5. SIMULAZIONE DELLO STATO ATTUALE
In questo capitolo verrà descritta l’implementazione e l'applicazione dei modelli QUAL2K e MONERIS per la simulazione dello stato attuale del fiume Yarqon. E’ stato opportuno operare una distinzione delle simulazioni, differenziandole tra stagione secca (da Aprile ad Ottobre) e stagione piovosa (da Novembre a Marzo), dal momento che i deflussi superficiali all’interno del bacino variano notevolmente, facendo di conseguenza variare anche i risultati delle simulazioni. Il deflusso medio degli affluenti intermittenti nella stagione piovosa è stato ricavato dall’equazione di bilancio idrologico applicata ad ogni sottobacino.
Il modello MONERIS è stato utilizzato per la valutazione dei carichi di nutrienti diffusi sul bacino e trasportati verso la sezione di chiusura dei vari sottobacini. Attraverso il deflusso medio di ogni affluente sono state così ricavate le concentrazioni medie nelle stesse sezioni, poi utilizzate come valore di input nelle successive simulazioni di QUAL2K.
Questo secondo modello, calibrato sulla base dei dati misurati disponibili, è stato utilizzato per la simulazione dei primi 24 chilometri dell’asta principale dello Yarqon. È importante sottolineare che i dati raccolti disponibili sono da considerarsi approssimativi in quanto presentano delle lacune riguardo alla frequenza delle misurazioni di concentrazione dei costituenti. Inoltre alcuni parametri di QUAL2K sono stati regolati ai valori forniti dagli autori o sono stati derivati da valori di letteratura. Di conseguenza le simulazioni eseguite rappresentano due stati medi dello Yarqon riferiti alla stagione secca e piovosa all’interno dei quali si possono avere variazioni anche notevoli.
5.1. Schematizzazione dello Yarqon.
La Figura 5.1 mostra la schematizzazione del fiume Yarqon adottata nelle simulazioni condotte (A, B, C, D). Con le lettere A e B sono indicate le applicazioni di MONERIS.
Nelle applicazioni indicate con la lettera A è stata effettuata la valutazione delle fonti di
nutrienti provenienti dai bacini dei principali affluenti; l’applicazione B rappresenta invece
la valutazione dei carichi di nutrienti provenienti dal bacino proprio dello Yarqon. Le
lettere C e la D indicano le due applicazioni di QUAL2K. La prima rappresenta la
simulazione della parte finale (2 Km) degli affluenti Hadar e Qanah, dal tratto in cui
ricevono l'effluente del depuratore di KS-HH fino all'affluenza con lo Yarqon (si veda anche la Figura 2.24). I valori di output di questa simulazione sono stati poi utilizzati come input per la seconda simulazione indicata con la lettera D riferita all’asta principale dello Yarqon, dalle sorgenti alla sezione di interfaccia con l'acqua salmastra, circa 4 chilometri a monte della foce del fiume. La lunghezza totale del fiume è divisa in 15 tronchi e le sezioni sono state assegnate appena a monte dell'affluenza degli affluenti o in modo che le estensioni dei tronchi non fossero superiori ai 2 chilometri. Poiché gli affluenti dello Yarqon hanno un flusso intermittente, le fonti diffuse dei vari sotto-bacini sono state considerate come concentrate soltanto nel periodo piovoso. Nelle simulazioni della stagione piovosa, indicate con il pedice W, gli affluenti sono rappresentati come fonti puntuali lungo il corso del fiume. Nelle simulazioni della stagione secca (pedice D), il flusso degli affluenti è nullo e sono stati considerate soltanto le portate dei depuratori e delle sorgenti.
A B
LEGENDA
Ramat Hasharo WWTP
Interfaccia acqua dolce - acqua salata
15
Sezioni a valle dell'affluente Ayallon
13
B12 11 A
A
D
8 9 10 5 6
4
B3 2 1
A
2
Shillo
Kefar Sava-Hod Hasharon WWTP
1
Qanah
Raba
A
Hadar
Sorgenti
(Rosh-Ha Ayin)
7 14
C
Sezioni di calcolo
Simulazione dello Yarqon dalle sorgenti al Km 24
MONERISQUAL2K
Calcolo delle Sorgenti di Nutrienti dai sottobacini
Simulazione dell'affluente Qanah a valle del KS-HH WWTP
C D
Stima delle Sorgenti distribuite lungo il corso d'acqua
Figura 5.1: Schematizzazione modellistica dei sottobacini e delle aste fluviali.
5.2. Implementazione di MONERIS.
In questo paragrafo, sulla base delle caratteristiche del bacino dello Yarqon esposte al capitolo 2, sono riportate le informazioni necessarie alla valutazione delle differenti sorgenti diffuse di nutrienti attraverso l’applicazione di MONERIS.
5.2.1. Sottobacino analizzato.
Il sottobacino considerato (Figura 5.2) è quello relativo alla sezione di interfaccia delle acque dolci con l'acqua salmastra, a monte dell’affluente principale Ayyalon. Esso è stato suddiviso nei bacini dei maggiori affluenti (Raba, Shillo, Qanah, Hadar) ed in un bacino proprio dello Yarqon. Quest’ultimo consiste nella somma dei bacini relativi ai piccoli corpi idrici od ai canali artificiali che drenano l’area vicina alle sorgenti e l’area urbanizzata intorno al corso d’acqua. I bacini degli affluenti Raba, Qanah e Shillo si estendono principalmente nell’area montuosa della Cisgiordania, mentre il bacino dell’Hadar e quello proprio dello Yarqon si estendono interamente nella regione costiera di Israele.
Figura 5.2 Sottobacino studiato, relativo alla sezione a monte dell’affluente Ayyalon.
5.2.2. Aree e popolazioni.
Il bacino dello Yarqon, e conseguentemente i sottobacini studiati, si estende attraverso i distretti della regione costiera e della Cisgiordania. L'area della parte litoranea del sottobacino studiato è di 242 km
2e l'area totale della parte della Cisgiordania è di 750 km
2per un totale di 992 km
2. La suddivisione dei sottobacini analizzati in aree appartenenti ai vari distretti è rappresentata nella figura 5.3.
La tabella 5.1 riporta invece l’area, la densità demografica e la popolazione di ogni bacino suddivisa per distretti. La popolazione parziale è stata valutata in base alle aree parziali calcolate ed alle densità di popolazione media dei distretti, tenendo conto che i capoluoghi dei distretti della Cisgiordania non sono situati all’interno del sottobacino. La popolazione totale del bacino studiato che ne risulta è di circa 817200 abitanti.
Figura 5.3: Suddivisione del sottobacino nei distretti della regione costiera (sinistra) e della Cisgiordania (destra).
Bac. Prop.
Yarqon Raba Shillo Qanah Hadar
Districts Density People/Km2
Area Km2
Pop.
*10-3
Area Km2
Pop.
*10-3 Area Km2
Pop.
*10-3
Area Km2
Pop.
*10-3 Area Km2
Pop.
*10-3 Tel Aviv
District 6788 39.9 270.8 - - - -
Sharon 949 22 20.9 - - - - 32.0 30.4 26.0 24.9
Petah Tiqwa 1792 34 60.9 22.8 40.9 62.7 112.5 - - - -
Qalqilia 577 - - - 126.8 73.2 - -
Salfit 310 - - 67.2 20.8 55.7 17.3 94.0 29.1 - -
Ramallah 228 - - - - 218.0 49.7 - - - -
Nablus 345 - - - - 85.3 29.4 105.5 36.4 - -
TOTAL 95.9 352.6 90.0 61.7 421.7 208.9 358.3 169.1 26.0 24.9 Tabella 5.1: Area e popolazione dei bacini analizzati.
5.2.3.
Bilancio idrologico annuale.
Considerando l’area totale del bacino studiato (992 km
2) ed una precipitazione media
annua di 550 mm distribuita sull’intero bacino, si ottiene un volume medio annuo di
pioggia di 546 MCM. Analizzando i dati ricavati dall'Istituto di Ricerca Applicata di
Gerusalemme sui valori mensili di evaporazione nel distretto di Nablus (Figura 5.4), è stato
valutato un tasso di evaporazione medio annuo di 65 %, ottenendo un valore del volume di
evaporazione annuo sopra l'intero bacino di 355 MCM. Le misurazioni di portata effettuate
alla stazione dell’Hertzilia Road indicano che il flusso annuale medio degli ultimi 60 anni è
di circa 14 MCM (0.44 m
3/s), di cui circa 2.3 MCM (0.07 m
3/s) rappresentano il flusso
rilasciato dalle sorgenti. Il volume annuo di pioggia rimanente (179 MCM), che non
subisce evaporazione e non genera deflusso, si infiltra nel sottosuolo e si diviene acqua
freatica rinnovabile. Questo volume mediamente non defluisce nei corsi d’acqua a causa
dei prelievi dai pozzi e dalle sorgenti per scopi irrigui ed idropotabili (acquedotto
nazionale, nominato National Water Carrier).
Figura 5.4: Andamenti delle precipitazioni e dell’evaporazione durante l’anno nel distretto di Nablus.
Fonte: (Applied research institute, Jerusalem 1996).
La tabella 5.2 riporta i risultati del bilancio idrologico dei bacini studiati. Le portate annuali medie degli affluenti sono state calcolate suddividendo, proporzionalmente all’area dei vari bacini, il deflusso (0.39 m
3/s) risultante dalla differenza fra la portata media misurata alla stazione della Hertzilia Road (0.46 m
3/s) e la portata lasciata defluire dalle sorgenti (0.7 m
3/s). In questo calcolo non è stato considerato il deflusso totale degli effluenti dei due depuratori, perché questi hanno cominciato a funzionare alla fine degli anni '90, ovvero negli anni finali della serie misurata, influenzando in modo trascurabile il valore medio.
[MCM]
Bacino proprio Yarqon
Raba Shillo Qanah Hadar
Piogge 52.7 49.5 232.0 197.0 14.3
Evaporazione 34.3 32.2 150.8 128.1 9.3
Deflusso 1.2
(0.04 m3/s)
1.1 (0.04 m3/s)
5.4 (0.16 m3/s)
4.3 (0.14 m3/s)
0.3 (0.01 m3/s)
Infiltrazione/ ritenzione 17.3 16.2 76.1 64.6 4.7
Prelievi da sorgenti o da
pozzi 17.3 16.2 76.1 64.6 4.7
Deflusso sotterraneo
verso i corsi d’acqua - - - - -
Tabella 5.2: Bilancio idrologico nei bacini analizzati.
5.2.4. Produzione e trattamento dei reflui urbani
Nei distretti litoranei la maggior parte delle abitazioni sono servite da una rete fognaria e da depuratori. Lo dimostrano i rapporti tra le quantità di acque reflue civili prodotte e trattate (tabella 5.3), indicate dall’Istituto centrale di Statistica d'Israele.
DISTRETTO Prodotte
[MCM]
Trattate [MCM]
Percentuale
%
Distretto di Tel Aviv 76.7 76.7 100
Sharon S.D. 17.4 13.6 78
Petah Tiqwa S.D. 29.1 27.9 96
Tabella 5.3: Trattamento delle acque reflue nei distretti israeliani.
Al contrario, nella parte del bacino che si estende alle regioni montuose della Cisgiordania, caratterizzata da piccoli insediamenti, la maggior parte dell’acque reflue non sono trattate.
Per l'applicazione di MONERIS è necessario conoscere quali depuratori scaricano nei corpi idrici dei bacini considerati. Gli unici due depuratori presenti nella parte costiera del bacino, quelli di Kfar Sava-Hod Hasharon e di Ramat Hasharon, non sono stati considerati perché scaricano direttamente nei corpi idrici oggetto delle simulazioni di QUAL2K (veda figura 5.1).
Considerando invece l’area della Cisgiordania si possono evidenziare le seguenti situazioni:
- I depuratori che servono i centri di Nablus e Ramallah scaricano entrambe nel versante della valle del Giordano e non interessano il bacino dello Yarqon.
- La città di Qalqilia nel 1999 è stata interamente collegata ad un sistema di fognatura vicino a Yad Elyahu (Ministero dell'ambiente).
- In altre cittadine, come Salfit, l’80 % degli abitanti sono collegati alle fognature che scaricano direttamente nei corpi idrici, ed il restante 20% utilizza pozzi neri (Duisberg et al, 1996).
- Nei piccoli villaggi ci sono soltanto pozzi neri o fosse biologiche il cui contenuto è comunemente cosparso direttamente sul suolo coltivato, generando problemi di inquinamento per le acque freatiche e superficiali (Jad Isaac ed altri 1996).
- Ariel è l'unica città nella parte della Cisgiordania (circa 10.000 abitanti) che ha il
depuratore (Nitsan Levy ed altri, 2004). Si trova vicino a Salfit, nel bacino
dell’affluente Shillo.
Sulla base dei dati frutto di una statistica sui consumi idrici della popolazione della Cisgiordania, per quest’ultimo depuratore è stato considerato un consumo d’acqua pro- capite di 100 l/giorno.
5.2.5. Usi del suolo
Al fine di valutare i carichi di nutrienti provenienti dalle varie fonti diffuse, l’area di ogni bacino è stata suddivisa secondo la classificazione degli usi del suolo utilizzata da MONERIS. Il calcolo è stato effettuato, in base alla suddivisione in percentuali di usi del suolo dei differenti distretti esposta al capitolo 2, attraverso il calcolo delle medie pesate sulla base delle estensioni dei bacini nei differenti distretti. I risultati sono riportati nella tabella 5.4, in cui le aree sono espresse in Km
2. I bacini che si estendono nella regione costiera sono quasi totalmente suddivisi in aree caratterizzate da attività antropiche intense (aree urbane e coltivate); viceversa i bacini più grandi che si estendono alle regioni della Cisgiordania, caratterizzate da grandi spazi aperti intervallati da cittadine o villaggi e dalla presenza di riserve militari.
USO DEL SUOLO [Km2]
Bacino proprio
Yarqon Raba Shillo Qanah Hadar
Aree coltivate 34.0 22.6 115.6 99.7 11.7
Pascoli 7.5 22.9 106.6 100.0 4.7
Foreste 0.2 2.0 4.0 3.4 0.1
Riserve 4.2 27.4 134.7 115.1 1.5
Acque superficiali 0.5 1.5 9.7 4.9 0.1
Aree paludose 0.8 0.7 2.9 2.6 0.1
Aree urbane 48.5 12.9 48.2 32.8 7.8
Tabella 5.4: Usi del suolo nei bacini considerati (Km2).
5.2.6. Deposizione atmosferica di composti azotati.
Le fonti principali delle sostanze inquinanti azotate dell'aria (NOx e NH4) sono gli autoveicoli, i riscaldamenti domestici e le centrali per la produzione di energia elettrica.
Per valutare il deposito atmosferico delle sostanze nutrienti sopra ogni bacino (veda il
paragrafo 4.3.3.3), è stato considerato l’area delle acque di superficie (ottenute dalla
suddivisione in usi del suolo) e valutato il deposito secco ed umido dell'azoto medio sopra il bacino. La Figura 5.6 mostra il deposito globale dell'azoto reattivo dall'atmosfera (UNEP 2004). La regione dell'Israele corrisponde al livello giallo pari a 500 mg/m
2all’anno, che è equivalente a 5 kg/ha anno. È stato adottato lo stesso valore per ogni bacino considerato, suddiviso in 50% di NO
xed in 50% di NH
4.
Figura 5.6: Deposizione globale annua di Azoto reattivo dall’atmosfera (mg/m2). Fonte: Galloway and Cowling (2002) in UNEP 2004.
5.2.7. Produzione di sedimenti.
Il calcolo con MONERIS dei carichi di nutrienti dovuti all'erosione viene effettato
attraverso la conoscenza del coefficiente di resa solida del bacino analizzato, espresso in
ton/ha all’anno (si veda il paragrafo 4.43). Lo studio della produzione di sedimenti dovuta
all’erosione è stato affrontato per l’intero bacino dello Yarqon attraverso l’utilizzo del
modello empirico PSIAC (Pacific Southwest Interagency Committee). Per l’applicazione
di questo modello vengono considerati nove fattori, elencati in tabella 5.6. Ad ogni fattore
viene assegnato un valore sulla base della classe di produzione (bassa, moderata o elevata)
a cui il bacino considerato si ritiene appartenere. I primi quattro fattori riguardano l’assetto
idrogeologico e variano da 0 a 10; la topografia è un fattore più importante e varia da 0 a
20; la copertura vegetale e l’utilizzazione agricola variano fra -10 e 10, perché a volte
possono persino ridurre l'erosione; infine, gli ultimi due fattori che riguardano l’intensità di
erosione areale e fluviale, sono molto importanti e variano fra 0 e 25. Il passaggio più delicato nell’applicazione del modello consiste proprio nell’attribuzione di questi valori.
La maggior fonte di incertezza consiste infatti nel rendere quantitativa una stima qualitativa, per cui è necessaria una buona conoscenza del ruolo che ciascun fattore svolge nel processo erosivo.
I risultati dell'applicazione del modello al bacino studiato sono riportati in tabella 5.5: i valori sono stati attribuiti in modo che le descrizioni delle classi di produzione del modello corrispondano alle informazioni reperite sul bacino dello Yarqon.
Fattore Classe di produzione Punteggio
Litologia Moderata 5
Suolo Moderata 5
Clima Bassa 0
Deflusso Bassa 0
Topografia Bassa 0
Copertura vegetale Alta 10
Utilizzazione agricola Moderata 0
Erosione aerea Moderata 10
Erosione fluviale Bassa 0
TOT. 30
Tabella 5.5: Punteggi dei fattori del modello PSIAC per il bacino dello Yarqon.
Secondo le indicazioni di modello di PSIAC, la produzione di sedimenti che corrisponde al punteggio totale fra 25 e 50 unità, varia da 0.95 a 2.38 m
3/ha. Quindi, interpolando i valori, ad un totale di 30 punti corrisponde un produzione in volume di 1.24 m3/ha. Tenendo conto di una densità media dei sedimenti pari a 1.4 ton/m
3otteniamo una produzione media in peso di 1.736 ton/ha. Questo è il valore comune adottato per ogni bacino, data l’attribuzione dei medesimi valori delle classi di produzione.
Oltre alla produzione di sedimenti, MONERIS considera nel calcolo anche la pendenza
media del bacino analizzato per valutarne la capacità di trasporto verso i corpi idrici
ricettori. In base ai dati in formato GIS forniti dall'autorità di bacino dello Yarqon,
riguardanti le lunghezze dei fiumi, si è calcolata la pendenza media con un metodo
approssimativo: se la lunghezza del fiume è L e le altezze delle sezioni relative al 15% e
90% della lunghezza totale sono H
15e H
90, la pendenza media del bacino può essere
valutata come:
15 90
0.75
H H
S L
= −
⋅ (5.1)
I risultati per ogni bacino sono inseriti nella tabella 5.6; per il bacino proprio di Yarqon è stata considerata una pendenza media di 0.15 %, corrispondente ad un terreno pianeggiante.
I valori delle concentrazioni di nutrienti nel suolo superficiale sono stati supposti pari a quelli proposti dagli autori del modello, ovvero di 150 mgP/kg di terreno per il fosforo e 250 mgN/kg di terreno per l’azoto.
Bacino Prop.
Yarqon Raba Shillo Qanah Hadar
L [m] - 27200 64500 61400 4800
H15 [m] - 320 650 550 50
H90 [m] - 40 40 40 35
I [%] 0.15 1.3 1.3 1.1 0.4
Tabella 5.6: Pendenze medie dei bacini [%].
5.2.8. Surplus di nutrienti nelle aree agricole.
Come descritto al paragrafo 4.2.6, MONERIS utilizza due metodi differenti per il calcolo dell’azoto e del fosforo trasportati dalle aree agricole verso i corpi ricettori attraverso il deflusso superficiale. Nel caso dell’azoto deve essere determinato il surplus dovuto alle pratiche agricole, ottenuto togliendo dalla massa totale contenuta nei fertilizzanti cosparsi, la percentuale dissipata nell’atmosfera e assorbita dalle piante. Nel caso del fosforo deve invece essere determinata la composizione granulometrica media del terreno agricolo, associando ad ogni componente la concentrazione di fosforo dell’acqua dilava tale terreno.
In generale i fertilizzanti forniscono al terreno sostanza organica, elementi nutritivi quali
anidride carbonica, azoto, potassio fosforo, sostanze di natura ormonica quali auxine, acido
fenilacetico, acido indolacetico, esalta l’attività microbica, agisce anche da ammendante e
correttivo. Per l’utilizzazione del letame da parte delle piante è necessario che esso subisca
il processo di maturazione, cioè quel complesso di trasformazioni biochimiche che
inducono variazioni sensibili di composizione e modificazioni di carattere strutturale e che
conferiscono al letame stesso piena efficacia. Le trasformazioni che il letame subisce con
la fermentazione sono:
- Notevole diminuzione della massa;
- Perdite di azoto (fino al 40%) (ammoniaca e azoto libero), idrogeno solforato, CO2, H2O, CH4, CO;
- Concentrazione nella massa residua degli elementi fertilizzanti;
- Costituzione di una struttura più omogenea della massa letamica.
- Esistono in commercio una grossa varietà di concimi inorganici e organici di fabbricazione artificiale (noti come concimi chimici). Una prima classificazione può essere fatta in:
- Concimi semplici (con un solo elemento nutritivo):
- Azotati - Fosfatici - Potassici
- Concimi composti (con due o più elementi nutritivi).
Tra i concimi azotati sono molto diffusi il nitrato di sodio, il nitrato di calcio, il nitrato ammonico, il solfato ammonico, il calciocianamide e l’urea. I concimi fosfatici più diffusi sono invece i fosforiti, le scorie di Thomas, il perfosfato minerale, il perfosfato d’ossa, il fosfato biammonico e il triplape. Di incerta valutazione sono quindi le ripartizioni di azoto e fosforo nelle loro varie forme (ammoniacale, nitriti, nitrati, organico per l’azoto;
organico e in soluzione per il fosforo).
Per quanto riguarda la cessione di azoto per dilavamento del terreno giova ricordare due aspetti fondamentali:
- l’assimilazione di questo elemento da parte delle piante avviene esclusivamente sotto forma di azoto nitrico, dopo che le altre forme di azoto hanno subito processi di nitrificazione, nel terreno, ad opera di agenti microbici.
- lo ione ammonio, a differenza dello ione nitrico, e' trattenuto dal terreno e quindi non e' dilavabile e/o percolabile.
Da questo ne deduciamo che gli apporti di azoto dovuti all’agricoltura sono esclusivamente sotto forma di nitrati. Per quanto riguarda il fosforo, invece si ritiene realistico assumere che l’intera cessione sia sotto forma di fosforo disciolto.
Nel foglio di lavoro di MONERIS la frazione di terreno agricolo drenato dalle acque
superficiali è stata considerata pari al 100%, e si è proceduto al calcolo del surplus di azoto
suddividendo al solito le aree agricole della regione costiera da quelle della Cisgiordania .
Come riportato al paragrafo 2.2, il fertilizzante totale utilizzato nelle aree agricole della Cisgiordania ammonta a 305.000 ton/anno di concime organico e di 20.000 ton/anno di fertilizzante chimico (Walid Sabbah et al, 1994), per un’area agricola totale di 168.200 ettari. Tenendo conto di un contenuto di pari all’8% nel fertilizzante organico ed al 15% in quello chimico, il carico totale di azoto risulta 27.400 ton/anno. L’area coltivabile totale in Israele è di 423.600 ettari e l'azoto totale usato nella fertilizzazione è pari a 45.300 ton/
anno.
Le perdite di nutrienti sui suoli coltivati dipendono dai parametri che caratterizzano la natura del terreno agricolo (tessitura, granulometria, permeabilità, etc.), dalle condizioni topografiche, dal tipo di coltura praticata, dalle pratiche irrigue e dalla presenza ed intensità delle precipitazioni. È chiaro quindi che i dati disponibili in letteratura per stimare la perdita di sostanze nutrienti dai terreni coltivati sono estremamente variabili.
Vollenweider in un documento dell’O.C.D.E., sintetizzando i dati riportati da vari autori indica che le perdite percentuali di nutrienti rispetto alle quantità applicate variano tra l’1%
ed il 5% per il fosforo e tra il 10% ed il 25% per l’azoto. Vista la distanza temporale tra l’applicazione dei fertilizzanti (fase di preparazione colturale) e il periodo di studio (mesi estivi), per l’azoto si assume il minimo valore di letteratura, ottenendo così un surplus annuale di azoto di 19.2 kg/ha all’anno per la regione della Cisgiordania di 10.7 kg/ha all’anno per la regione litoranea. La tabella 5.7 riporta infine i valori di surplus di azoto nei bacini studiati, calcolati come medie pesate sulla base delle estensioni relative nelle due regioni.
Yarqon
waterside Raba Shillo Qanah Hadar
West Bank arable
area [ha] 0 1240 8740 8530 0
Coastal arable
area [ha] 3400 1030 2820 1440 1170
Surplus di azoto
[kg/ha*y] 10.7 15.3 17.1 18 10.7
Tabella 5.7: Surplus di azoto nelle aree coltivate dei bacini.
Per la valutazione della concentrazione di fosforo, è stato suddiviso il terreno
rappresentativo delle aree agricole nelle frazioni granulometriche. Il genere principale di
terreno del bacino dello Yarqon è la ‘Terra rossa’ (Jad Isaac ed altri, 1996). La tabella 5.8
mostra la composizione tipica della terra rossa (Kezban Şahin, Zeki Alagöz 1993) ed i valori delle concentrazioni di fosforo utilizzati nelle simulazioni.
SOIL CLASSES % P conc [mg/l]
Sand 25.4 0.2
Clay 43 0.06
Loam 2.8 0.06
Silt 31.6 0.06
Fen(paludoso) - 0.3
Bog(pantano) - 1
Tabella 5.8: Composizione media della Terra Rossa e concentrazioni di fosforo nell’acqua drenante (Source: Kezban Şahin, Turkey).
5.2.9. Sorgenti diffuse nelle aree urbane.
Al fine di valutare le fonti diffuse di nutrienti nelle aree urbane con MONERIS (si veda
paragrafo 4.1.8) sono stati stimati il coefficiente di deflusso dell’aree urbane (DRI), la
percentuale di abitanti collegati alle fognature (separate o unite) e la frazione servita dai
depuratori. Per il primo scopo MONERIS utilizza la relazione (4.7)
( DRI = 0.15 + 0.75 Imp ⋅ ), dove la percentuale di area urbana impermeabile (Imp) può
essere valutata attraverso la conoscenza della densità media di popolazione delle aree
urbane. Per ottenere questo dato si può ricorrere al valore dell’ estensione delle aree urbane
nello screen riguardante gli usi del suolo, ed alla popolazione totale che vive nelle aree
urbane di ogni bacino. La tabella 5.9 riporta nella prima colonna le percentuali di
popolazione che risiedono nelle aree urbanizzate dei distretti meno popolati della
Cisgiordania (Jad Isaac ed altri, 1996) e dei distretti più densamente popolati della regione
costiera (Ufficio centrale di Statistica dell'Israele). Nelle successive colonne sono stati
calcolati i numeri parziali e totali delle persone residenti nei bacini studiati. Come si nota il
bacino con il maggior numero di residenti è il bacino proprio dello Yarqon, che è quello
con il più alto tasso di urbanizzazione.
Bacino prop.
Yarqon Raba Shillo Qanah Hadar
Districts [%] [Thousands] [Thousands] [Thousands] [Thousands] [Thousands]
Tel Aviv
District 99.6 269.7
Sharon 87.4 18.3 26.6 21.8
Petah
Tiqwa 95.2 58.0 38.9 107.1
Qalqilia 48 40.1
Salfit 48 10.0 8.3 15.0
Ramallah 19 9.4
Nablus 13.4 3.9
TOTALE 346.0 48.9 128.8 86.6 21.8
Tabella 5.9: Popolazioni residenti nelle aree urbane dei sottobacini.
Per il calcolo dei carichi di nutrienti diffusi nelle aree urbane risulta importante conoscere il livello di efficienza del trattamento delle acque reflue e piovane offerto nelle varie città.
Per valutare la percentuale di abitanti collegati ad una rete di fognatura ed ad un depuratore nella regione litoranea, si è considerato, in base ai dati riguardo al trattamento delle acque di scarico (tabella 5.3), che la percentuale di popolazione servita da un sistema di fognature e depurazione sia proporzionale alla percentuale di reflui trattati. Data la mancanza di informazioni più dettagliate, è stato supposto che le reti delle fognature siano per metà promiscue e per metà separate. Nelle regioni della Cisgiordania, gli abitanti delle città di Ariel e Qalqilia sono stati considerati serviti da depuratori con trattamenti secondari, mentre la popolazione delle altre cittadine più piccole, per l’80% è collegata alla fognatura ma non è servita da depuratori, e per il 20% non è servita da fognatura (Duisberg et al, 1996). I risultati di queste considerazioni sono indicati in tabella 5.10.
Area Urbana
%
Bacino
proprio. Raba Shillo Qanah Hadar
Fognatura separata 47 38 40 33 43
Fognatura promiscua 47 38 40 33 43
Aree connesse a fognatura
ma non a depuratore 3 20 16 20 8
Aree non connesse a
fognatura 3 4 4 14 6
Tabella 5.10: Suddivisione delle aree urbane secondo il grado di trattamento delle acque reflue.
5.3. Applicazione di MONERIS ai sottobacini studiati.
Data la mancanza di misurazioni riguardanti le concentrazioni di nutrienti nelle acque superficiali, il modello MONERIS è stato tarato solo sulla base di informazioni globali riguardanti i carichi totali di nutrienti annuali che sono ricevuti dallo Yarqon. Per questo il modello è stato utilizzato con una sorta di processo inverso, attraverso il quale una volta calcolati i carichi di nutrienti, rapportandoli alla portata media annuale sono state ottenute le corrispondenti concentrazioni alla sezione di chiusura dei vari bacini.
Per ogni bacino, i carichi di nutrienti trasportati attraverso le acque superficiali sono risultati trascurabili (ad eccezione delle aree urbane impermeabili e delle aree coltivate), in quanto i deflussi medi degli affluenti sono molto bassi ed il deflusso superficiale non sufficiente per trasportare i nutrienti dalle sorgenti ai corpi ricettori. Inoltre, come precedentemente discusso, le acque di falda sono state considerate come interamente prelevate per usi umani escludendo infiltrazioni verso i corpi idrici superficiali. I risultati riportati nei seguenti paragrafi, indicano che i carichi di fosforo valutati dal modello sono molto bassi rispetto ai carichi di azoto, perché la ritenzione in alveo del primo nutriente è superiore al secondo. I valori delle ritenzioni sono comunque molto alti per entrambe i nutrienti, perché i flussi annuali medi degli affluenti sono bassi e questo favorisce la deposizione in alveo dei sedimenti. MONERIS infatti utilizza il carico idraulico come parametro per valutare la ritenzione.
5.3.1. Risultati per il bacino del Raba.
Il Raba si immette nello Yarqon pochi chilometri a valle delle sorgenti e, coprendo il suo
bacino una superficie modesta (90 km
2), i carichi di nutrienti sono più bassi rispetto ad altri
affluenti che drenano la parte montuosa del bacino, come il Shillo ed il Qanah. La figura
5.7 mostra i carichi di nutrienti netti alla sezione di chiusura del Raba, ottenuti sottraendo
al totale delle emissioni la ritenzione dell’alveo. L’emissione maggiore di nutrienti
proviene dalle aree urbane. I carichi annuali netti valutati sono pari a 0.231 tonnellate di
fosforoso totale e 17.7 tonnellate di azoto totale.
Figura 5.7: Risultati di MONERIS per il bacino del RABA.
5.3.2. Risultati per il bacino del Shillo.
Il Shillo è l’affluente più grande dopo lo Ayyalon, ma drena l’area meno popolata del bacino dello Yarqon. La Figura 5.8 mostra i risultati dell’applicazione di MONERIS al bacino del Shillo. La prima voce (wastewater treatment plants) include i carichi dell'effluente del depuratore di Ariel, che risulta la più grande sorgente di fosforo e la seconda sorgente di azoto in ordine di grandezza, dopo il drenaggio delle aree agricole. I carichi provenienti dalle aree urbane sono invece relativamente bassi. Il carico netto valutato di nutrienti alla sezione di affluenza nello Yarqon è circa 0.6 ton/anno di fosforo totale e 66 ton/anno di azoto totale.
Figura 5.8: Risultati di MONERIS per il bacino del SHILLO.
5.3.3. Risultati per il bacino del Qanah.
Nell’applicazione di MONERIS all’affluente Qanah è stato considerato il bacino a monte della confluenza con l’Hadar, ed i risultati sono stati utilizzati come sorgenti puntiformi per la simulazione C con QUAL2K dell’asta terminale di 2 chilometri a monte dell’immissione nello Yarqon (vedi figura 5.1). L’area qui non considerata è stata inclusa nel bacino proprio dello Yarqon.
Le emissioni maggiori di nutrienti provengono dalle aree urbane del bacino (figura 5.9). Il carico netto valutato del flusso delle sostanze nutrienti alla sezione di chiusura è circa 0.9 ton/anno di fosforo totale e 79 ton/anno di azoto totale.
Figura 5.9: Risultati di MONERIS per il bacino del QANAH.
5.3.4. Risultati per il bacino dell’Hadar.
L’Hadar è il più corto tra gli affluenti considerati e la sua importanza consiste nella ricezione dell'effluente del depuratore di Kefar Sava-Hod Hasharon. La sezione di chiusura del bacino considerato è localizzata circa 1 chilometro a monte della sezione in cui scarica il depuratore e la concentrazione di nutrienti risultante è stata adottata per definire la sezione iniziale nella simulazione C di QUAL2K. Il carico maggiore di azoto proviene dalle aree agricole, mentre le aree urbane sono le più produttive di fosforo. Il carico netto di nutrienti risultante alla sezione di chiusura è circa 0.05 ton/anno di fosforo totale e 3.9 ton/anno di azoto totale.
Figura 5.10: Risultati di MONERIS per il bacino dell’HADAR.
5.3.5. Risultati per il bacino proprio dello Yarqon.
Come evidenziato precedentemente, il bacino proprio dello Yarqon consiste di tutta la parte del bacino vicino al corso di Yarqon e non contenuto negli altri sottobacini. La sezione dell'estremità di acqua dolce è stata considerata come la sezione di chiusura di questo bacino e la struttura di calcolo utilizzata è stata la stessa degli altri sottobacini. I risultati sono elencati in figura 5.11 ed i carichi di nutrienti sono 0.22 ton/anno di fosforo totale e 13.9 ton/anno di azoto totale. I carichi valutati sono stati implementati nell'applicazione di QUAL2K come fonti diffuse distribuite lungo l'intero corso dello Yarqon.
Figura 5.11: Risultati di MONERIS per il bacino proprio dello YARQON.
5.3.6. Sintesi dei risultati dell’applicazione di MONERIS.
Per ogni sottobacino i principali carichi di nutrienti provengono dalle aree urbane (diffuse urban sources), caratterizzate da alte densità abitative nella fascia costiera e spesso non servite da depuratori nelle regioni della Cisgiordania, e dalle aree coltivate, per effetto del dilavamento delle acque superficiali (tile drainage). I carichi che vengono trasportati dalle acque sotterranee verso i corpi idrici sono trascurabili in quanto i prelievi operati nei pozzi ed alle sorgenti mantengono sempre il livello piezometrico delle falde inferiore alla livello dei corsi d’acqua.
La tabella 5.11 mostra le concentrazioni dei nutrienti (mg/l) nelle sezioni di chiusura dei bacini analizzati, ottenuta dividendo i carichi valutati (ton/anno) per le portate medie annuali (MCM) calcolate col bilancio idrologico e riportate in tabella 5.2. Considerando che tutti gli affluenti sono intermittenti e defluiscono soltanto per 5 mesi all'anno, la portata totale annuale è stata ridistribuita in questo periodo, moltiplicando i valori della tabella 5.2 per il rapporto fra 12 mesi dell'anno e 5 mesi del periodo bagnato, pari a 2.4.
Successivamente i deflussi risultanti hanno costituito sorgenti puntuali (diffuse per il bacino proprio di Yarqon) nelle simulazioni della stagione piovosa con QUAL2K.
Concentrations [mg/l]
Yarqon
waterside Raba Shillo Qanah Hadar
Total P 0.17 0.19 0.12 0.22 0.17
Total N 11.0 14.2 13.2 18.2 12.5
Tabella 5.11: Concentrazioni risultanti di azoto e fosforo per I bacini analizzati con MONERIS.
5.4. Implementazione e taratura di QUAL2K.
In questo paragrafo verranno esposte le ipotesi e le assunzioni adottate nell’implementazione del modello QUAL2K per le simulazioni dell’asta principale dello Yarqon. I dati ottenuti riguardanti l’attuale stato di qualità ed il regime idraulico dello Yarqon, esposte nel capitolo 2, sono stati organizzati e utilizzati,unitamente ad i risultati ottenuti con MONERIS, per la taratura del modello.
5.4.1. Valutazione delle portate e dei tiranti idrici
I deflussi medi del fiume di Yarqon nelle stagioni secche ed umide sono stati determinati
come segue, considerando che questi si riferiscono a lunghi periodi in cui i valori reali
possono oscillare molto intorno ai valori medi. La portata delle sorgenti lasciata defluire lungo lo Yarqon può essere considerata costante durante tutto l’anno ed uguale a circa 0.07 m
3/s (David Pargament ed altri 2000). Anche il flusso dei due depuratori è mediamente costante nei due periodi (0.26 m
3/s per il depuratore di Kfar Sava-Hod Hasharon e 0.1 m3/s per il depuratore di Ramat Hasharon). I deflussi medi annuale degli affluenti adottati per la valutazione dei carichi diffusi di nutrienti con MONERIS (tabella 5.2), come spiegato sopra, sono stati considerati concentrati soltanto nella stagione delle piogge moltiplicandoli per 2.4.
La forma dell’alveo è stata schematizzata come rettangolare e le larghezze delle sezioni, indicate nei dati GIS forniti dall’autorità di bacino dello Yarqon, variano dai 5 metri dell’asta terminale del Qanah a 7 metri delle sezioni finali dello Yarqon. La pendenza dell’alveo varia da 2 a 0.5 ‰ ed il coefficiente di Manning è stato impostato lungo tutte le aste pari a 0.03, valore corrispondente ad una rugosità tipica dei fiumi con alveo sabbioso ed in presenza di meandri (Peruginelli 2000).
5.4.2. Condizioni meteorologiche di contorno.
I valori della temperatura, della temperatura di rugiada e della percentuale di copertura
nuvolosa, inseriti nei corrispettivi fogli di calcolo di QUAL2K, sono stati calcolati
partendo dai dati mensili elencati nelle tabelle 2.5-2.7. Presi i valori minimi e massimi
della temperatura alla stazione di Tel Aviv degli ultimi 20 anni, è stata calcolata la
temperatura media nelle due stagioni, supponendo poi una variazione costante della
temperatura fra il minimo alle ore 7 ed il massimo alle ore 14. Per compilare il foglio di
calcolo relativo alle temperature di rugiada è stato usato lo schema psicometrico di Mollier
di figura 5.12. In questo diagramma sull’asse delle ordinate sono riportate le temperature
dell'aria, mentre le curve parametriche si riferiscono ad una specifica umidità relativa e le
linee oblique rappresentano le trasformazioni isoentalpiche. Partendo dall’intersezione
delle temperature calcolate con i valori di umidità relativa della tabella 2.6, la temperatura
di rugiada si valuta spostandosi lungo l’isoentalpica fino alla curva di umidità relativa del
100%. La temperatura corrispondente rappresenta il valore cercato.
Figura 5.12: Diagramma di Mollier utilizzato per il calcolo delle temperature di rugiada.
Infine la velocità del vento è stata considerata uguale nelle due stagioni, variabile da 1 m/s durante la notte a 6 m/s nel pomeriggio per effetto dei regimi delle brezze marine. La tabella 5.12 ricapitola i valori adottati per definire le condizioni meteorologiche di contorno.
Wet Period Dry period
Parametro
Min Max Min Max
Temperatura dell’aria [°C] 8.4 14.5 17.1 26.6
Temperatura di rugiada [°C] 5 11.5 13.8 20.5
Velocità del vento [m/s] 1 6 1 6
Copertura nuvolosa [%] 50 17
Ombra da ostacoli [%] 30 30
Tabella 5.12: Parametri meteorologici adottati per le due stagioni.
5.4.3. Taratura delle cinetiche sulla base delle misurazioni.
Per realizzare la taratura di QUAL2K sono stati elaborati i dati riguardanti le sette sezioni
di misura riportati nelle tabelle 2.9.1 e 2.9.2. Sono stati considerati i valori medi degli anni
1999 e 2000, successivi alla costruzione del nuovo trattamento del depuratore di Ramat
Hasharon e quindi più rappresentativi dello stato attuale. È stato già dedotto che il periodo critico per qualità dell'acqua è la stagione secca, quando il deflusso è molto basso e generato quasi esclusivamente dagli effluenti dei depuratori e l’effetto di diluizione è minore rispetto alla stagione delle piogge. Di conseguenza, i valori minimi sono stati usati per la taratura delle simulazioni della stagione delle piogge (C
we D
w) ed i valori massimi per la taratura delle simulazioni della stagione secca (C
de D
d). Nel calcolo sono stati scartati i valori con un coefficiente di variazione superiore a 100, perché in questo caso i valori minimi o massimi rappresentano un episodio raro e troppo breve che si allontana molto dalle condizioni medie. La tabella 5.13 ricapitola i valori adottati.
SST
[mg/l] E.C.
[mho/cm]
Ossigeno Disciolto [mg/l]
BOD [mg/l]
Stazione
Distanza dalle sorgenti
[km] Min Max Min Max Min Max Min Max
1 Nofarim 0 36 63 1000 1200 4.3 6.4 3 7
2 M. Qanah 8.31 24.5 38.5 1000 1800 3.5 5.2 18 30
3 Seher Haklay 14.45 8 31 1500 1850 3 5.4 7 16
4 M. Hadarim 16.11 13 14.5 1000 1600 2.5 3.8 12 15
5 Kol Ramat Hasharon 16.25 13 16 1000 1600 5.3 7.5 4 7
6 Tahanot 10 20.29 10 22 900 1400 3.7 4.8 9 13
7 Tahanot 7 23.21 12 23 800 1700 2.6 4.7 6 10
Tabella 5.13: Concentrazioni minime e massime misurate nelle stazioni di misura dello Yarqon negli anni 1999 e 2000.
Le misurazioni delle stazioni numero 1 (Nofarim) e numero 5 (Kol Ramat Hasharon) sono state utilizzate per scopi differenti dalla taratura del software. La prima stazione si trova appena a valle delle sorgenti, ed i relativi valori sono stati adottati per definire le caratteristiche della sezione di ingresso nelle simulazioni dell’asta principale dello Yarqon con QUAL2K. Le misurazioni effettuate nella stazione di Kol Ramat Hasharon sono state invece utilizzate per definire le caratteristiche dell’effluente del depuratore di Ramat Hasharon.
Per definire la sorgente puntuale costituita dal primo e meno efficace depuratore di Kfar Sava – Hod Hasharon nelle due stagioni sono stati utilizzati i valori minimi e massimi riportati nella tabella 2.10 e descritti al paragrafo 2.2.
Le concentrazioni di nutrienti, dato che spesso non erano incluse in tali misurazioni, sono
state dedotte da altre fonti oltre ad i risultati di MONERIS che riguardano gli affluenti:
- Caratteristiche delle acque sotterranee;
- Standard nazionali;
- Indicazioni di letteratura;
Così la concentrazione di nitrati nella sezione di ingresso è stata adottata pari al valore medio (3.8 mg/l) riferito all’acquifero montano (vedi figura 2.22).
Grazie al recente potenziamento del depuratore di Ramat Hasharon (David Pargament ed altri 2000), è stato supposto che le concentrazioni di nutrienti di questa fonte sono uguali ai limiti superiori imposti dall’autorità di bacino e descritti nel capitolo 2 (tabella 2.9).
Seguendo le indicazioni riportate sulle guida dell’EPA riguardante le problematiche ambientali dei corsi d’acqua (USEPA 1997), i nutrienti sono stati scomposti nelle forme in cui si possono presentare, secondo le seguenti percentuali:
- Azoto Totale:
- Affluenti: 50% Azoto Organico, 20%Ammoniaca, 30% Nitrati;
- Depuratori: 46% Azoto Organico, 27% Ammoniaca, 27% Nitrati;
- Fosforo Totale:
- Affluenti: 50% Fosforo Organico, 50 % Ortofosfati;
- Depuratori: 75% Fosforo Organico, 25 % Ortofosfati;
Come si vede la percentuale di ammoniaca nel deflusso superficiale costituito dagli affluenti risulta minore rispetto alla percentuale negli effluenti dei depuratori.
Inoltre, data l’assenza delle misurazioni riguardanti l’azoto nel primo depuratore, la sua concentrazione è stata ottenuta moltiplicando il valore del fosforo per un fattore pari a 2.4.
È stato supposto che le misurazioni disponibili di BOD siano state eseguite con l'inibizione
della nitrificazione e che conseguentemente possano essere considerate come misure di
BOD carbonioso (CBOD), corrispondente alla forma di input di QUAL2K. A questo punto
i valori di CBOD sono stati suddivisi in ogni punto in 80% di CBOD lento ed in 20% di
CBOD veloce. In tutte le applicazioni di QUAL2K, i solidi sospesi totali sono stati
suddivisi in 65% organici (Detritus) e 35% inorganici (ISS). La sezione centrale dello
Yarqon è caratterizzata dalla presenza di frequenti accumuli di sostanze organiche,
trasportato dalle piene durante la stagione delle piogge, sul fondo dell’alveo (David
Pargament et al 2000). Tenendo conto di questi accumuli è stato considerato un valore di
base di SOD pari a 0.5 gO
2/m
2*d, facendo riferimento ai valori tipici per i fiumi corti
litoranei ed inquinanti (USEPA 1997). Infine i valori del fitoplancton sono stati posti
uguali alla concentrazione di fosforo, che è il nutriente limitante, come risulta chiaro dai risultati dell'applicazione di MONERIS.
I risultati della taratura di QUAL2K sono riportati nella tabella 5.14, dove sono indicati i valori delle velocità di reazione dei principali indicatori di inquinamento.
I tassi delle reazioni dovute alla luce ed al calore, delle reazioni riguardanti le alghe di fondo ed il fitoplancton, sono stati impostati ai valori proposti dagli autori, che sono riferiti alla simulazione del fiume Boulder Creek effettuata dagli autori del modello. Come modello di reaerazione è stato adottato il modello di Churchill (si veda il paragrafo 4.2.4). I coefficienti di correzione della temperatura sono stati regolati a 1.047 per l’ossidazione del CBOD ed a 1.07 per le reazioni del fosforo e dell'azoto.
Parametro Stagione delle piogge Stagione secca Velocità di sedimentazione degli SST
[m/d] 1 0.2
Velocità specifica di ossidazione del CBOD lento
[1/d] 4.5 2.2
Velocità specifica di ossidazione del CBOD veloce
[1/d] 24 15
Velocità specifica di denitrificazione
[1/d] 1 0.2
Velocità specifica di idrolisi dell’azoto organico
[1/d] 0.1 0.01
Velocità specifica di nitrificazione
[1/d] 2.7 1.3
Velocità specifica di idrolisi del fosforo organico
[1/d] 2 1.5
Tabella 5.14: Risultati della taratura del modello QUAL2K per le due stagioni.
5.5. Valutazione dello stato attuale dell’asta principale dello Yarqon.
In questo paragrafo verranno discussi i risultati delle simulazioni dello stato attuale dei corpi idrici analizzati, effettuate con QUAL2K per compierne la taratura. Tali simulazioni sono riferite rispettivamente all’asta finale (2 Km) degli affluenti Hadar e Qanah, ricettori dell’effluente del depuratore di Kefar Sava-Hod Hasharon, ed ai primi 24 Km dell’asta principale dello Yarqon. I risultati sono inoltre suddivisi nelle due stagioni delle piogge e secca, e riguardano gli indicatori di inquinamento più rappresentativi: SST, ossigeno disciolto, BDO, azoto totale e fosforo totale.
5.5.1. Risultati delle simulazioni dell’asta finale degli affluenti Hadar e Qanah (C
we C
d).
Per brevità di esposizione, i risultati delle simulazioni dell’asta finale degli affluenti Hadar- Qanah (C) sono riferiti soltanto alla sezione finale, ovvero la sezione di immissione nello Yarqon. La tabella 5.15 mostra i valori calcolati per tale sezione degli indicatori di inquinamento, che sono stati poi utilizzati per definire la sorgente puntale che rappresenta gli affluenti di Hadar-Qanah nelle simulazioni dell’asta principale dello Yarqon (D
we D
d).
Stagione SST
[mg/l]
OD [mg/l]
BOD [mg/l]
TN [mg/l]
TP [mg/l]
Piogge (Nov-Mar) [Cw] 13.8 6 7.9 20.8 3.6
Secca (Apr- Ott) [Cd] 51 2.7 31.6 89.5 19.3
Tabella 5.15: Risultati delle simulazioni dell’asta finale degli affluenti Hadar-Qanah (Cw e Cd)
5.5.2. Risultati della simulazione dell’asta principale dello Yarqon nella stagione delle piogge (D
w).
Verranno presentati per primi i risultati della simulazione riferita alla stagione delle piogge
(D
w), caratterizzata dai carichi dei depuratori più bassi rispetto alla stagione secca e della
presenza dei deflussi degli affluenti che, se da un lato trasportano i carichi diffusi di
inquinanti, dall’altro contribuiscono ad un effetto di diluizione. Nei seguenti grafici l’asse
dell'ascisse rappresenta la distanza in chilometri dalle sorgenti (Nofarim - sezione 1). I
valori calcolati sono riferiti alla sezione centrale dei tratti in cui sono stati suddivisi i primi
24.5 Km dell’asta fluviale. I grafici inoltre mostrano, quando disponibili, le misurazioni
usate per la taratura.
5.5.2.1. Caratteristiche del deflusso.
La figura 5.13 mostra l'andamento della portata nell’asta dello Yarqon, che presenta delle rapide variazioni per effetto del contributo degli affluenti. Il primo modesto contributo è rappresentato dall’immissione dell’affluente Raba ad 1.8 chilometri dalle sorgenti che raddoppia la portata. L’incremento più significativo avviene però nella sezione centrale con l’immissioni del Qanah e del Shillo, rispettivamente ai chilometri 6.5 e 8.5 dalle sorgenti, che fanno salire la portata fino a 1.15 m
3/s. Infine l'effluente del depuratore di Ramat Hasharon, situato a 16.2 chilometri dalle sorgenti, apporta un aumento della portata di circa 0.13 m
3/s. La sorgente di deflusso diffusa rappresentata dal bacino proprio dello Yarqon (0.04 m
3/s) è uniformemente distribuita lungo tutta l’asta fluviale.
Flow: Present Status Wet Period
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24
Distance from springs [Km]
m3/s
Simulation Raba
Hadar-Qanah (KS-RH WWTP)
Shillo
RH WWTP
Figura 5.13: Deflusso lungo l’asta principale dello Yarqon durante la stagione delle piogge; sono indicate le sezioni principali.
5.5.2.2. Solidi Sospesi Totali (SST)
La curva dei solidi in sospensione totali (figura 5.14) descrive un processo di rapido
abbattimento nei primi 7 chilometri, dovuto alla sedimentazione unita all’idrolisi della
parte organica, in un tratto con scarso deflusso e bassa profondità. In corrispondenza
dell'immissioni del Qanah e del Shillo la concentrazione di SST subisce un brusco aumento
fino ad un massimo relativo di 24 mg/l al chilometro 8.2. Più a valle e gli SST subiscono
un nuovo abbattimento più lento del precedente.
Total Suspended Solids: Present Status Wet Period
0 5 10 15 20 25 30 35 40
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24
Distance from springs [Km]
mg/l
Simulation Minimum measured values (1999-2000) Hadar-Qanah
(KS-RH WWTP) Shillo
RH WWTP Raba
Figura 5.14: Simulazione con QULA2K delle cinetiche dei Solidi Sospesi Totali lungo l’asta principale dello Yarqon per la stagione delle piogge.
5.5.2.3. Ossigeno Disciolto (OD).
L'ossigeno disciolto è il risultato di un equilibrio di massa che coinvolge da una parte gli
indicatori di inquinamento, che consumano l'ossigeno, e dall’altra la riossigenazione,
ovvero il trasferimento dell'ossigeno dall'atmosfera nel corpo idrico attraverso la superficie
di scambio. La figura 5.15 mostra i valori misurati e simulati di ossigeno disciolto durante
la stagione delle piogge. Nella prima parte del fiume non inquinata l’alto tasso del
riossigenazione favorisce un rapido incremento dell’ossigeno disciolto. Il Raba provoca
una piccola sacca a valle che tende però ad essere recuperata fino alla sezione a monte del
Qanah, mentre nelle sezioni subito a valle si verifica una nuova sacca più profonda fino ad
un valore minimo di circa 4 mg/l, dopo di che la concentrazione va molto lentamente
ricrescendo fino al chilometro 21. Nelle estensioni finali l’ossigeno disciolto si abbassa
leggermente per la presenza del depuratore di Ramat Hasharin e per la bassa capacità di
riossigenazione a causa della profondità dell’acqua. Nella parte centrale durante la stagione
delle piogge l'ossigeno disciolto simulato e misurato rimane sempre al di sopra dei 4 mg/l,
valore soglia per la sopravvivenza della fauna ittica.
Dissolved Oxygen: Present Status Wet Period
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24
Distance from springs [Km]
mg/l
Simulation Maximum measured values (1999-2000) Raba
Hadar-Qanah
(KS-RH WWTP) Shillo
RH WWTP
Figura 5.15: Simulazione con QULA2K delle cinetiche dell’ossigeno disciolto lungo l’asta principale dello Yarqon per la stagione delle piogge.
5.5.2.4. BOD
La figura 5.16 mostra l’andamento del BOD lungo l’asta principale dello Yarqon: un primo picco si verifica a valle del Raba, mentre la concentrazione massima si verifica a valle dello Shillo. I valori calcolati si avvicinano sufficientemente a quelli misurati in tutte le stazioni eccetto che nella stazione 3, dove la misurazione si discosta molto da quella subito a valle e dove quindi probabilmente si è verificato un errore nel campionamento dei provini.
Biological Oxygen Demand: Present Status Wet Period
2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24
Distance from springs [Km]
mg/l
Simulation Minimum measured values (1999-2000) Raba
Hadar-Qanah (KS-RH WWTP)
Shillo
RH WWTP
Figura 5.16: Simulazione con QULA2K delle cinetiche del BOD lungo l’asta principale dello Yarqon per la stagione delle piogge.
5.5.2.5. Azoto.
La Figura 5.17 dell'azoto mostra l’andamento della concentrazione di azoto totale ottenuta dalla somma dell’azoto organico, ammoniacale e dei nitrati. Come si vede dalla bassa inclinazione delle curve le reazioni che riguardano l’azoto sono lente rispetto a quelle che riguardano il BOD e la lunghezza del fiume non è sufficiente a far diminuire significativamente i carichi di azoto provenienti dal bacino. Possiamo distinguere tre livelli principali di concentrazione: il primo più basso, che rappresenta la concentrazione presente alle sorgenti; il secondo livello a valle del Raba, ed infine il livello più elevato a valle dell'immissione del Qanah. Poiché la concentrazione dei nitrati è superiore a quella dell’
ammoniaca e dell’azoto organico, si può ritenere che nella stagione delle piogge la fonte principale di azoto è rappresentata dal drenaggio delle aree agricole.
Simulation of Nitrogen in different forms: Present Status Wet Period
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24
Distance from springs [Km]
mg/l
Total Nitrogen NO3_N NH4_N Organic N Raba
Hadar-Qanah (KS-RH WWTP)
Shillo RH WWTP
Figura 5.17: Simulazione con QULA2K dell’andamento dell’ Azoto Totale lungo l’asta principale dello Yarqon per la stagione delle piogge.
5.5.2.6. Fosforo
La figura 5.18 mostra come l’andamento del fosforo presenti un picco nella prossimità
dell'affluenza del Qanah, dovuto al carico dell'effluente del depuratore di Kfar Sava-Hod
Hasharon. I carichi stimati degli affluenti sono trascurabili rispetto al carico del flusso ed
hanno un effetto di diluizione, così come l'effluente del secondo depuratore.
Total Phosphorus: Present Status Wet Period
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24
Distance from springs [Km]
mg/l
Simulation Raba
Hadar-Qanah (KS-RH WWTP)
Shillo
RH WWTP
Figura 5.18: Simulazione con QULA2K dell’andamento del Fosforo Totale lungo l’asta principale dello Yarqon per la stagione delle piogge.
5.5.3. Risultati della simulazione dell’asta principale dello Yarqon nella stagione secca (D
d).
In questo secondo paragrafo sono presentati i risultati della simulazione riferita ai mesi della stagione secca (D
d), caratterizzati da deflusso di base scarso e da carichi elevati nell’effluente del primo depuratore. In questa simulazione, essendo nulle le portate degli affluenti, le uniche fonti di deflusso sono le sorgenti ed i depuratori. È stato altresì supposto che i reflui prodotti nelle aree popolate della parte montuosa di bacino vengano depositate sul terreno e si infiltrano nel sottosuolo divenendo una fonte di inquinamento per le acque sotterranee. In questa stagione la concentrazione degli indicatori di inquinamento lungo il fiume è massima ed i valori di ossigeno disciolto sono quasi sempre sotto i 4 mg/l. Gli effetti dell'effluente terziario del secondo depuratore sulla qualità dell'acqua sono quasi esclusivamente di diluizione. A valle dell’effluente si verifica una diminuzione parziale delle concentrazioni delle sostanze inquinanti, soprattutto dei nutrienti, che sono invece molto elevate nella sezione centrale del fiume a valle del primo depuratore.
5.5.3.1. Caratteristiche del deflusso.
Come evidenziato in figura 5.19, durante la stagione secca la fonte principale di deflusso
dello Yarqon è rappresentata dall’effluente del depuratore di Kfar Sava-Hod Hasharon
(0.26 m
3/s), mentre i primi 4 chilometri sono caratterizzati da una portata minima di 0.08
m
3/s e dal chilometro 16.3 con il contributo dell'effluente del secondo depuratore (0.1 m
3/s)
la portata sale a circa 0.43 m
3/s.
Flow: Present Status Dry Period
0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24
Distance from springs [Km]
m3/s
Simulation Measured values KS-HH WWTP
RH WWTP
Figura 5.19: Deflusso lungo l’asta principale dello Yarqon durante la stagione delle piogge.
5.5.3.2. Solidi Sospesi Totali (SST).
La figura 5.20 mostra la simulazione degli SST, che inviluppa adeguatamente i valori misurati, eccetto anche in questo caso per il valore della stazione numero 4 di M. Hadarim.
Le concentrazioni sono più alte ed il tasso di sedimentazione è più basso rispetto alla stagione delle piogge e l’andamento presenta una tendenza discendente dalle sorgenti fino alla sezione finale, con un massimo relativo a valle del Qanah.
Total Suspended Solids: Present Status Dry Period
0 10 20 30 40 50 60 70
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24
Distance from springs [Km]
mg/l
Simulation Maximum measured values (1999-2000)
KS-HH WWTP
RH WWTP
Figura 5.20: Simulazione con QULA2K delle cinetiche dei Solidi Sospesi Totali lungo l’asta principale dello Yarqon nella stagione secca.
5.5.3.3. Ossigeno Disciolto.
La simulazione dell’ossigeno disciolto durante la stagione secca (figura 5.21) mostra come
nella sezione iniziale avviene una rapida ossigenazione che porta velocemente a
saturazione l’acqua poco inquinata che sgorga dalle sorgenti. A valle del primo depuratore la concentrazione di ossigeno precipita sotto i 4 mg/l fino alla sezione finale. In queste condizioni la fauna ittica è probabilmente assente e l'ecosistema è gravemente alterato.
Dissolved Oxygen: Present Status Dry Period
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24
Distance from springs [Km]
mg/l
Simulation Minimum measured values (1999-2000) KS-HH WWTP
RH WWTP
Figura 5.21: Simulazione con QULA2K dell’ossigeno disciolto lungo l’asta principale dello Yarqon nella stagione secca.
5.5.3.4. BOD.
L’andamento del BOD durante la stagione secca (figura 5.22) è fortemente influenzato dallo sversamento dell’effluente del primo depuratore, a valle del quale si ha il picco massimo superiore a 25 mg/l. Il secondo depuratore invece ha come effetto una diluizione del BOD nel corpo idrico ricettore.
Biologtical Oxygen Demand: Present Status Dry Period
0 5 10 15 20 25 30
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24
Distance from springs [Km]
mg/l
Simulation Maximum measured values (1999-2000) KS-HH WWTP
RH WWTP
Figura 5.22: Simulazione con QULA2K del BOD lungo l’asta principale dello Yarqon nella stagione secca.
