0,72 0,38 0,5 Casa povera se > 1/3 ? No Si Si Si
Ad es. per casa a : 1 x (1/6) + 1 x (1 /18) = 0,22 H = 7 + 5 + 4 / 4 + 7 + 5 + 4 = 0,8
A = ( 0,72 x 7 ) + ( 0,389 x 5) + (0, 5 x 4 ) / ( 7 + 5 + 4) = 0,5625 MPI = 0,9 x 0,5625 = 0,45
Tale valore rappresenta il 70% della popolazione in Sierra Leone.
Come si può notare, oltre all'indicatore acqua potabile ce ne sono altri tre che indirettamente possono essere legati sempre all'acqua: elettricità, pavimento in sabbia, igiene. Quindi l'acqua é fondamentale nella lotta alla povertà e diventa un bene insostituibile.
Da qui ultimamente si sono cercate diverse tecniche semplici per accedere all'acqua, che é quindi la fonte primaria, nonché purificarla ed eventualmente trattarla, senza dover aspettare per forza lo sviluppo delle infrastrutture. Quindi un certo numero di misure dovrebbero essere progettate in modo da : garantire il diritto all'acqua, decentrare la responsabilità dell’acqua, sviluppare
i know-how semplici a livello locale, aumentare e migliorare i finanziamenti per le tecnologie di recupero e trattamento delle acque in zone rurali, assicurare il controllo e la valutazione delle risorse idriche.
2. CICLO DELL' ACQUA E CRISI IDRICA
La Terra é soggetta dal punto di vista idrologico:
- all'energia solare che permette i processi di evaporazione, traspirazione e precipitazione;
- al campo gravitazionale, che permette i processi di precipitazione e scorrimento (superficiale e sotterraneo) ;
- alla capillarità che permette l'infiltrazione e quindi in seguito lo scorrimento sotterraneo.
Per l'analisi di questi processi possiamo usare un approccio considerando le quantità coinvolte negli scambi mediante l'equazione del bilancio dove possiamo convertire la conservazione delle masse in conservazione dei volumi, essendo l'acqua un fluido a volume specifico costante; la riserva é pari al volume entrante meno quello uscente, cioé matematicamente:
V s = Vp – VR – Ve – Vt – Vi (m 3 /anno) ( 4 )
Dove il volume di stock (Vs) é pari al volume di precipitazione (Vp), che é assunta entrante, meno quello dovuto al deflusso superficiale (o
ruscella-mento VR ), meno quello di evaporazione delle masse di acqua (Ve) meno
quello di traspirazione dovuta alle piante (Vt), meno ancora quello di infiltrazione (Vi), assunte tutte in uscita (Fig.3).
Considerando il bacino idrologico (circoscritto da linee di spartiacque, delimitanti il bacino di raccolta di un corso d’acqua e dei suoi affluenti e coincide, in superficie, con il bacino idrografico) pari a quello idrogeologico e
in assenza di prelievi e ricarica della falda, riscriviamo il water badget pari a : P – Er = D ± Vr ( 5 )
Fig.3: La precipitazione sulla superficie terrestre, in un anno, come volume per unità di superficie é pari a 1,135 m; tale quantità diventa 0,335 m di scorrimento superficiale o ruscellamento e 0,8 m di infiltrazione nel suolo. Il ciclo si chiude con 1,135 m di evaporazione delle masse oceaniche più evapotraspirazione sulle terre emerse.
Dove la precipitazione P meno la evapotraspirazione (cioè evaporazione di masse d'acqua + traspirazione delle piante) reale Er é pari al deflusso D più o meno la variazione della riserva d’acqua nel suolo Vr. Il valore positivo di Vr é la ricarica nel suolo mentre se Vr é negativo é quella utilizzata dal suolo. Il deflusso D può scomporsi in una quantità detta eccedenza della ricarica EW, che coincide con la percolazione nel sottosuolo, e in una superficiale R
detta di ruscellamento superficiale. Secondo Thornthwaite [ 4 ] si prende la
temperatura media mensile T (°C), e quindi si ricava l'indice di calore del
mese i = 0,09 (T)1,5 e poi l'evapotraspirazione potenziale mensile, cioé il
flusso di vapore sotto una serie di condizioni ideali : Ep = 16 (10 T / I ) β (mm/mese) ( 6 )
Con I e β costanti per tutti i mesi ; dove I é l'indice termico annuale cioé la somma dei dodici indici di calore mensili, mentre l'esponente vale:
β = 0,016 I + 0,5
Per tener conto di latitudine e mese si assume il valore corretto : Epc = K . Ep = (nN/360) Ep ( 7 )
dove K é il coefficiente di irraggiamento, funzione di latitudine e mese ed é fornito tabellato ovvero dipende dal numero n dei giorni e dalle ore di insolazione N del mese. Nei mesi in cui P > Epc o quando il suolo si trova nella sua “capacità di campo” (tutti i micropori del suolo sono riempiti d'acqua) si ha Epc = Er, cioé é pari al valore reale dell'evapotraspirazione.
Tabella 1: Valori di pioggia e temperature medie mensili riprese da Autorità Bacino del fiume Magra [5] Gen. Feb. Mar. Apr. Mag. Giu. Lug. Ago. Set. Ott. Nov. Dic. Anno 1999
P 70,6 75,7 65,4 68,8 61,6 44,0 27,5 48,9 76,5 97,9 102,5 79,7 819 T 6,5 7,2 9,5 12,0 16,2 19,7 23,4 23,4 20,2 15,9 10,9 7,0 14,3 i 1,50 1,75 2,66 3,8 5,95 8,00 10,3 10,33 8,2 5,78 3,24 1,68 63,23 Ep 17 20 30 42 65 87 112 112 90 63 36 19 693 K 0,81 0,82 1,02 1,1 1,26 1,28 1,29 1,20 1,04 0,95 0,81 0,77 Epc 14 16 31 47 82 111 144 134 94 60 29 15 777 Cr 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 R 14,1 15,1 13,1 13,7 12,4 8,8 5,5 9,8 15,3 19,6 20,5 15,9 163,8 I 56,5 60,6 52,3 55,1 49,2 35,2 22 39,1 61,2 78,3 82 63,8 655,2 ΔP 56,6 59,7 34,4 21,8 - 20,4 - 67 - 116,5 -85,1 -17,5 37,9 73,5 64,7 DidC -20,4 -87,4 -203,9 -289 - 306,5 r 100 100 100 100 81,5 41,7 13 5.5 4,6 42,5 100 100 Vr 0 0 0 0 - 18,5 -39,8 -28.7 -7,5 -0,9 37,9 57,5 0 0 Er 14 16 31 47 80,1 83,8 56,2 56,4 77,4 60 29 15 565,9 EW 42,5 44,6 21,3 8,1 0 0 0 0 0 0 53 48,8 218,3 da 0 0 0 0 4,8 37,8 98 91,9 29,8 0 0 0 262,3
BOX 3: Esempio di bilancio del bacino del fiume Magra
Dalla Tab 1 precedente:
I = Sum i = 63,23, β = 0,016. 63,23 + 0,5 = 1,51 Ep (Gen) = 16 ( 10. 6.5 / 63,23 ) 1,51 = 17 mm
Dopo si considera il ruscellamento come R = Cr P assumendo come coefficiente di ruscellamento Cr = 0,2 valido per terreni permeabili fino a 7 % di pendenza (valore massimo 0,35[ 6 ] per terreno compatto superficiale simile alla media mondiale).
Il ruscellamento R non é valutato originariamente nel metodo di Thornthwaite ma qui si é seguito come indicato in Peyton and Schroeder “Water balance in landfill” [7] .
Con ΔP = P – Epc, é la pioggia netta se positiva ovvero perdita se negativa. La somma cumulata delle perdite é D.id.C. cioé il deficit idrico potenziale cumulato.
La riserva iniziale di acqua nel suolo per terreni permeabili ( r = 100 mm ) diminuisce nei periodi con D.id.C con la : r = 100 e DidC / 100
La evapotraspirazione reale Er = Epc, quando P > Epc, mentre per P < Epc, bisogna valutarla come: Er = P + Vr (con Vr in valore assoluto); dove Vr é la variazione della riserva r facilmente calcolabile tra due mesi contigui.
L'eccedenza idrica assunta qui come percolazione o infiltrazione efficace che alimenta la falda sotterranea si ricava come differenza : EW = P – Er – R
Infine il deficit agricolo si calcola quando Vr é negativo con la : da = Epc – Er.
La pioggia netta Pe = P - Er, deve essere uguale al deflusso strumentale misurato D alla stazione idrometeografica di chiusura del bacino idrografico ( ± 10 %), per la verifica del bilancio. Nel nostro caso: Pe = 819 – 565,9 = 253,1 mm.
Il valore misurato del deflusso naturale D = 227,8 mm [ 5 ] e di conseguenza il valore
ricavato é + 9,9 % e quindi il bilancio é verificato.
Nella tabella 1 si mostra un esempio di bilancio idrico eseguito secondo il metodo di Thornthwaite.
Molti fattori hanno un impatto sui normali meccanismi del ciclo dell'acqua. Alcuni di questi sono artificiali, come ad esempio: estensione delle attività agricole e industriali, la deforestazione, la costruzione di dighe, la quantità di acqua estratta in superficie dai fiumi, e sotterranee dalle falde, nonché l' urbanizzazione in termini di ostruzione dell'infiltrazione al flusso delle
acque sotterranee. Gli altri fattori sono quelli che influenzano il cambiamento climatico, che fondamentalmente si manifesta come una distorsione
percepibile solo con modelli climatici. Il clima della Terra è sempre cambiato, ma è il recente tasso di cambiamento che sta causando preoccupazione.
L'attuale temperatura media mondiale è più alta di 0,85ºC rispetto ai livelli della fine del 19° secolo.
Ciascuno degli ultimi tre decenni è stato più caldo dei precedenti decenni, da quando sono iniziate le prime rilevazioni nel 1850.
I più grandi esperti di clima a livello mondiale ritengono che le attività
dell'uomo siano quasi certamente la causa principale dell'aumento delle temperature osservato dalla metà del 20° secolo.
Alcuni gas presenti nell’atmosfera terrestre agiscono un po’ come il vetro di una serra: catturano il calore del sole impedendogli di ritornare nello spazio. Molti di questi gas (anidride carbonica, metano e ossido di azoto per lo più) sono presenti in natura, ma l'attività dell'uomo (combustione di carbone e petrolio, deforestazione, sviluppo di allevamento di bestiame e uso di fertilizzanti azotati) ne aumenta le concentrazioni di questi nell’atmosfera. Il Summary for Policymakers of the 5th report dell´ IPCC (Intergovernamental Panel on Climate Change), pubblicato nell´ottobre 2013 (sitografia (2)) afferma che “il riscaldamento globale é inequivocabile e, sin dagli anni ´50, molti dei fenomeni osservati negli ultimi decenni non si verificavano da centinaia, a volte migliaia, di anni.
L´atmosfera e gli oceani si sono riscaldati, la scorta di nevi e di ghiacciai é diminuita, il livello del mare si é innalzato e la concentrazione dei gas serra é aumentata.” Secondo alcuni, a causa di ciò, il riscaldamento globale ha già causato riduzioni nei raccolti di mais, e orzo. Si prevede un peggioramento
della situazione che interesserà soprattutto l’Asia e l’Africa, le due regioni maggiormente penalizzate dalla carenza di cibo. Inoltre, questo declino coinvolgerà anche l’attività della pesca. I cambiamenti climatici stanno avendo conseguenze anche sul delicato equilibrio degli ecosistemi.
Negli oceani, alcune specie stanno migrando a nord a causa del riscaldamento mento delle acque. Nelle zone tropicali, soprattutto, i rapidi cambiamenti di temperatura causeranno l’estinzione di parecchie specie animali, ma non solo anche di piante, fiori e frutti. Nel nord Europa, invece, l’aumento di insetti causato dal caldo provocherà seri danni alle foreste di betulle.
Il cambiamento del clima colpirà soprattutto i bambini, in quanto particolarmente sensibili alle malattie e agli effetti dell’aria inquinata.
Anche il cambiamento della disponibilità di cibo ed acqua probabilmente sarà causa di problemi, quali migrazioni forzate, soprattutto per le popolazioni costiere. Anche gli adulti e gli anziani saranno colpiti dal riscaldamento globale, soprattutto quelli con problemi respiratori e cardiaci. Non tutti però vedono questo futuro nefasto, infatti pur accettando l'aumento di temperatura di 0,85°C, confutano l'idea diffusa da alcuni decenni in vigore, che il “global warming” abbia a sua volta provocato un'estremizzazione dei fenomeni climatici dato che é una teoria che poggia su presupposti molto generici e che a volte si scontra con i dati disponibili.
Infatti i dati che provengono dalla climatologia storica ci dicono che negli ultimi mille anni gli eventi estremi sono stati molto più frequenti nei periodi freddi piuttosto che in quelli caldi [ 8 ].
Quindi un ampio grado di incertezza governa la comprensione di come la precipitazione e la variazione di temperatura portino ai cambiamenti nel deflusso dei fiumi, alle inondazioni e ai periodi di siccità.
Circa l'86% della evaporazione globale avviene dagli oceani, e senza l'effetto di raffreddamento dovuto all'evaporazione, la Terra avrebbe una temperatura superficiale molto più alta. L'aumento però delle temperature fa aumentare l'evaporazione e comporta un aumento delle precipitazioni.
Infatti l' acqua totale precipitabile (kg/m2) é pari alla densità del vapore
acqueo (kg/m3) per l'altezza della colonna d'aria (m).
In generale, le precipitazioni dipendono quindi dalla quantità di vapore acqueo presente nell'atmosfera terrestre e dalla contemporanea risalita delle masse d'aria che lo contengono. Se qualcosa attenua questi due fenomeni, si genera una situazione di siccità; possibili fattori possono essere:
- un periodo anomalo di prevalenza di sistemi di alta pressione;
- venti in prevalenza continentali, che portano masse d'aria secche anziché quelle più umide degli oceani;
- El Niño o altri cicli termici oceanici; - la deforestazione;
Ad esempio le Filippine hanno subito una grave siccità nel 1999 e due meno gravi nel 2004 e 2007, che hanno distrutto milioni di pesos di colture, e ridotto l'approvvigionamento idrico del paese. Per combattere la siccità si sono messe in campo diverse strategie:
- desalinizzazione dell'acqua marina per usi agricoli o domestici;
- monitoraggio costante dei livelli delle precipitazioni atmosferiche, per individuare eventuali periodi in cui la quantità di acqua richiesta supera quella disponibile ;
- un attento piano di rotazione delle colture per minimizzare l'erosione del terreno e favorire la coltivazione di piante più resistenti alla siccità;
- purificazione e depurazione dell'acqua già utilizzata per consentire un suo riutilizzo;
- costruzione di acquedotti per portare acqua nelle zone più rurali.
Oltre al problema della siccità si aggiunge il cosiddetto problema “geopolitico dell'acqua”. Un caso emblematico é quello del Nilo. Infatti in base agli Accordi del 1959 per la gestione delle acque del Nilo, vennero assegnati
all’Egitto 55,5 Mld m3 / anno, mentre al Sudan, furono assegnati 18,5
Mld m3 / anno.
In pratica il 91,8 % ( 55,5 + 18,5 / 80 ) delle acque del Nilo furono dati a questi soli due paesi, dato che il Nilo nasce in Sudan, dall'unione del Nilo Azzurro e Bianco, e percorre tutto l'Egitto, che al tempo aveva la maggiore popolazione. Il Nilo Azzurro e Bianco nascono rispettivamente dal Lago Tana in Etiopia e dal Lago Vittoria, le cui acque attraversano i confini di Kenya, Uganda e Tanzania. Pertanto, ognuno di questi Paesi, che recentemen-te ha avuto un importanrecentemen-te aumento della popolazione, vuole esercitare il diritto sovrano di costruire dighe e sbarramenti, sfruttando le acque del bacino del Nilo per produrre elettricità, oppure utilizzare liberamente parte delle acque presenti entro i propri confini nazionali.
L’Egitto, per far fronte alle proprie esigenze, deve ricorrere ad altri rimedi a causa della crescita esponenziale della popolazione urbana, si pensi che la popolazione del Cairo non è calcolabile con esattezza, addirittura si arriva a stimarla in più di 20 milioni di abitanti. A ciò si aggiungono richieste
sempre maggiori da parte di agricoltori ed industriali, che chiedono per le loro attività quantitativi sempre maggiori di acqua dolce. Ai problemi interni però, si sommano anche quelli esterni e cioè con i paesi vicini, primo fra tutti l’Etiopia. Una nazione di 96 milioni di abitanti, che dopo la caduta del
comunismo e la fine della guerra civile, cerca una via per il proprio sviluppo economico anche attraverso l’agricoltura, in considerazione della vastità di terreni fertili (“terre nere”) che possiede e che non ha mai sfruttato fino in fondo. Negli ultimi 20 anni l'Etiopia ha costruito un serie imponenti di dighe e recentemente é in via di costruzione la “ Grand Renaissance “ opera imponente che devierà il corso del Nilo Azzurro. Si tratta di un’opera che sarà il più grande progetto idroelettrico dell’Africa, che darà all’Etiopia un impianto da 6.000 MW creando la più grande potenza energetica dell’area. Secondo l' Egitto i 90 milioni d’egiziani che vivono grazie al Nilo, possono piombare in una crisi idrica senza precedenti nella millenaria storia del più lungo fiume del mondo, a causa di tale diga (Fig.4). La finanziano i cinesi, che da una decina di anni investono centinaia di milioni di euro in Africa, recuperandoli poi con il legname, metalli, ecc. La costruiscono gli etiopi, tramite la Salini-Impregilo Italiana, che hanno ottenuto soldi anche dalla Banca Europea.
Fig.4: Diga Grand Renaissance : lunga 1800 m, alta 155 m
La scontano gli egiziani, che proprio dal Nilo Azzurro (uno dei due grandi affluenti, nasce e scorre per 1.400 km in Etiopia) ricevono il limo a uso
agricolo. Il 13 gennaio 2011 il governo egiziano ha rifiutato di firmare il Framework Agreement, in sintonia con la decisione presa dal governo del Sudan. L’accordo, siglato nel 2010 da Etiopia, Ruanda, Uganda, Kenya e Tanzania, é volto ad una ridistribuzione più equa delle acque del Nilo.
Il rifiuto dell' Egitto é dovuto al fatto che, nonostante oggi abbia diritto a 55 degli 80 miliardi di metri cubi di acqua di portata del Nilo (da Wikipedia,
la portata del Nilo é 2830 m3 /sec.; essendoci 31,5. 10 6 sec. in un anno si ha
2830. 31,5 = 89145 Mm3 = 89 Gm3 ) ha bisogno di ulteriori 7 miliardi di metri
cubi di acqua per poter sostenere il proprio sviluppo. Pertanto, il Paese soffre, per riconoscimento delle stesse Nazioni Unite, di un insufficiente approvvigionamento idrico.
Secondo le stime dell’UNESCO il 69% del consumo idrico è rivolto all'agricoltura (principalmente Africa, Sud America, India, Australia), mentre il 23 % all’industria (principalmente Nord America, Europa, Russia), e solo l’8% al consumo umano; oramai é necessario un approc-cio cooperativo nella governance dei bacini idrici.
Ma se il consumo umano é solo l' 8% esso diventa in pratica l'unica voce in quelle zone rurali e desertiche dei paesi in via di sviluppo (PVS). Per quanto riguarda i PVS la carenza di acqua potabile è anche dovuta alla mancanza di investimenti nei sistemi idrici e ad una inadeguata attività di manutenzione degli stessi. Nei PVS, infatti, circa metà dell’acqua convo-gliata nei sistemi di approvvigionamento idrico viene sprecata a causa di perdite, di allacci illegali e di vandalismi. Le aree di scarsità e di difficoltà idriche sono in crescita, particolarmente nel Nord Africa e nell’Asia Occi-dentale. Nel corso dei prossimi due decenni, infatti, si prevede che il mondo avrà bisogno del 17% di acqua in più per la coltivazione dei prodotti agricoli
necessari a sfamare le popolazioni in crescita dei PVS, e che di conseguenza l’impiego complessivo delle risorse idriche registrerà un incremento pari al 40%. Questo favorisce l'invasione delle multinazionali nei PVS che hanno uno scarso impatto sull'occupazione locale dato che:
- usano manodopera specializzata non locale; - tendono a produrre scarsa competizione; - creano scarso effetto sul reddito locale ;
- creano dipendenze del paese ospitante rispetto al paese investitore, provo-cando interferenze anche politiche;
- sottraggono il controllo e la gestione delle risorse naturali alle stesse comunità, allontanandole dai processi decisionali e quindi bloccandone la “crescita sociale” e quindi lo “sviluppo umano”.
Proprio in queste realtà, con indice di povertà umano basso, si sta cercando di attuare tecniche, a basso costo, per fronteggiare la mancanza di accesso all' acqua.
3. SEMPLICI METODI DI APPROVVIGIONAMENTO IDRICO NEI PAESI IN VIA DI SVILUPPO
La gestione idrica, perché sia sostenibile, deve rispettare quattro regole basate su diverse considerazioni :
1. Considerazioni tecniche : la progettazione e costruzione delle opere idrauliche devono essere giuste usando tecnologie e materiali appropriati cercando di evitare sprechi.
2. Considerazioni finanziare : i costi devono essere contenuti al massimo, in accordo con i fini che si vogliono raggiungere rispettando sempre gli standard di qualità delle opere, incluse eventuali manutenzioni nel tempo.
3. Considerazioni sociali : va coinvolta la popolazione che deve trarne beneficio e salvaguardare le opere che diventeranno di pubblica utilità. In tal caso é necessario eseguire anche un'analisi del contesto, cioé indivi-duare tutti gli attori interessati.
4. Considerazioni ambientali: cioé l'opera che si costruisce non va a danneggiare l'ambiente.
Perché siano rispettate tutte le condizioni é evidente che l'opera di cattura dell' acqua deve essere la più semplice possibile. Paradossalmente le costru-zioni più semplici e sostenibili non sono le attuali ma quelle antiche. Ancora oggi, in zone aride o remote, usando materiali diversi, si utilizzano nei principi di base le stesse tecniche del passato.
Tecniche tradizionali di gestione dell'acqua
Le principali sono:
Sistemi direzionali sulle inondazioni: queste strutture, sono state progettate per deviare in parte i flussi delle piene attraverso un canale diverso rispetto al corso principale dei wadi, con lo scopo di avvantaggiare aree diverse del sito attraverso la dispersione dell’alluvione. Questa tecnica veniva usata in antichissimi insediamenti umani in Medio Oriente e Asia Occidentale. I sistemi direzionali possono essere usati in grandi stagni o dighe per la conservazione a lungo termine ed è una pratica comune in tutte le zone aride dell’Africa sub-sahariana. Alcuni dispositivi straordinari presenti soprattutto
nelle regioni aride del Belucistan (tra India e Pakistan) chiamati gabarbands [9]
sono più antichi della civiltà Harappa del Pakistan orientale (4000 anni fa). I gabarbands sono strutture di pietra (Fig.5) alte più di un metro, simili a dighe (probabilmente il termine gabar o gaur significa “ l'adoratore del fuoco”, cioé viene riferito agli zoroastriani destinati al controllo delle acque di superficie). Sono costituiti da una serie di piattaforme, spesse circa 60-120 cm, sovrapposte fino alla sommità. In passato i gabarbands sono stati, probabilmente, usati per il controllo delle inondazioni e alluvioni che arrivavano dalle colline. Queste dighe di deviazione sono simili a quelle ancora in uso nella valle dell’Hadramaut, nel sud dello Yemen.
Fig.5: Gabarband nel Belucistan
Oltre ai gabardbands ci sono nella stessa regione i Qanat che sono simili alle Khettare del Nord Africa (Fig. 17).
Strade - torrenti: in zone dove lunghi periodi di siccità si alternano a brevi periodi di forti piogge e inondazioni, le strade-torrenti vengono usate per raccogliere l’acqua piovana da utilizzare in maniera efficiente.
La risorsa d’acqua principale della valle sinuosa dello M’zab nel Sahara algerino, proviene dalle inondazioni che si verificano ogni due, tre anni; infatti, la valle è organizzata in modo tale da sfruttare questo evento.
Le grandi prese d’acqua intercettano il flusso d’acqua e lo distribuiscono nei campi coltivati. Le strade strette, racchiuse tra le alte mura che circondano i giardini, diventano torrenti che convogliano la preziosa acqua.
Le aperture sono inserite nelle pareti e aspirano la quantità d’acqua necessaria per ogni giardino dove, una nuova serie di piccoli canali, ponti e bacini garantiscono l’irrigazione degli spazi verdi coltivati a frutta e verdura (Fig.6). Questa tecnica di distribuzione dell’acqua attraverso le strade-torrenti é ancora usata nella zona del Wadi Dhar vicino alla città di Sana’a, nello Yemen del nord dove, durante la stagione delle piogge, le piccole strade
murate convogliano l’acqua nei giardini, disposti su di un livello leggermente inferiore, mediante delle uscite disposte negli incavi.
L’intero sistema funziona per gravità e determina un’organizzazione rigorosa che raggiunge i livelli massimi solo quando si verificano le sporadiche inondazioni e le strade si trasformano in corsi d’acqua.
Fig.6 : Strada-torrente nella Valle dello M’zab (Algeria)
Cisterne interrate : lo scavo di cisterne interrate a sesto acuto, è una pratica diffusa in tutto il mondo fin dal Neolitico.
I serbatoi servono a contenere l’acqua di origine sporadica ed hanno, per questo motivo, una forma allargata che aumenta la capacità di raccolta.
In terreni carsici, le cisterne sono scavate nelle roccia calcarea con forme ad ogiva molto precise.
La forma a campana, che si allarga nel sottosuolo, é dovuta alla necessità di avere ingressi molto vicini, sufficienti a penetrare la roccia più dura sulla superficie e consentire l’espansione della cavità interna dove il calcare è più tenero. I serbatoi si riempiono con l’acqua delle piogge e con quelle che
scorrono lungo i pendii dove si organizzano le superfici di raccolta, le canalette ed i dispositivi di decantazione.
Dai serbatoi a campana, prevalenti nel Neolitico sui Balcani, nell’Italia del sud e a Malta, si passa a forme più allungate come i tholos, presenti a Creta e Micene nell’Età dei Metalli, a cisterne con serbatoi verticali ed a vari tipi di cisterne a camera.
Le civiltà antiche avevano ampiamente sviluppato le tecniche di rivestimento e impermeabilizzazione delle cisterne e, per questo scopo, utilizzavano intonaci a base di calce, pozzolana, composti organici e terracotta. Nelle civiltà precolombiane, le pratiche di modificazione del territorio per costruire sistemi di raccolta dell’acqua piovana su larga scala, creando prese d’acqua lungo le pendici, dighe e bacini idrici, precedono l’architettura monumentale e risalgono al primo millennio a. C.
Nelle zone interne dello Yucatan, in Messico, i Maya hanno dovuto risolvere il problema del reperimento di risorse idriche sufficienti, in tutte le stagioni, per soddisfare le esigenze delle massicce aree urbane e per l’agricoltura. I serbatoi naturali nelle grotte non bastavano, dato che erano soggetti alle variazioni dei livelli stagionali, alla salinità causata dai passaggi sotterranei fino al mare o all’essiccazione dovuta all’ostruzione dei tunnel. Cisterne a campana chiamate chultun venivano scavate nella pietra per avere una fornitura d’acqua potabile (Fig.7). L’ingresso di queste strutture é stretto, ma in seguito si ingrandisce nel sottosuolo a forma di pseudo-cupola. In Età Classica, dal III secolo d.C., lo sviluppo delle città importanti fu organizzato intorno a depressioni naturali chiamate aguade, a volte si sfruttavano doline naturali, in cui veniva raccolta l'acqua impermeabilizzando il fondo.
Le superfici dell’aguada erano lastricate con pietre piatte impermeabilizzate mediante argilla rossa e marrone. Pozzi e chultun erano scavati quando l’aguada era prosciugata (Fig.7). Il sistema é simile alle tecniche delle cisterne tipiche delle zone carsiche pugliesi nell’Italia del sud.
Intorno al IX secolo, alla fine dell’Età Classica, per scopi difensivi e per la necessità d’irrigare grandi aree agricole con la forza di gravità, la tecnologia Maya si sviluppò a tal punto da sfruttare al massimo i sistemi di raccolta dell’acqua. Le città stesse, con le numerose piramidi a gradoni, l’architettura monumentale, le piazze lastricate e i grandi cortili, diventarono un vasto sistema di raccolta di acqua piovana.
Fig.7 : Chultun (Uxmal – Yucatan) a sinistra e Aguada Maya (Yucatan) con pozzi a
e chultun a destra
Cisterne connesse: questo tipo di cisterne sono collegate, tra loro, attraverso una rete di canali all’aperto (Fig.8) e tunnel di raccolta dell’acqua piovana e sono fornite di dispositivi per la decantazione e il filtraggio tramite sfioratori sulle slitte delle cisterne.
Si tratta di riserve d’acqua per periodi che seguono le precipitazioni e sono ancora in uso in alcune zone dell’Africa dove, dopo le piogge, le bocche delle cisterne vengono coperte con stuoie di materiale vegetale che permettono all’acqua di essere conservata per lunghi periodi.
Fig. 8 : Schema di cisterne connesse
In tutta la Murgia dell’Italia del sud, cavità sotterranee collegate vengono scavate nel calcare per raccogliere l’acqua dai versanti per mezzo di una rete di canali sotterranei.
Le cavità collegate tra loro, sono attraversate da flussi d’acqua meteorica. La struttura sotterranea consente, da un lato di fornire una maggiore quantità d’acqua e dall’altro, impedisce all’acqua di essere sprecata in seguito all’evaporazione.
Le pareti interne delle cisterne sono perfettamente isolate mediante intonaco fatto di calce e frammenti (coccio-pesto).
Bacini naturali di raccolta della pioggia e acque ruscellanti: fin dalla dall’antichità, nella valle dell’Hadramaut nello Yemen, le comunità hanno utilizzato gli altopiani ed i pendii ripidi, opportunamente sagomati e isolati, come impluvi per la raccolta di pioggia tramite un sistema di vasche e
cisterne. Grazie a questo lavoro costante e alla conoscenza tramandata di una organizzazione specifica, le piogge che ingrossano i torrenti lungo le montagne vengono controllate.
Nessun' altra fonte d’acqua é disponibile e queste regioni sul versante, esistono grazie alla conservazione dei flussi e al sistema dei terrazzamenti dove l’acqua è attentamente ripartita.
In Marocco la raccolta dell’acqua piovana avviene tramite bacini naturali che raccolgono acqua piovana superficiale canalizzata. In genere i bacini (Fig.9) sono costruiti in zone comprese tra i pendii montuosi, sfruttando particolari morfologie, e sono di dimensioni notevoli (lunghezza 200 - 300 m).
Può anche essere presente un pozzo poco profondo per la captazione delle acque che si infiltrano nel terreno. L’acqua raccolta attraverso questo metodo può essere utilizzata per scopi agricoli, per allevamento di bestiame, per irrigazione, oppure anche per uso domestico se non vi sono altre fonti di approvvigionamento (previa depurazione). Questa tecnologia presenta semplicità di costruzione e manutenzione ed é un sistema riproducibile localmente. La sua realizzazione dipende però dalle condizioni geologiche ed è soggetta ad evaporazione e a contaminazione superficiale.
Fig.9: Bacino di raccolta acque piovane e ruscellanti (Marocco)
Raccolta di acqua negli impluvi naturali é stata utilizzata in Yemen e Giordania (Fig.10). Il bacino montano che circonda la valle del Wadi Musa (Giordania) è stato interamente organizzato, nel corso del tempo, allo scopo di controllare le risorse idriche che permettevano alla città Nabatea di Petra, di organizzarsi in pieno deserto attraverso l’uso di un ingegnoso sistema idraulico e di scarico (Fig.10).
La disposizione dei serbatoi, cisterne e canali di scolo per la raccolta delle acque piovane e dei microflussi che colavano dalle pareti di arenaria e i corsi d’acqua dei wadi, erano protetti dai versanti dei canyon.
La deviazione delle rare ma, devastanti inondazioni primaverili, attraverso la canalizzazione delle acque, permetteva di rendere produttivi i terreni e lo sviluppo dell'agricoltura.
Creazione di giardini sul letto dei fiumi: i sistemi di condivisione dei flussi come le dighe, permettono di creare i giardini sui lati degli alvei producendo terre coltivabili, di fornire humus e irrigare i terreni.
Fig. 10: Raccolta di acqua negli impluvi (Yemen) a sinistra e pozzi e canali sulla cime del Umm - Al Biyara a Petra a destra (Giordania).
Un grande sistema di questo tipo si trovava a Marib, la capitale araba del regno della regina di Saba, nel nord dello Yemen, ora completamente abbandonato al deserto.
Era formato da una grande diga su entrambi i lati del letto del Wadi Dhana. Si possono ancora ammirare i resti di questi sistemi d’irrigazione e coltivazione e le mura ciclopiche (Fig.11) che rappresentano il punto di partenza della imponente diga.
La diga sfruttava le inondazioni in modo da usare l’acqua necessaria all’agricoltura. Il flusso del Wadi Dhana venne fermato nella direzione est-ovest mediante un terrapieno lungo 620 m, alto 16 m e con uno spessore di 60 m alla base. Era stato costruito per sollevare l’acqua e distribuire le inondazioni su entrambe le sponde del wadi.
Vennero innalzate enormi chiuse e canali di trasporto dell’acqua a nord e a sud della città, alle due estremità del wadi. Il sistema di condivisione dei flussi creò due aree coltivate e un deposito a ventaglio di terra fertile su entrambe le rive.
La diga di Marib lavorava a pieno regime durante le piene e assicurava una riserva di acqua potabile negli altri periodi dell’anno.
Tecniche di condensazione dell'umidità: tali pratiche, che risalgono al IV millennio a.c., hanno avuto conferma dopo le scoperte fatte nella Grotta Scaloria lungo le pendici del Gargano in Puglia, dove alcuni vasi di ceramica erano posti sotto le stalattiti per raccogliere le gocce d’acqua.
In diverse grotte, l’aria carica di vapore causato dal calore che sale attraverso profonde faglie, si condensa lungo le pareti e produce acqua.
In Eritrea, sugli altopiani e nella regione di Afar, le fumarole dal Danakils producono umidità a cielo aperto che viene raccolta mediante un dispositivo fatto di rami.
Questa tecnica prevede la costruzione di strutture a capanna con il tetto conico fatto di piante e posizionato alla destra delle fumarole vulcaniche.
Il vapore sale fino ai rami, si condensa cadendo più in basso e viene raccolto nei bacini.
Un metodo simile viene utilizzato per raccogliere la rugiada dalla paglia e dalle foglie che coprono profonde trincee scavate nel terreno.
Questa tecnica era usata dai Nabatei, nel deserto del Negev e nella città romana sotterranea di Bulla Regia in Tunisia.
Le giare – cisterne sono riserve idriche sotterranee diffuse in tutte le isole e lungo le coste aride del Mediterraneo ed hanno rappresentato una riserva d’acqua per i viaggiatori che le utilizzavano durante i loro lunghi spostamenti. Alcuni vasi-cisterne sono ancora utilizzati in più delle trecento isole Dahalak, nel Mar Rosso, dove si pratica il nomadismo marittimo. Cisterne a cielo aperto sono costruite sulle superfici sabbiose per mezzo di grandi vasi interamente infossati nella sabbia e cumuli di pietre catturano l’umidità atmosferica che cade nel serbatoio sottostante. Nei terreni madreporati, grandi crateri scavati nella roccia di forma circolare hanno tumuli di pietre nel mezzo (Fig.12).
Fig. 12: Giara - cisterna
Questa pratica è sfruttata in luoghi isolati dove le riserve d’acqua proven-gono da sorgenti aeree (vapori).
Lastre di roccia sono state costruite come strutture di condensazione e raccolta dell’acqua, e costituite da ordini di pietre che catturano i venti carichi di umidità e la trasmettono al terreno per l’irrigazione dell’erba necessaria al pascolo (Fig.13).
Questo metodo è, ancora oggi, usato nelle Isole Dahalak sul Mar Rosso.
Fig.13: Pietre allineate
Le ricerche archeologiche nella regione in cui si trova la città carovaniera di Shabwa, situata all’interno del deserto arabo Ramlat al Sabatayn, hanno evidenziato una serie di dispositivi di condensazione e raccolta dell’acqua sull’altopiano, fatti di pietra.
Queste strutture sono costituite da pietre disposte lungo i bordi e da cumuli di rocce con cavità interne utilizzati per la cattura di umidità, proveniente dalle antiche coltivazioni di palme e frutteti che circondavano la città di Shabwa. Tali metodi sono stati trasmessi dalle civiltà pastorali nomadi e transumanti che abbeveravano le greggi e garantivano la sopravvivenza di carovane di mercanti.
Dighe sommerse: nelle zone aride e in presenza di flussi sotterranei temporanei, dighe interrate sono costruite nel letto dei torrenti. Sono costituite da una serie di barriere di pietra che bloccano i sedimenti e agiscono come dighe per l’accumulo di limo, in cui, i microflussi
d’acqua vengono intercettati e trattenuti a monte delle dighe. I sedimenti
riempiono l’intera altezza della diga creando così, una serie di piattaforme a diverse quote, adatte alle coltivazioni e fornite di passaggi. Antiche dighe
sotterranee sono ancora utilizzate nel Sahara del nord, lungo l’Oued Saoura ai piedi dell’imponente sistema sahariano dell’Atlas. Le dighe lungo l’Oued Saoura hanno la funzione di bloccare i flussi sotterranei e di superficie per fornire acqua alle colture poste sui lati del letto del fiume (Fig.14).
In caso d'inondazione queste vengono direzionate sulle terrazze laterali permettendo l’irrigazione, per gravità, ad una quota superiore rispetto al flusso d’acqua naturale. In periodi di siccità, l’umidità si mantiene nel sottosuolo e l’acqua viene prelevata ai piedi delle dighe.
La diga di Beni Isguen a Ghardaja in Algeria (Fig.15), é in realtà una enorme antica diga sotterranea che non contiene un bacino d’acqua, ma terreni con palme e colture.
Fig. 14: Dighe lungo l’ Oued Saoura (Algeria)
In essa sono anche scavati pozzi che permettono di conservare l’acqua trattenuta dai sedimenti della diga. Solo durante le inondazioni, che si verificano ogni dieci anni, la quantità d’acqua tracima sulla parte superiore della diga, dotata di barriere in grado di trattenere i detriti.
La fornitura d’acqua ai sistemi delle pentapoli della Valle dello M’zab in Algeria, si basano, in gran parte, su sistemi di captazione, deviazione e
controllo delle inondazioni occasionali che riempiono il letto dei corsi d’acqua normalmente asciutti. Di questi sistemi fanno parte le dighe sotterranee che agiscono, principalmente, come barriere difensive contro le inondazioni violente e, allo stesso tempo, come protezione per la manu-tenzione delle acque dei suoli necessarie in altri periodi.
Pertanto, questi dispositivi contribuiscono a mantenere i flussi nel sottosuolo per essere estratti mediante l’utilizzo di pozzi a bilanciere.
Le riserve idriche della parte sotterranea della diga, consentono di estrarre l’acqua da vari pozzi, tradizionalmente trainati da animali, che si trovano nel bacino idrografico delle piene.
Fig.15: La diga di Beni Isguen (Algeria) è lunga 400 m.
Durante le rare piene, l’improvvisa enorme quantità d’acqua che eccede dal bacino è distribuita al palmeto (a valle della diga) dalle vie e insenature più importanti ; quando il flusso diminuisce, dalle prese d’acqua e dai canali che partono dalla diga stessa.
Grandi dispositivi di sollevamento : la ruota persiana, è un dispositivo per l’acqua usato come sistema d’irrigazione per sollevamento.
E’ composto da una grande ruota idraulica costruita per sollevare l’acqua dal fiume e rilasciarla in condotte e canali che arrivano fino ai campi in attesa di essere irrigati. Le norie sono di origine siriana ed erano molto diffuse dalla zona dei fiumi Tigri e Eufrate fino ad ovest verso Al-Andalus. Nel nord dell’Africa, la noria si trova nelle zone costiere del Marocco ed anche nella zona settentrionale del Sahara da Tafilalet alla Tripolitania.
Nella penisola iberica la noria venne introdotta con le dominazioni arabe e sono particolarmente caratteristiche quelle che si trovano in Andalusia.
Vengono utilizzate per prendere l’acqua direttamente dai grandi flussi oppure, come nel caso di Murcia, sono state collocate su grandi canali d’irrigazione. In Siria, le norie di Hama sono le più antiche ruote idrauliche del mondo costruite dai Bizantini come sistema d’irrigazione.
La città fluviale di Hama conta diciassette grandi ruote idrauliche di legno (Fig. 16) che, una volta, raccoglievano l’acqua dal fiume e la depositavano negli acquedotti. Un sistema semplice e intelligente che, purtroppo, oggi non è più utilizzato.
Fig. 16 : Una noria della città di Hama (Siria) : ruota di grande diametro, verticale, munita di raggi di legno che terminano a forma di pala. L'acqua in movimento spinge le pale facendo girare la ruota la quale, con i numerosi contenitori (otri, secchi, vasi) collocati sulla circonferenza, solleva l'acqua.
Khettara: questo è un sistema molto antico di mobilitazione delle acque diffuso soprattutto nel Maghreb, ma simili ai Qanat del Pakistan e Iran. Consiste in un insieme di dispositivi (gallerie e pozzi) che permettono di condurre l’acqua in superficie che termina con un’uscita che viene chiamata sorgente. Il termine Khettara è comunemente utilizzato dalla popolazione locale per designare i pozzi d’aerazione. Le khettare, attraverso dei canali in lieve pendenza, trasportano l’acqua in superficie grazie all’effetto della gravità (Fig.17). La galleria della khettara è composta da due parti:
- una parte drenante: drena l’acqua dal terreno ed è situata al di sotto del livello piezometrico;
- una parte conduttrice: situata al di sopra del livello piezometrico, dove la falda risulta più bassa.
Lungo tutta questa galleria, che può arrivare a misurare diversi chilometri di lunghezza, si trovano numerosi pozzi d’areazione. La loro principale funzione è, in effetti, l’evacuazione della terra verso l’esterno della costruzione. Essi oggi sono utilizzati principalmente per la manutenzione della galleria.
Le comunità sono state capaci di costruire molti secoli fa, senza utensili moderni, delle gallerie lunghe molti chilometri con una pendenza a volte inferiore allo 0,1%. In base alle differenze fisiche e idrogeologiche possiamo distinguere due tipi di khettare: la prima presenta la “testa”, così come i pozzi d'aerazione, nel corso del fiume; il principio consiste nel captare le acque infiltrate provenienti dal corso d’acqua. I tipi di terreno incontrati in queste khettare sono generalmente sabbiosi-argillosi e ghiaiosi tipici dell’alveo di un fiume e le gallerie sono generalmente brevi e dritte (la lunghezza di queste khettare varia da 500 metri a 1 chilometro). Queste gallerie subiscono la vulnerabilità delle piene del corso d’acqua e i pozzi vengono spesso otturati dai depositi alluvionali che esse trasportano.
Le seconde o di falda, viste precedentemente, devono far fronte ad altri problemi, quali il rischio di crollo delle pareti. Queste khettare attraversano terreni friabili; con il tempo e l’alternanza di periodi di secca e di piena le pareti della galleria hanno la tendenza a sfaldarsi e crollando ostruiscono la galleria. Tutto questo ha per conseguenza una diminuzione della portata in uscita dalla khettara e l’acqua diventa così insufficiente per irrigare il palmeto.
La rivalutazione delle tecniche antiche
Il progetto per soddisfare l'esigenza di una quantità non impegnativa di richiesta d'acqua procede tramite diversi fasi, ma innanzitutto come prima cosa bisogna determinare quanta acqua é necessaria.
In genere si considerano tra 5 e 10 anni di fornitura per mantenere i costi non elevati. Considerando la popolazione attuale Po, quella dopo un certo numero n di anni sarà Pn pari a :
Pn = Po (1 + GR) n ( 8 )
Con GR il tasso di crescita della popolazione pari a : GR = ( Pn / Po ) 1 / n - 1 ( 9 )
In genere per risolvere la eq. (9) si considerano due anni censiti per una diffe- renza di tempo n in cui si conosce il tasso di crescita demografica.
A questo punto si stabilisce quanta acqua serve a persona. Come si nota dalla seguente tabella 2, in Europa servono da 86 a 172 litri a persona al giorno (in inglese liters per capita per day- lpcd), mentre nei PVS in zone rurali si considerano in genere 50 – 60 litri.
Consumo idrico Litri
A casa per persona per giorno: Bere 1-2 Cucinare 15-20 Per lavarsi 40-90 Lavanderia 30-60 Scuole e Alberghi per persona per giorno: 50-300 Uffici per dipendente per giorno: 50 -80 Consumo Industriale per kg di prodotto:
Acciaio 10 - 150 Rame 200-350 Ammonia 100-300 Carta 100-250 Zucchero 100-150 Uso agricolo per kg di prodotto:
Latte 1200-1800 Farina 400-600 Riso 3500-4500 Carne 5000-7000 Cotone 10000-20000
Tabella 2: Consumi di acqua in Europa ( Da dispense Prof. L.Tognotti, Univ. Pisa)
La Japan International Cooperation Agency (JICA), ovvero l'Agenzia Giapponese per la Cooperazione Internazionale, ha condotto una sorveglianza su diverse aree rurali nel Sud Est Asiatico (principalmente Filippine) ed ha evidenziato diversi livelli di qualità dell'acqua:
- Level 1 (Point Source) : pozzo o sorgente direttamente utilizzato senza rete di distribuzione e usato specialmente in zone remote rurali, che servono in media 15 famiglie (ingl. Households = HH), distanti non più di 250 m dalla sorgente d'acqua di capacità sui 40 – 140 litri/min.
- Level II (Communal Faucet or Stand Posts): dopo la sorgente, c'é la presenza di un serbatoio, una rete di distribuzione e dei rubinetti comuni. Un rubinetto serve da 4 a 6 famiglie. Offre 40 - 80 litri di acqua pro capite al giorno per una media di 100 famiglie. Adatta per le aree rurali dove le case sono densamente raggruppate.
Level III (Individual House Connections or Waterworks System) : sorgente purificata con trattamenti, serbatoio, rete di trasmissione e distribuzione ad ogni casa per cittadine sviluppate.
Si possono assumere, dopo consultazione con gli Stakeholders, forniture per attività commerciali e istituzionali in un periodo di 5 anni, pari a:
- Connessioni Istituzionali : 1,0 m 3 / giorno.
- Connessioni Commerciali : 0,8 m 3 / giorno.
Il sistema di rete di tubazioni viene analizzato in una condizione minima di richiesta d' acqua, per controllare eventuali pressioni statiche eccessive che il sistema potrebbe non essere in grado di sopportare. Nessun punto del sistema di trasmissione e distribuzione dovrebbe essere sottoposto a pressione superiore a 70 m (7 bar). La rete di condotte deve essere progettata per
funzionare con nessun punto del sistema avente pressione inferiore a 3 metri (0,3 bar) nelle ore del picco della richiesta di acqua.
BOX 4: Esempio di richiesta d'acqua
Dati di partenza:
P 2017 = 2000 persone; GR = 0,9846; Persone per famiglia (HH) = 5
Pozzo freatico come sorgente che lavora 18 ore /giorno. Level II Analisi:
Il numero di tubi (ingl.standpipes) di distribuzione che servono sono: 2000 persone / 5 persone / 6 HH = 67 tubazioni.
In pratica ogni tubazione finisce con un rubinetto che serve 6 famiglie. Ogni tubo deve fornire: 50 L/g x 6 HH x 5 persone = 1500 Litri /giorno. Fornitura 1500 x 67 tubi = 100500 Litri /giorno
Servono quindi:
100500 x (1 g / 18 h ) x ( 1 ora / 3600 sec ) = 1,55 Litri /sec.
In realtà la popolazione nel 2022 sarà : P 2022 = 2000 ( 1 + 0,086) 5 = 3000
Quindi si trova 2,3 Litri /sec = 138 Litri /min
Le sorgenti d'acqua sono generalmente considerate: la pioggia, l'acqua superficiale o meglio quella di ruscellamento che alimenta fiumi e laghi, che dipende dall'intensità di pioggia, dalle caratteristiche climatiche, vegetazionali, topografiche e geologiche del luogo, ed infine quelle sotterranee. La pioggia e l'acqua di falda sono quelle più sfruttate nelle zone rurali dei paesi in via di sviluppo, perché non hanno bisogno di trattamenti come le acque superficiali. In pratica si riprendono le antiche tecniche della raccolta di acqua piovana in serbatoi, della condensazione dei vapori, delle dighe di subalveo, ed infine prese di scaturigine d'acqua (sorgenti in senso stretto) o pozzi nel sottosuolo dato lo sviluppo nel secolo scorso delle
macchine di perforazione. L'acqua piovana, nella maggior parte dei PVS, è ancora considerata essenziale a causa della variabilità temporale e spaziale della pioggia. Questo sistema è necessario, usando diversi tipi di tecnologie in zone anche molto differenti tra loro :
- zone caratterizzate da piogge significative, ma che difettano di qualunque genere di sistema di rifornimento e distribuzione convenzionale;
- zone isolate dove l'acqua di superficie o freatica non é di buona qualità; - zone in cui si alternano periodi di piogge con periodi di secca, per fornire un approvvigionamento di acqua di migliore qualità che perduri nel tempo. Nelle comunità rurali, dove non arriva nessun acquedotto e le fonti d’approvvigionamento idrico sono molto scarse (zone semiaride di molti PVS), l’acqua piovana raccolta in cisterne è essenzialmente utilizzata per bere e cucinare e poi, a seconda delle disponibilità, anche per usi igienici e irrigui. Nelle zone urbane, dove si ha a disposizione anche acqua d'acquedotto, l' acqua piovana può essere considerata come un’integrazione, gratuita, del fabbisogno idrico giornaliero. Nel settore privato cittadino circa il 50% del fabbisogno giornaliero d'acqua può essere sostituito con acque piovane. Esistono vari tipi di serbatoi e modelli di raccolta.
La portata Q si può calcolare come : Q = C.R.A ( 10 )
con C pari a 0,8 coefficiente che tiene conto dell' evaporazione d' acqua al tetto, R la pioggia annuale (trasformata in metri) e infine A la superficie del tetto (m2).
BOX 5 : Esempio di rainwater harvesting
Gen. Feb. Mar. Apr. Mag. Giu. Lug. Ago. Sett. Ott. Nov. Dic. Anno 10 35 75 135 195 355 145 65 100 125 40 4 1310 1 2 4 7 11 15 8 5 8 8 4 2 75
Utilizzando l'eq.(10) si possono conoscere i valori medi mensili in Litri / giorno: 25,8 125 193 360 503 946 374 167 266 322 106 10
Nota: per una famiglia di 5 persone servono almeno 250 L/g e come si nota solo per 6 mesi tale richiesta é coperta ; si consideri che la media mensile qui riportata non é rigorosamente esatta dato che i giorni di pioggia non sono distribuiti uniformemente per cui per i primi tre mesi si raccoglie acqua solamente.
Il metodo più semplice di raccolta prevede che l'acqua dalle grondaie vada a
un tubo che riempie un serbatoio da 10 m3 messo a fianco (Fig.18) o a volte
rialzato su sostegno ma di capacità più piccola.
Fig. 18 : Raccolta della pioggia in un tipico villaggio rurale tropicale.
Un sistema più elaborato prevede un tetto piano ghiaioso di raccolta, quindi il tubo verticale va ad una vasca interrata di cemento nel suolo (o anche in plastica come quella fuori terra) e poi una piccola pompa preleva l'acqua da quest' ultima per l'utilizzo. Si raccomanda in genere dopo ogni evento piovoso importante di trattare l'acqua con almeno 5 mg/l di cloro. Un serbatoio esterno da 10 m3 costa 1300 dollari, che non tutti possono
