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L'Indice di Funzionalità Fluviale: strumento di gestione e pianificazione Trento, 19-20 Novembre 2009 Ricerca ecologica e riqualificazione fluviale Pierluigi Viaroli & Marco Bartoli UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI PARMA DIPARTIMENTO DI SCIENZE AMBIENTALI Struttura, processi e funzioni degli ecosistemi Struttura, processi e funzioni degli ecosistemi fluviali: idee per una gestione sostenibile dei fluviali: idee per una gestione sostenibile dei corsi d corsi d acqua e delle risorse idriche acqua e delle risorse idriche Pierluigi Viaroli Pierluigi Viaroli Dipartimento di Scienze Ambientali, Universit Dipartimento di Scienze Ambientali, Universit à à di Parma di Parma

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L'Indice di Funzionalità Fluviale: strumento di gestione e pianificazioneTrento, 19-20 Novembre 2009

Ricerca ecologica e riqualificazione fluviale

Pierluigi Viaroli & Marco Bartoli

UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI PARMADIPARTIMENTO DI SCIENZE AMBIENTALI

Struttura, processi e funzioni degli ecosistemi Struttura, processi e funzioni degli ecosistemi fluviali: idee per una gestione sostenibile dei fluviali: idee per una gestione sostenibile dei

corsi dcorsi d’’acqua e delle risorse idricheacqua e delle risorse idriche

Pierluigi ViaroliPierluigi ViaroliDipartimento di Scienze Ambientali, UniversitDipartimento di Scienze Ambientali, Universitàà di Parmadi Parma

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Complessità degli ecosistemi fluviali e del reticolo idrografico minore: dalla dimensione locale alla scala del bacino idrografico

•Ward J.V., 1978. Riverine-wetland interactions freshwater wetlands and wildlife. DOE Symposium Series No. 61.•Vannote, R. L.,G. W. Minshall, K. W. Cummins, J. R. Sedell, C. E. Cushing, 1980. The river continuum concept. Can. J. Fish. Aquat. Sci. 37: 130-137•Likens, G. E., 1984. Beyond the shoreline: a watershed ecosystem approach. Verh. Internat. Verein. Limnol. 22: 1-22.•Junk W.J., Bayley P.B., Sparks R.E. 1989. The flood pulse concept in river-floodplain systems. Canadian Special Publications Fishery Aquatic Science 106: 110-127.•Wetzel, R.G., 1990. Land-water interfaces: metabolic and limnologicalregulators.Verh. Internat. Verein. Limnol. 24: 6-24.•Zalewski M., Janauer G. A., Jolánkai G., 1997. Ecohydrology: a new paradigm for the sustainable use of aquatic resources. IHP, UNESCO, Paris•Allan, J.D., 2004. Landscapes and riverscapes: the influence of land use on stream ecosystems. Annual Review Ecology Systematics 35: 257-284.•Seitzinger S. et al., 2006. Denitrification across landscape and waterscape a synthesis. Ecological Applications 16: 2064-2090.

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La gestione degli ecosistemi fluviali nel contesto del cambiamento globale e di una accresciuta pressione antropica diretta: connettività e frammentazione di ecosistemi e habitat

•Corsi d’acqua di ordine basso – prevalentemente montani

•Tratti fluviali planiziali

•Canali e reticolo idrografico minore della pianura

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sviluppo monte-valle

tratto planiziale

golena aperta sezione trasversale

Le zone di confine e le interfacce tra fasi sono regolatori metabolici che operano a diverse scale: sistemi adiacenti, acqua-sedimento, radici-sedimento, foglie-acqua etc. (Wetzel R.G., 1990 )

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Alla scala più grande ogni interfaccia è costituita da un sistema di vegetazione e suoli ad un diverso livello di umidità che forma un filtro che trattiene e trasforma le sostanze inquinanti rilasciate dall’ambiente antropizzato

Trasformazione di nutrienti e composti dei metalli ad opera dei microorganismiDipende da ossigeno, potenziale red-ox, pH

Rimozione delle forme reattive di nutrienti e metalli per uptake e assimilazione delle piante (macrofite). Ogni specie necessita di elementi chimici in proporzioni ben definite (es. C:N:P:Fe = 700:35:1:0.5). La rimozione di un elemento dipende dalla disponibilità degli altri

Ritenzione degli elementi nelle biomasse. Dipende dalla refrattarietà o resistenza alla decomposizione della materia organica (in genere è funzione del contenuto di materiali ligno-cellulosici)

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CO2

CO2

CH4

CH4

O2

O2

CO2

CO2 CH4

CH4

org-C

O2

O22 4

macrofite sommerse

microfitobentos

elofite

fitoplancton pleustofite

Nelle zone di transizione la vegetazione è il principale regolatore metabolico (Wetzel, 1990, Mitsch, 2000)Fattori chiave:durata sommersione/profondità lama d’acquavegetazione e variabili correlate (es. O2)carico azotato (Howarth & Marino, 2006)processi biogeochimici sedimentari

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La gestione degli ecosistemi fluviali nel contesto del cambiamento globale e di una accresciuta pressione antropica diretta -connettività e frammentazione di ecosistemi e habitat

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Alterazione dei sistemi fluviali e del reticolo idrografico (connettività longitudinale)

Impianto idroelettrico sul Po a Isola Serafini (Piacenza)

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Alterazione della connettività laterale

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2040

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80100

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70-75 89-90 97-98

periodo del rilevamento

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Ambienti acquatici permanenti nella golena del Po in provincia di Piacenza dal 1970 al 1998

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A

A’

Connettività laterale

Isolamento e pensilizzazione di un

sistema di lanche nella golena di Stagno

(Roccabianca, PR)

A’A

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Rettificazione e impermeabilizzazione del reticolo idrografico artificiale e/o semi-naturale

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Accelerazione del deflusso superficiale come risposta ai cambiamenti globali e alle modificazioni a livelo locale

0

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7/5/07 21/5/07 4/6/07 18/6/07 2/7/07

0

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40

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mm

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orno

m3 /s

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relazione tra portate del F. Taro a S. Secondo e deposizione umida a S. Maria del Taro

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4100

2050

0

m3/

sec

1/1/91 5/6/93 8/11/95 12/4/98 14/9/00 17/2/03 22/7/05 25/12/07data

Change Point Analisys dei dati di portata del Po dal 1991 al 2007. Sono evidenziati gli intervalli temporali che presentano valori medi statisticamente diversi tra di loro e con il periodo di riferimento (linee rosse, 1961-1990). I limiti superiore e inferiore delle aree rappresentano i valori massimo e minimo di un dato periodo.

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Numero di giorni con portata < 500 m3 s-1 (linea) and < 250 m3 s-1 (istogrammi)

1996 1998 2000 2002 2004 20060

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Q < 500 m3s-1

Q < 250 m3s-1

anno

Num

ero

di g

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P. Viaroli et al., 2008. Studio per l’approfondimento delle variazioni dei carichi di azoto e fosforo transitati nella stazione di Pontelagoscuro e per l’analisi dei processi rilevanti ai fini della composizione e delle trasformazioni dei carichi. Studio finanziato dall’Autorità di bacino del Fiume Po

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Sistema idrografico del Mincio sub-lacuale

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A

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65 7 8 9 10 11 12

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C

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Mincio

Virgilio25-30 m3 s-1

5-15 m3 s-1

Derivazione delle acque del Mincio nel canale Virgilio a valle della diga di Salionze

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Daily load of Total Phosphorus

Days since January 1st, 2003

1/03

4/03

7/03

10/0

31/

044/

047/

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/04

1/05

4/05

7/05

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064/

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1/07

4/07

7/07

10/0

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t P d

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300

4002003 2004 2005 2006 2007

flood events

Alterazioni dell’idrologia e carichi inquinanti

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Analsi per Comune

Stazioni

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[NO

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g l-1

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2

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6

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10NO3

-

Nord Sud

Solo interventi a livello di bacino possonoessere risolutivi per il controllo dei carichiazotati nel fiume

Calcolo del surplus azotato su suolo agrario nel bacino del fiumeOglio sublaculale e analisi di NO3

- nelle acque del fiume da monte a valle

A livello di bacino risulta un surplus complessivo di azoto di oltre 157.000 t y-1, corrispondente ad una disponibilità teorica di circa 600 kg N y-1 per ettaro di superficie coltivata. La situazione più critica in termini di surplus risulta quella della porzione centrale del bacino; nella stessa porzione di fiume i tenori di nitrato aumentano in modo considerevole a seguito di probabili interazioni con falde superficiali inquinate.

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gen/04 gen/05 gen/06 gen/07 gen/08 gen/09

µg N

-NO

3- L-1

1000

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Ca’ Stanga

Ca’ Morta

Nitrati: variazioni delle concentrazioni medie (pesate sui volumi) in due laghi di cava nel comune di Piacenza

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Oglio

Mincio

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N0 10 20 km

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Oglio

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Dto

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m-2

yr-1

)Importanza della connessione idraulica tra fiume e aree di pertinenza fluviale

Relazione con la dentrificazione(Racchetti et al, Biogeochemistry, in review)

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01/02 01/04 01/06 01/08 01/10 01/12 01/02 01/04 01/06 01/08 01/10 01/12

mm

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5000

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15000

20000DW DIN net consumption

Potamogeton pectinatus microalghe bentoniche

Andamento della denitrificazione totale (DW) e dell’abbattimento dell’azoto inorganico disciolto nel litorale di un lago di cava con e senza vegetazione a macrofite sommerse

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Ricostruzione del reticolo idrografico

Azioni nel corso d’acqua per recuperare almeno in parte processi e funzioni biogeochimiche

Azioni sulle aree laterali (in particolare in quelle golenali) per ricostruire o salvaguardare struttura, processi e funzioni del sistema fluviale

Azioni sul sistema idrografico minore per salvaguardare il corso d’acqua principale

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il reticolo idrografico minoreil reticolo idrografico minore

canali canali Regione Emilia Romagna: 19 000 km di canali di bonificaRegione Emilia Romagna: 19 000 km di canali di bonifica

laghi di piccole dimensionilaghi di piccole dimensioniCirca 200 laghi di cava tra Piacenza, Parma e Reggio EmiliaCirca 200 laghi di cava tra Piacenza, Parma e Reggio Emilia

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Progetto di riqualificazione ecologica del Canale Navarolo (MN)

Foto Malaggi-Longhi

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suolo inondabile poco produttivo

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Ricostruzione delle fasce riparie

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ambiente agricolo improduttivo e difficile da lavorare

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Impianto a canneto misto

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sistema agricolo produttivo, ma inondabile e soggetto ad erosione

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zona umida con acque relativamente profonde

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SCENARI GESTIONALI PER I LAGHI DI CAVA NELLA GOLENA DEL PO

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Un esempio: recupero di corpi idrici e attività

estrattiva

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E’ possibile il recupero degli ambienti golenali e delle loro funzioni ecologiche? Lago di cava di isola Giarola (Villanova

sull’Arda – PC). Parco Comunale dal 2007.

Profondità max 12.0 mProfondità media 5.0 mSuperficie 19.2 haVolume 962000 m3

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PROGETTO PILOTA DI RECUPERO SPERIMENTALELanca dei Francesi, Comune di Roccabianca (PR) Regione Emilia

Romagna – Coord. Prof. G. Rossi

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Le indicazioni della direttive europee: Le indicazioni della direttive europee: quali basi scientifiche e quali livelli di quali basi scientifiche e quali livelli di fattibilitfattibilitàà??

Le basi scientifiche per la gestione Le basi scientifiche per la gestione sostenibile degli ecosistemi fluviali e sostenibile degli ecosistemi fluviali e delle risorse idriche: una sfida delle risorse idriche: una sfida impossibile?impossibile?

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91/676/CEE Protezione delle acque dall’inquinamento da nitrati di origine agricola

91/271/CEE Trattamento delle acque reflue urbane

2000/60/CE Direttiva quadro sulle acque

2006/118/CE Protezione delle acque sotterranee dall’inquinamento e dal deterioramento

2007/60/CE Valutazione e gestione dei rischi dalle alluvioni

2008/60/CE Marine strategy directive

79/409/CEE Conservazione degli uccelli selvatici

92/43/CE Conservazione degli habitat naturali e seminaturali e della flora e della fauna selvatiche

riferimento normativo e conoscenza scientifica

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Fattori limitanti: occupazione e uso del suolo

Azzurro = fondo, nessuna luce/mare apertoNero = luce intensa presente nel 1992-93 e nel 2000 Rosso = luce molto più intensa nel 2000.Giallo = luce presente nel 2000 non nel 1992-93Grigio chiaro = luce soffusa stabile nel 1992-93 e nel 2000Blu = Luce meno intensa o scomparsa nel 2000NOAA-NESDIS National Geophysical Data Center, Boulder, Colorado,USA

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Pianificazione e interventi sono basati su conoscenze

• non aggiornate• frammentarie• serie temporali brevi

Roberto Marchetti (ed), 1993. Problematiche del sistema idrografico padano. Acqua & Aria, vol. 6 e 7, 1993.

Fattori limitanti

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Le nuove sfide- identificare le funzioni ecologiche- rilevanza della stechiometria ecologica (ciclo dell’azoto)-variazioni sensibili del regime idrologico

-Cambiamento climatico-Bacinizzazione-DMV

•Naiman R.J., Bunn S.E., Nilsson C., Petts G.E., Pinay G., Thompson L.C., 2002. Legitimating fluvial ecosystems as users of water: an overview. Environmental Management 30: 455-467.•Pinay G., Clemént J.C., Naiman R.J., 2002. Basic principles and ecological consequences of changing water regimes on nitrogen cycling in fluvial systems. Environmental Management 30: 481-491.•Bunn S.E., Arthington A.H., 2002. Basic principles and ecological consequences of altered flow regimes for aquatic biodiversity. Environmental Management 30: 492-507.•Humborg C., Venugopalan I., Cociasu A., Bodungen B.V., 1997. Effects of Danube River dam on Black Sea biogeochemistry and ecosystem structure. Nature 386: 385-388

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Integrazione delle politiche ambientali

Integrated River Basin Management (IRBM)

Integrated Coastal Zone Management (ICZM)

Integrated Coastal Area and River BasinManagement (ICARM)(http://www.encora.eu)

IRBM ∩ ICZM ICARM