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Maurizio Giugni » 25.Il Deflusso Minimo Vitale


Utilizzazioni idriche

Un fiume e il suo corridoio fluviale rappresentano un complesso sistema ambientale fortemente vulnerabile, con risorse ed usi:

  • potabile
  • irriguo
  • industriale
  • pesca e navigazione
  • ambientale e ricreativo

spesso in contrasto tra loro.


Utilizzazioni idriche (segue)


Utilizzazioni idriche (segue)


Deflusso Minimo Vitale: quadro normativo

Quadro normativo del Deflusso Minimo Vitale

  • L. 183/1989 (art. 3): “… garantendo, comunque, che l’insieme delle derivazioni idriche non pregiudichi il minimo deflusso costante vitale negli alvei sottesi”
  • L. 36/94 (art. 3)
  • D.L. 152/99
  • D.M. 28/07/04 (Linee guida per la predisposizione del bilancio idrico di bacino)

Deflusso Minimo Vitale: portata istantanea da valutare per ogni tronco omogeneo del corso d’acqua, atta a garantire:

  • la salvaguardia delle caratteristiche fisiche del corpo idrico, ossia il mantenimento delle sue tendenze evolutive naturali
  • la salvaguardia delle caratteristiche chimico-fisiche delle acque
  • la salvaguardia delle biocenosi tipiche delle condizioni naturali locali, ossia il mantenimento nel tempo delle comunità biologiche caratteristiche dell’area di riferimento, prendendo in considerazione anche i diversi stati vitali di ciascuna specie

Può essere ovviamente opportuno individuare valori del DMV differenti per ciascun mese o stagione dell’anno, allo scopo di salvaguardare la variabilità del regime naturale dei deflussi in base alla quale si è formato l’equilibrio, sia fisico che biologico, del corso d’acqua.

  • D.L. 152/06

Valutazione del Deflusso Minimo Vitale

Alla valutazione del Deflusso Minimo Vitale si può pervenire mediante diversi approcci:

  • Metodi idrologici (detti anche orientativi o tradizionali), in cui il DMV viene valutato in base a parametri geomorfologici e/o idrologici
  • Metodi idrobiologici, basati sulla ricerca delle condizioni ambientali idonee allo sviluppo di una o più specie rappresentative della comunità fluviale:
    • metodo dei Microhabitat
  • Metodi ibridi, basati su parametri biologici e ambientali

Metodi idrologici

  • Metodi con variabili morfologiche, basati sulla definizione di un contributo specifico (portata per unità di area)
  • Metodi con variabili idrologiche semplici, nei quali il DMV è funzione di valori caratteristici del deflusso nella sezione considerata (ad esempio, la portata media mensile o la portata media annua)
  • Metodi con variabili idrologiche e morfologiche, che esprimono il DMV mediante un’equazione di regressione con variabili idrologiche e morfologiche del bacino
  • Metodi con variabili statistiche, basati sulla individuazione di particolari valori di frequenza o di durata dei deflussi
Approcci idrologici

Approcci idrologici


Metodi idrologici (segue)

Criteri basati su indicatori idrologici

  • Svizzera: la normativa elvetica fa riferimento ad una portata di magra naturale, ossia ad un’aliquota della Q347, determinata dalla curva delle durate
  • Francia: la normativa francese si riferisce al 5÷10% della portata media annua naturale
  • USA: la relazione proposta dall’Environmental Protection Agency (EPA) fa riferimento alla Q7,10, ovvero alla portata minima valutata su finestra mobile di 7 giorni con un tempo di ritorno di 10 anni
Curva delle durate

Curva delle durate


Metodi idrologici (segue)

Di notevole interesse è il cosiddetto approccio idrologico “corretto”, basato sull’utilizzo di una portata indice corretta mediante opportuni coefficienti. Ad titolo d’esempio si possono considerare le relazioni seguenti, proposte dall’Autorità di Bacino per il fiume Po:

DMV = Rspec · S · C · D · E · F · G ·H + mod. port (1) ………………… H = 1 + (L · 0.05) (2)                    in cui:

  • Rspec = portata specifica base, assunta pari a 1.6 l/s·km2 di bacino sotteso
  • S: superficie del bacino sotteso (km2)
  • C: fattore relativo alle precipitazioni medie nel bacino sotteso
  • D: fattore relativo all’altitudine media del bacino
  • E: fattore caratteristico della permeabilità media dei terreni; F: fattore relativo alla qualità biologica del corso d’acqua (valutata mediante l’IBE)
  • G: fattore caratteristico delle vocazioni naturali del territorio e della distribuzione delle aree protette
  • H: fattore definito dalla seconda relazione, in cui L è la distanza misurata lungo il corso d’acqua (espressa in km) tra l’opera di presa ed il punto di restituzione
  • mod. portata = 0.10·(Q naturale – DMV non modulato). Tale fattore risponde all’esigenza ecologica di garantire all’alveo almeno una modesta percentuale delle variazioni di portata che ne caratterizzano il regime idrologico naturale e che influenzano i cicli biologici degli organismi acquatici e della vegetazione spondale

Metodo dei Microhabitat

Approccio biologico

Il metodo dei Microhabitat è un metodo biologicamente basato che tende a definire un livello di habitat in funzione della portata che garantisca la sopravvivenza di un indicatore biologico, individuato in una specie ittica (bioindicatore ittico).
Lo sviluppo dell’indicatore biologico nei successivi stadi vitali (riproduzione, novellame, adulto) viene correlato – mediante le cosiddette curve di idoneità (suitability curves) – ai parametri idraulici della corrente (velocità e tirante idrico) ed alle caratteristiche del substrato del fondo alveo.
Le curve di idoneità definiscono, quindi, il livello di gradimento del bioindicatore nei confronti dell’ambiente, con riferimento alle diverse condizioni fisiche ed idrologiche del corso d’acqua.

Metodo dei Microhabitat (segue)

L’applicazione del Metodo dei Microhabitat prevede il preliminare svolgimento di adeguate campagne di campo per l’individuazione del bioindicatore (Salmonide o Ciprinide) e la definizione delle relative curve di idoneità.

Caratterizzazione del bioindicatore ittico

Caratterizzazione del bioindicatore ittico

Definizione delle curve di idoneità

Definizione delle curve di idoneità


Metodo dei Microhabitat (segue)

Le curve d’idoneità vengono definite, per i diversi stadi di sviluppo del bioindicatore, in funzione della velocità e del tirante idrico in alveo e del substrato di fondo.

Esempi di curve di idoneità: binaria, curva, superficie

Esempi di curve di idoneità: binaria, curva, superficie

Curve d’idoneità della Trota fario a) novellame; b) adulto

Curve d'idoneità della Trota fario a) novellame; b) adulto


Metodo dei Microhabitat (segue)

Il substrato di fondo alveo, in funzione del quale ricavare una delle curve di idoneità, viene caratterizzato secondo la classifica di Bovee, riportata in tabella.

Caratterizzazione del substrato di fondo alveo

Caratterizzazione del substrato di fondo alveo


Metodo dei Microhabitat (segue)

Il metodo dei Microhabitat viene applicato mediante la procedura PHABSIM (Physical HABitat SIMulation), che prevede la caratterizzazione preliminare di un tronco fluviale omogeneo e l’esecuzione di misure (velocità e tirante idrico) al variare della portata.

Procedura PHABSIM

Procedura PHABSIM

Schematizzazione di un tratto fluviale

Schematizzazione di un tratto fluviale


Metodo dei Microhabitat (segue)

Procedura PHABSIM: misure idrauliche

Procedura PHABSIM: misure idrauliche


Metodo dei Microhabitat (segue)

Es. di misure idrauliche (velocità e tirante idrico) in alveo

Es. di misure idrauliche (velocità e tirante idrico) in alveo


Metodo dei Microhabitat (segue)

Procedura PHABSIM: applicazione delle curve di idoneità

Procedura PHABSIM: applicazione delle curve di idoneità


Metodo dei Microhabitat (segue)

Sulla scorta delle misure effettuate e dei coefficienti deducibili dalle curve di idoneità, può applicarsi la relazione seguente per il calcolo dell’Area Disponibile Ponderata (ADP):

WUA= \sum_{i=1}^{n} A{_i} \cdot f{_v} (v{_i}) \cdot f{h} (h{_i}) \cdot f{b} (b {_i})
in cui:

  • WUA (Weighted Usable Area): Area Disponibile Ponderata (ADP) per il bioindicatore
  • Ai: Area Disponibile per ciascuna delle celle in cui viene suddiviso il tronco fluviale
  • fv(Vi), fh(hi), fb(bi): coefficienti correttivi (velocità V, tirante idrico h, substrato di fondo b) desunti dalle curve di idoneità per ciascuna cella (caratterizzata dal pedice i)
Tratto fluviale e transetti di misura

Tratto fluviale e transetti di misura


Metodo dei Microhabitat (segue)

Procedura PHABSIM: calcolo della curva ADP(Q)

Procedura PHABSIM: calcolo della curva ADP(Q)


Metodo dei Microhabitat (segue)

La procedura definita consente di valutare la portata “ottima” per il bioindicatore (al variare del grado di sviluppo) in corrispondenza del valore massimo dell’Area Disponibile Ponderata.

Procedura PHABSIM: calcolo della portata ottima

Procedura PHABSIM: calcolo della portata ottima


Metodo dei Microhabitat (segue)

Per l’individuazione del Deflusso Minimo Vitale, infine, possono utilizzarsi le seguenti metodologie:

  • individuazione del break-point, ovvero del punto di evidente variazione di pendenza della curva ADP(Q)
  • nel caso in cui la curva ADP(Q) sia invece caratterizzata da un incremento graduale sino ad un massimo oltre il quale l’habitat disponibile decresce, il Deflusso Minimo Vitale può essere scelto in corrispondenza del suddetto massimo di ADP (portata ottima) ovvero di sue percentuali variabili tra il 40 e l’80% del valore massimo
Individuazione del break-point

Individuazione del break-point


Metodo dei Microhabitat (segue)

L’applicazione del metodo dei Microhabitat mediante il PHABSIM si basa sul presupposto della invariabilità della geometria delle sezioni trasversali dei tronchi fluviali. Sono, invece, possibili, in particolare per i tratti montani dei corsi d’acqua, processi di adattamento delle sezioni alle condizioni di deflusso.
Il PHABSIM assume, inoltre, un coefficiente di scabrezza costante per le diverse celle.
Ulteriori difficoltà applicative nelle aree montane sono costituite da:

  • pendenze di fondo non trascurabili
  • elevata turbolenza
  • estrema eterogeneità idraulico-morfologica
Difficoltà applicative del PHABSIM

Difficoltà applicative del PHABSIM


Pool Quality Index (PQI)

La presenza di pools (zone fluviali a profondità relativamente elevata e con modesta velocità della corrente) è determinante per la presenza quantitativa della fauna ittica che un tronco è in grado di ospitare.

La presenza di riffles (zone fluviali a corrente veloce e bassa profondità, in cui la diversità delle condizioni idrauliche è massima) è determinante nel sostenere comunità macrobentoniche diversificate.

Nel metodo del Pool Quality Index (PQI) quale indice della qualità dell’habitat al variare della portata viene assunta la diversità idraulica, definita quantitativamente come la deviazione standard delle misure delle velocità superficiali di una sezione idrica.

Diversità idraulica

Diversità idraulica


Pool Quality Index (segue)

L’applicazione del Pool Quality Index si basa sulla seguente procedura:

  • preliminare individuazione delle principali tipologie di sezioni fluviali, in termini di diversità idraulica (pool profonde, pool poco profonde, riffle montano, riffle di bassa valle)
  • per ognuna di queste tipologie, valutazione, sulla scorta di indagini di campo, della relazione diversità idraulica-portata

L’andamento delle curve è in genere del tipo breakpoint: tale fenomeno è dovuto essenzialmente all’aumento della profondità che rende gradualmente meno significativa l’importanza delle asperità del fondo nella diversificazione delle velocità;
definizione del Deflusso Minimo Vitale mediante il criterio del breakpoint sulla curva diversità idraulica (DEVSTED)-portata.

Curva diversità idraulica-portata

Curva diversità idraulica-portata

Criterio del breakpoint

Criterio del breakpoint


Nuovo approccio idrobiologico

Un nuovo approccio bio – idrologico per la stima del DMV

Un nuovo approccio idrobiologico per la stima del Deflusso Minimo Vitale è costituito dall’applicazione del software Indicators of Hydrologic Alteration (IHA), che consente:
di descrivere in generale il regime dei deflussi mediante un insieme di grandezze idrologiche. In particolare vengono considerate 5 componenti critiche dei deflussi:

  • portata
  • frequenza
  • durata
  • timing
  • rapidità di variazione

Per ciascuna delle suddette componenti è possibile individuare qualitativamente la risposta ecologica che consegue ad un’eventuale alterazione;

di quantificare l’alterazione idrobiologica causata dalla modificazione dei deflussi (opere di derivazione, ecc.), individuando un legame tra la variabilità del regime naturale dei deflussi e l’integrità degli ecosistemi dei corsi d’acqua.


Indicators of Hydrologic Alteration

Componenti critiche dei deflussi

Componenti critiche dei deflussi


Indicators of Hydrologic Alteration (segue)

Indicatori di alterazione ecologica (IHA) e relativi gruppi di appartenenza, corrispondenti componenti interessate ed influenze sull’ecosistema

Indicatori di alterazione ecologica (IHA) e relativi gruppi di appartenenza, corrispondenti componenti interessate ed influenze sull'ecosistema


Indicators of Hydrologic Alteration (segue)

Un secondo gruppo di parametri è, invece, composto dalle Environmental Flow Components (EFC), che forniscono un’informazione aggiuntiva agli Indicators of Hydrological Alteration, precisando le condizioni di deflusso, secondo la seguente classificazione:

  • magre estreme (extreme low flows): danno luogo a variazioni significative delle caratteristiche delle acque, determinando stress per molti organismi
  • deflussi di base (low flows): costituiscono la condizione dominante in molti corsi d’acqua naturali. In corrispondenza di essi, al termine di un evento di pioggia o di scioglimento delle nevi, la superficie del pelo libero ritorna ai suoi livelli di base. I deflussi di base sono, quindi, alimentati dalle falde e le loro variazioni stagionali rappresentano un fattore limitante per le comunità acquatiche perché determinano l’estensione dell’habitat disponibile. Essi hanno, quindi, una forte influenza sulla diversità e sull’abbondanza degli organismi che possono vivere nel corso d’acqua
  • Incrementi di portata senza esondazione (high-flow pulses): caratterizzano le interruzioni dei deflussi di base, migliorando la qualità delle acque e rinnovando le risorse trofiche
  • piene ordinarie (small floods): determinano un’esondazione dall’alveo di morbida, favorendo lo spostamento di specie animali lungo il corso d’acqua ed in nuovi habitat creati o connessi alla piena
  • piene straordinarie (large floods): possono modificare la struttura biologica e fisica del corso d’acqua e delle aree inondate, dando origine a nuovi habitat (zone umide, meandri isolati, ecc.)

Indicators of Hydrologic Alteration (segue)

Valori di default delle Environmental Flow Components :

  • le portate inferiori al valore soglia posto pari al 10° percentile di tutti i deflussi, sono classificate come magre estreme (extreme low flow)
  • le portate inferiori al valore soglia posto pari al 50° percentile di tutti i deflussi, sono classificate come low flow pulse
  • le portate che eccedono il valore soglia posto pari al 75° percentile di tutti i deflussi, sono classificate come high flow pulse
  • per le portate che ricadono tra la soglia delle high flow pulse e quella delle low flow pulse, un high flow pulse ha inizio quando la portata cresce più del 25% tra due giorni consecutivi e termina quando la portata decresce più del 10% tra due giorni consecutivi
  • per la classificazione delle piene, sono considerate piene ordinarie le portate con un tempo di ritorno pari a 2 anni, e piene straordinarie le portate con un tempo di ritorno pari a 10 anni

Indicators of Hydrologic Alteration (segue)

Parametri descrittivi degli Environmental Flow Component (EFC) e corrispondenti influenze sull’ecosistema

Parametri descrittivi degli Environmental Flow Component (EFC) e corrispondenti influenze sull'ecosistema


Indicators of Hydrologic Alteration (segue)

Le variabili individuate vanno stimate utilizzando una serie di portate giornaliere con riferimento ad un numero di anni ritenuto sufficiente a caratterizzare la variabilità interannuale del regime dei deflussi. Il metodo IHA è stato diffusamente applicato:

  • per caratterizzare particolari aspetti idrologici dei corsi d’acqua
  • per quantificare variazioni delle condizioni idrologiche indotte da attività antropiche o da cambiamenti climatici
  • per correlare condizioni idrologiche e risposte ecologiche
  • a supporto della valutazione del Deflusso Minimo Vitale
Diagramma cronologico delle portate con rappresentazione degli EFC per il Fiume Tammaro a Pago Veiano

Diagramma cronologico delle portate con rappresentazione degli EFC per il Fiume Tammaro a Pago Veiano


Indicators of Hydrologic Alteration (segue)

I deflussi di base sono determinati esclusivamente dagli apporti di falda e la loro disponibilità consente:

  • di mantenere inalterata la disponibilità di habitat per gli organismi acquatici
  • di mantenere idonei valori della temperatura, delle concentrazioni dell’ossigeno disciolto e delle sostanze chimiche
  • di mantenere inalterati i livelli di falda nelle aree golenali e la disponibilità di substrato per la vegetazione
  • di mantenere inalterata la disponibilità di acqua per gli animali terrestri
  • ai pesci di spostarsi nelle aree di alimentazione e deposizione
  • il sostegno degli organismi iporeici (che vivono nella parte satura dei sedimenti)

Alla luce di quanto detto, potrebbe essere un approccio ragionevole assumere i valori medi o mediani del deflusso di base di un corso d’acqua quali valori indicativi del Deflusso Minimo Vitale a scala mensile.

Indicators of Hydrologic Alteration (segue)

Particolare dell’andamento cronologico delle portate del fiume Tammaro a Campolattaro con l’andamento dei deflussi di base

Particolare dell'andamento cronologico delle portate del fiume Tammaro a Campolattaro con l'andamento dei deflussi di base


I materiali di supporto della lezione

Santoro, M., Il minimo deflusso vitale, Idrotecnica, 6, 1994

Giugni, M., Sul Deflusso Minimo Vitale, L'Acqua, 6, 2008

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