UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI PAVIA

Facoltà di Ingegneria

Dipartimento di Ingegneria Idraulica e Ambientale

L’uso irriguo delle acqueregolate dal lago di Como

Prof. Ing. Mario Fugazza

I grandi laghi subalpini, aventi una complessiva capacità utile di 1.342 hm3 e gli invasi artificiali lombardi, la cui capacità è di circa 845 hm3, influenzano sensibilmente la disponibilità della risorsa idrica per l’industria e l’agricoltura, da sempre elemento essenziale per l’economia della regione;

In particolare, la regolazione dei cinque maggiori laghi lombardi consente la rimodulazione dei deflussi alpini creando le cosiddette “acque nuove” per le esigenze di una utilizzazione non solo agricola.

Le crisi idriche che si sono verificate recentemente nel bacino padano e che potrebbero riprodursi con frequenza sempre maggiore se i previsti scenari di cambiamento climatico si avverassero, hanno evidenziato l’esigenza di programmare nel modo più razionale la gestione di questa risorsa.

Premessa

Rete idrografica naturale e principali canalizzazioni irrigue in Lombardia

Rete totale: 17.179 km Rete irrigua: 12.300 km (71,6%)Rete bonifica: 2.388 km (13,9%) Rete promiscua: 2.491 km (14,5%)

La gran parte dei prelievi irrigui, non avviene dal fiume Po, ma dal sistema dei sottobacini, con particolare riferimento a quelli della Dora Baltea e Riparia e del Sesia nell’Alto bacino, e ai sistemi dei grandi laghi lombardi e relativi emissari nel Medio bacino.

In queste aree l’irrigazione avviene essenzialmente per tramite di impianti collettivi di bonifica e irrigazione,

Le produzioni irrigue rappresentano il 59% della SAU nel bacino padano

Tre colture, mais da granella (32,50%), riso (14,48%) e foraggere avvicendate (38,29%) occupano circa l’85% della SAU irrigua,

Prevale lo scorrimento (52%), per ragioni storiche (buona disponibilità idrica) ma anche tecniche, (rete a cielo aperto con doppia funzione di bonifica e irrigazione). Il secondo sistema è l’aspersione (24%), che in diverse aree si accompagna a sistemi di irrigazione localizzata.

la sommersione permane nelle aree risicole ma l’acqua utilizzata va a contribuire al ricarico della falda sotterranea, rientrandonel ciclo di riutilizzo della risorsa

Sistemi irrigui

Principali canalizzazioni realizzate nella Lombardia centrale

Situazione al 1970

Potenza nominale complessiva 77.729 kW, produzione media annua 510,3 GWhSalto totale 78,3 m , portata massima utilizzabile dagli impianti 160 m3/s

Portata max. richiesta nel periodo estivo 225 m3/s, nel periodo invernale 38 m3/s

Situazione attuale

Con riferimento ai volumi irrigui prelevati per sottobacino, emerge che in Lombardiaè il sistema Adda‐Brembo‐Serioa mettere a disposizione i maggiori quantitativi, con il 20% del volume prelevato totale.

In particolare dal solo fiume Adda si prelevano 3,31 miliardi di m3 annui.

Superficie del bacino imbrifero alla diga di Olginate km2 4552Superficie del lago di Como km2 145

Il Bacino idrografico del Lario

I deflussi dell’Adda prelacuale sono regolati da 20 serbatoi stagionali

La complessiva capacità degli invasi idroelettrici è andata progressivamente aumentando fino a raggiungere l’attuale valore di circa 369 hm3 in Valtellina e di circa 510 hm3 per l’intero bacino versante nel Lario

Il deflusso medio annuo naturale a Fuentes, ricostruito mediante deregolazione sul periodo 1959-2000 (Malusardi, Moisello 2001), è stato stimato in 4991 Mm3.

Il rapporto tra volume invasabile e deflusso annuo medio è di circa il 7 %

La capacità dei serbatoi è pari al 7 % del deflusso annuo dell’Adda prelacuale ed è ben superiore alla capacità di regolazione del lago di Como, che è di 264 hm3.

SERBATOIO SOTTOBACINO Quota

Coronamento (m slm)

Sup. Bacino (km2)

Volume (Mm3)

Corso d’acqua

SAN GIACOMO DI FRAELE Superiore 1951.5 16.96 64 ADDA CANCANO Superiore 1902.0 32.32 124.1 ADDA VAL GROSINA Superiore 1212.5 60.64 1.34 ROASCO FRERA Centrale Orobico 1486.0 8.39 11.19 VENINA SCAIS Centrale Orobico 1496.0 17.45 9.06 CARONNO ALTO MORA Centrale Orobico 1548.3 0.89 4.17 INFERNO LAGO DI TRONA Centrale Orobico 1808.0 2.86 5.35 BITTO G LAGO VENINA Centrale Orobico 1824.0 1.54 5.18 LIVRIO LAGO PESCEGALLO Centrale Orobico 1863.3 0.92 1.1 BITTO G LAGO INFERNO Centrale Orobico 2088.0 27.98 50.1 BELVISO LAGO PUBLINO Centrale Orobico 2135.0 5.26 0.84 MORA CAMPO MORO Centrale Retico 1969.5 39.9 10.75 CORMOR ALPE GERA Centrale_Retico 2128.0 35.05 68.1 CORMOR

SERBATOIOSup. Bacino

(Km2 )Volume(Mm3)

Quota Coronamento(mslm)

Corso d’acqua

CARDENELLO 22.87 32.56 1903.5 LIRO

STUETTA 22.75 32.56 1903.5 LIRO

LAGO TRUZZO 9.04 14 2088.5 TRUZZO

ISOLATO 67.65 1.76 1248.5 LIRO

ALBIGNA 20,5 70 2121.0 MERA

Principali invasi presenti in Valchiavenna e ValBregaglia

Principali invasi presenti in Valtellina

L’acqua viene immagazzinata nei serbatoi da maggio a settembre (compresi) e restituita da ottobre ad aprile (compresi).

La frazione del deflusso totale naturaletrattenuta temporaneamente nei serbatoi ècomunque limitata ed è dell’ordine del 6 %

Differenza tra i deflussi mensili medi sul periodo 1959-2000

-100

-50

0

50

100

150

genn

aio

febb

raio

mar

zoap

rile

mag

gio

giugno

luglio

agos

to

sette

mbr

e

otto

bre

nove

mbr

e

dicem

bre

Def

luss

o (

Mm

3 )

N-Reg

Adda a Fuentes anni 1990-1991

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

01/01/1990 01/01/1991 01/01/1992

Po

rta

ta g

iorn

ali

era

m3 s

-1

Adda a Fuentes

Volumi invasati nei serbatoi di cancano e Alpe Fera

0.00

20.00

40.00

60.00

80.00

100.00

120.00

140.00

01/01/1989 01/01/1990 01/01/1991 01/01/1992 31/12/1992 31/12/1993 31/12/1994 31/12/1995 30/12/1996

Vo

lum

e (M

m3 )

Alpe Gera

Cancano

PRIMO EFFETTO DEI SERBATOI: la modulazione del deflusso

SECONDO EFFETTO DEI SERBATOI: la modulazione dei massimi e dei minimi

Sulla distribuzione dei massimi annuali di portata nei diversimesi dell'anno la regolazione ha un effetto piuttosto modesto,mentre ha un effetto consistente sulla distribuzione dei minimi.

Massimi annuali della portata media giornaliera

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

%

Naturale

Regolato

Minimi annuali della portata media giornaliera

0

5

10

15

20

25

30

35

%Naturale

Regolato

Differenza fra il valore regolato e il valore naturalein % del valore naturale

-40.00

-20.00

0.00

20.00

40.00

60.00

80.00

100.00

120.00

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41

%

Minimo

Massimo

La regolazione diminuisce il valore dei massimi e aumentaquello dei minimi:

se ci si riferisce al valore medio giornaliero la diminuzione del massimo è del 9.5 % e l’aumento del minimo è di circa il 52% del valore naturale

Per fornire il supporto agli studi di pianificazione dell’uso delle risorse idriche, nell’ambito del progetto RICLIC-WARM (Regional Impact of Climatic Change in Lombardy Water Resources) promosso dalla Fondazione Lombardia per l’Ambiente e dalla Università di Milano Bicocca, sono stati messi a punto dal Dipartimento di Ingegneria Idraulica e Ambientale dell’Università di Pavia due strumenti operativi.

Il primo è un modello di generazione stocastica di serie temporali di precipitazione e temperatura che simula le fluttuazioni climatiche a lungo termine. Il secondo è un modello di formazione e trasferimento dei deflussi decadici in bacini montani di medie dimensioni che riproduce l’accumulo e lo scioglimento della neve e considera il contributo dei ghiacciai al deflusso e la regolazione degli invasi artificiali presenti nel bacino.

Lo scopo è di generare uno o più scenari di crisi (scarsità di risorse) statisticamente validi da utilizzare come banco di prova per ottimizzare la gestione delle acque nuove

Il modello idrologico semi - distribuito della Valtellina opera a scala giornaliera

Il modello è costituito da moduli

A) il modulo che calcola la distribuzione spaziale dell’equivalente in acqua della neve al suolo e il contributo al deflusso dato dallo scioglimento della copertura nevosa e dei ghiacciai;

B) il modulo che simula la regolazione degli invasi idroelettrici.

C)il modulo che calcola, secondo un classico schema a serbatoi, il deflusso giornaliero dovuto allo scorrimento superficiale, al deflusso ipodermico e di falda e valuta le perdite idrologiche

Il bacino viene suddivisoin quattro sottobaciniper tener conto delle differenze climatichee della presenza dei serbatoi

Dati utilizzati dal programma :• le caratteristiche fisiche del territorio:• gli ietogrammi di precipitazione totale giornaliera

ragguagliata riferiti alla quota media dei sottobacini, • le temperature “medie” giornaliere riferite alle quote medie

dei sottobacini

I serbatoi presenti nei singoli sottobacinisono raggruppatiIn un unico serbatoio

0

5

10

15

01/01/1990 31/12/1990

DsupRg

DsupNr

Dbase

Dtot.

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

0 12 24 36 48 60 72

DefTotSnMeltIceMeltRunoff+baseflow

Il modello è stato calibrato, ricostruendo a partire dai dati di pioggia, di precipitazione nevosa e di temperatura del periodo 1990 -1995:

• i deflussi giornalieri misurati a Fuentes, • i livelli di invaso nei serbatoi idroelettrici,• le altezze di neve misurate ai nivometri delle dighe.

Jan -9 0 Ju l-9 0 Jan -9 1 Ju l-9 1 Jan -9 2 Ju l-9 2 Jan -9 3 Ju l-9 3 Jan -9 4 Ju l-9 4 Jan -9 5 Ju l-9 5 Jan -9 6d eca d e

0

1 0 0

2 0 0

3 0 0

4 0 0

5 0 0

defl

usso

dec

adic

o (

hm3 )

A d d a a F u e n te s

m isu ra to

c a lco la to

Jan -9 0 Ju l-9 0 Jan -9 1 Ju l-9 1 Jan -9 2 Ju l-9 2 Jan -9 3 Ju l-9 3 Jan -9 4 Ju l-9 4 Jan -9 5 Ju l-9 5 Jan -9 6g io rn o

0

1 0

2 0

3 0

4 0

5 0

6 0

7 0

8 0

9 0

volu

me

inva

sato

nel

ser

bato

io (

hm

3 )v o lu m e in v asa to n e l S e rb a to io O ro b ico

m isu ra to

c a lco la to

Jan -9 0 Ju l-9 0 Jan -9 1 Ju l-9 1 Jan -9 2 Ju l-9 2 Jan -9 3 Ju l-9 3 Jan -9 4 Ju l-9 4 Jan -9 5 Ju l-9 5 Jan -9 6g io rn o

0

2 0

4 0

6 0

8 0

1 0 0

1 2 0

1 4 0

1 6 0

1 8 0

volu

me

inva

sato

nel

ser

bato

io (

hm

3 )

v o lu m e in v asa to n e l S e rb a to io S u p e rio re

m isu ra to

ca lco la to

invaso nel serbatoio Centrale Orobico (Inferno, Trona, Scais, Venina, Frera)

invaso nel serbatoio Superiore(Cancano, S. Giacomo di Fraele)

1 -Jan -9 0 1 -Ju l-9 0 1 -Jan -9 1 1 -Ju l-9 1 1 -Jan -9 2 1 -Ju l-9 2 1 -Jan -9 3 1 -Ju l-9 3 1 -Jan -9 4g io rn o

0

0 .4

0 .8

1 .2

1 .6

2al

tezz

a ne

ve (

m )

a C a n ca n o D ig a

m isu ra ta

ca lco la ta

1 -Jan -8 8 1 -Ju l-8 8 1 -Jan -8 9 1 -Ju l-8 9 1 -Jan -9 0 1 -Ju l-9 0 1 -Jan -9 1 1 -Ju l-9 1 1 -Jan -9 2 1 -Ju l-9 2 1 -Jan -9 3g io rn o

0

0 .5

1

1 .5

2

2 .5

alte

zza

neve

( m

)

a L ag o T ro n a

m isu ra ta

ca lco la ta

Modellazione del manto nevosomisurato alla diga di Cancano

Modellazione del manto nevosomisurato alla diga diTrona

Il modello è stato utilizzato per ricostruire la disponibilità della “risorsa neve “, quantizzata come snow water equivalent (SWE), nel periodo 1990-1995 per la Valtellina, ricavandola a partire dalle misure di temperatura e di pioggia misurate nei quattro sottobacini.

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

01/01/1990 01/01/1991 01/01/1992 31/12/1992 31/12/1993 31/12/1994 31/12/1995

Data

SW

E (

Mm

3 )

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

01/01/1990 01/01/1991 01/01/1992 31/12/1992 31/12/1993 31/12/1994 31/12/1995

Data

SW

E (

m)

Z=1050

Z=1950

Z=2950

Z=3950

Volume totale SWE per la Valtellina

Altezza media SWE per fasce altimetriche

Modellazione del manto nevoso

Con il modello così tarato, è stata ricostruita la serie dei deflussi giornalieri a Fuentesnel periodo 1990-2000 essendo note le altezze di precipitazione giornalieraragguagliata all’area dei quattro bacini e le temperature medie giornaliere, I valori degli indici di efficienza del modello per il periodo di validazione sono riportati in tabella

indice giornalieri decadici mensili

Coeff. Determinazione r2 0.67 0.69 0.71

Indice di Nash Sutcliffeassoluto E

0.65 0.66 0.68

Indice di Nash Sutcliffe relativo Erel

0.67 0.67 0.73

Indice di concordanzadi Willmott assoluto d

0.90 0.73 0.92

Indice di concordanzadi Willmott relativo drel

0.91 1.00 1.00

L’efficienza del modello in validazione è paragonabile e talvolta migliore che in calibrazione: ciò conferma la robustezza del risultato

Il protocollo di regolazione del manufatto di Olginate :Livello max +120 cmLivello minimo -30 cmsullo zero dell’idrometro di Malgrate

All’interno della fascia di regolazione è concesso il rilascio di 200 m3/s durante il periodo irriguo, che va da metà maggio a metà settembre, e di 100 m3/s, elevabili a 170 m3/s negli anni più grassi

Nella restante parte dell’anno, il gestore apre gradualmente le paratoie di Olginate, quando il lago supera i +100 cm a Malgrate e gli afflussi stanno aumentando, fino alla completa apertura dello sbarramento al raggiungimento del livello +120 cm come prevede il disciplinare di concessione. Nei periodi di magra, con afflussi in diminuzione e livello idrometrico a Malgrate inferiore a circa 50 cm, il regolatore comincia a razionare il rilascio cercando di non far scendere il lago sotto la quota di -30 cm.

La regolazione del lago di como

0 2 0 0 4 0 0 6 0 0 8 0 0 1 0 0 0ero g a z io n e (m 3 /s )

-1 0 0

-5 0

0

5 0

1 0 0

1 5 0

2 0 0

2 5 0

3 0 0

alte

zza

idro

met

rica

a M

algr

ate

(c m

)

v a lo ri g io rn a lie ri

sca la d i d e flu sso lib e ro

cu rv a d i raz io n a m e n to

Erogazione storica dal lago di Como nel periodo 1990 – 2000

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

-300 -200 -100 0 100 200 300 400

Altezza metrica a Malgrate

Ero

ga

zio

ne

q(m3/s)

Q(h)

-100

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

0 30 61 91 122 152 182 213 243 274 304 334 365

Altezza metrica aMalgrate

Ero

ga

zio

ne

h(cm)

q(m3/s)

0

100

200

300

400

500

-300 -200 -100 0 100 200 300

Altezza metrica a Malgrate

Erog

azio

ne

q(m3/s)

Q(h)

-100

0

100

200

300

400

500

0 30 61 91 122 152 182 213 243 274 304 334 365

Altezza metrica a Malgrate

Erog

azio

ne

h(cm)

q(m3/s)

Anno 1997

Anno 1995

Per contribuire all’analisi del problema evidenziando l’influenza della regolazione degli invasi Valtellinesi è stato riprodotto il regime idrologico dell’Adda immissario nel periodo 1990 – 2000

considerando la ipotetica situazione naturale senza serbatoi ricostruita con il modello a partire dalle piogge misurate

La regolazione del lago di Como

La distorsione del regime dei deflussi naturali operata dagli invasi idroelettrici condiziona la disponibilità della risorsa per l’utenza di valle talvolta generandocontrasti tra le differenti utenze.

Soprattutto negli anni in cui la risorsa idrica è scarsa

g e n fe b m a r a p r m a g g iu lu g a g o se tt o tt n o v d icm e se

0

1 0 0

2 0 0

3 0 0

4 0 0

5 0 0

defl

usso

men

sile

( h

m3 )

reg im e n a tu ra le

reg im e reg o la to

Periodo 1990-2000

La figura evidenzia l’entità del trasferimento, operato dagli impianti idroelettrici della Valtellina, dei deflussi naturali estivi verso la stagione invernale.

g e n feb m a r ap r m a g g iu lu g ag o se t o tt n o v d icg io rn i

0

5 0

1 0 0

1 5 0

2 0 0

2 5 0

3 0 0

3 5 0

erog

azio

ne (

m3 /s

)

-5 0

0

5 0

1 0 0

1 5 0

live

llo

idro

met

rico

(c m

)

rosso andamento storico

blu scenario “naturale”. Valori medi giornalieri

Il livello del lago “naturale” si mantiene superiore al valore storico in estate mentre risulta ad esso inferiore in inverno.

Nel periodo invernale,senza il sostegno dagli invasi valtellinesi, il lago non riesce a fornire la portata storica (riduzione tra 10 e 20% con picchi del 30%)

Nel periodo estivo l’invaso nei serbatoi riduce la erogazione, teoricamente possibile in condizioni “naturali” di circa il 10-15% (valore medio)

-40

-30

-20

-10

0

10

20

30

40

g g f m a m g l a s o n d

Giorni

10

0X

(Na

t-R

eg

)/N

at

Per esemplificare, sono state riprodotte le conseguenze sul deflusso dell’aumento della temperatura media giornaliera di 2 ° C, uguale per tutti i giorni dell’anno, mantenendo inalterata la precipitazione

Il modello consente di riprodurre la risposta del bacino idrografico a fronte di ipotetici cambiamenti climatici.

Le conseguenze dei cambiamenti climatici

g en fe b m ar a p r m ag g iu lu g a g o se tt o tt n o v d icm ese

0

1 0 0

2 0 0

3 0 0

4 0 0

5 0 0

defl

usso

men

sile

( h

m3 )

S C E N A R Is to ric o

c a m b io c lim a tico

deflussi medi mensili naturali a Fuentes calcolati per il periodo 1990-2000

Nel nuovo scenario climatico il deflusso invernale - primaverile è sistematicamente maggiore mentre il deflusso estivo è inferiore rispetto alla

situazione attuale

Le conseguenze dei cambiamenti climatici

La diversa distribuzione stagionale degli afflussi naturali si riflette sulla gestionedegli invasi artificiali

Per riempire gli invasi a fine settembre, come prevede l’attuale criterio di gestioneSarebbe necessario mantenere a fine aprile un volume nettamente superiore al valore di minimo invaso storico

gli invasi risulterebbero sovradimensionati, con un volume inutilizzato mediamente superiore ai 30 hm3 che è circa il 10% del loro volume complessivo.

Ja n -9 0 Ju l-9 0 Ja n -9 1 Ju l-9 1 Ja n -9 2 Ju l-9 2 Ja n -9 3 Ju l-9 3 Ja n -9 4 Ju l-9 4 Ja n -9 5 Ju l-9 5 Ja n -9 6g io rn o

0

5 0

1 0 0

1 5 0

2 0 0

2 5 0

3 0 0

3 5 0

4 0 0vo

lum

e in

vasa

to (

hm

3 )

S C E N A R Is to ric o

c a m b io c lim a tico

Patto per l’acqua: accordo firmato il 25 febbraio 2009 in Regione Lombardia

L'accordo regionale costituisce uno strumento volto al miglioramento della gestione della risorsa acqua, sia nel breve che nel medio periodo

cinque aree tematiche: • valutazione e aggiornamento delle logiche di gestione degli invasi; • analisi e approfondimento dell'efficienza gestionale delle acque irrigue e dei sistemi

irrigui; • sostenibilità e modifiche degli ordinamenti colturali; • dotazioni strutturali per gestire e valorizzare la risorsa acqua;• strumenti e azioni per raccogliere e diffondere una corretta informazione.

Hanno aderito alla proposta:Province, Anci, Uncem, Upl, Ersaf, Arpa, le società idroelettriche (Enel, A2A tra lealtre), AdbPo, gli Ato, gli Enti Parchi regionali e Parco Nazionale Stelvio, leorganizzazioni professionali agricole, i Consorzi di bonifica e di irrigazione, l'Urbim, iConsorzi di regolazione dei laghi, il RID, i Consorzi dei laghi e le associazioni ambientaliste.

Università di Pavia, Università di Milano Bicocca

Bibliografia

• Romita P.L. e al. (1972): Lo stato attuale delle irrigazioni in Lombardia- N. 1 , “La bonifica e l’assetto territoriale”.

• Malusardi G., Moisello U. (2002) Gli effetti della regolazione delle acque sulle portate dell’Adda a Lecco e sulle piene del lago di Como, Consorzio dell’Adda, pub. N. 12.

• Ministero delle politiche agricole alimentari e forestali (2009): L’agricoltura nel distretto idrografico Padano.

• Kottegoda N.T., Natale L., Raiteri E. (2006) Gibbs sampling of climatic trends and periodicities, Journal of Hydrology 339: 54-64.

• Kottegoda N.T., Natale L., Raiteri E. (2008) Stochastic modelling of periodicity and trend for multi site daily rainfall simulation, Journal of Hydrology 361: 319-329.

• Moisello U. , Vullo F. (2009) I massimi di portata dell’Adda a Lecco, L’Acqua 6: 9-28.• Zafaro R., Corati A.(2009): Rapporto sullo stato dell’irrigazione in Lombardia, INEA.• Consorzio dell’Adda (2010) Regolazione del sistema lago di Como- fiume Adda.• Fugazza M. Natale L. (2011): Un modello di formazione e gestione della risorsa idrica

in Valtellina, L’’Acqua, 4.

Grazie per l’attenzione