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Monitoraggio del Borro della Madonna
negli anni 2005-2010
di Ombretta Largiuni
Le ricerche
idrogeochimiche sono finalizzate allo studio di abbondanze,
distribuzione e comportamento degli elementi chimici nelle acque
superficiali e sotterranee, quale esito dei processi di drenaggio e
lisciviazione dei materiali (fondamentalmente rocce e suoli) coinvolti
nell’azione sia delle acque di ruscellamento superficiale che di quelle
percolanti, come anche alla valutazione dell’influenza antropica sui
processi naturali.
L’obiettivo del presente
studio, condotto nell’arco di 5 anni durante il modulo di Laboratorio di
Geochimica dell’Acqua e dei Suoli presso il Centro di Geotecnologie
dell’Università di Siena a San Giovanni Valdarno (AR), è stato quello di
misurare alcuni parametri chimico-fisici nelle acque del Borro della
Madonna (adiacente al centro stesso) e di valutare le loro variazioni
lungo l’asta fluviale in relazione al differente grado di
antropizzazione del territorio attraversato.
Il Borro della Madonna,
affluente minore del fiume Arno, ha una lunghezza complessiva di quasi 6
Km attraversando per circa 1 Km il territorio del comune di Cavriglia (AR)
e per altri 5 Km quello di San Giovanni Valdarno. Nasce ad una altezza
di 250 m s.l.m. e sfocia in Arno a 130 m s.l.m. scorrendo con una
pendenza media del 2,41% circa. Il bacino idrografico del corso d’acqua
ha una superficie totale di 489 ha. Il territorio ha una morfologia
basso collinare con pendii dolci e altitudini massime nell’ordine di
poche centinaia di metri.
Il corso d’acqua
possiede due affluenti, spesso peraltro asciutti. Sono stati oggetto di
analisi gli ultimi 1200 m circa di percorso prima dello sbocco in Arno.
In questo tratto, il Borro della Madonna attraversa il territorio del
comune di San Giovanni Valdarno, passando da un’area agricola adibita
anche a pascolo di ovini ad una residenziale ed infine ad una urbana.
Nel tratto in esame il
torrente scorre essenzialmente su depositi plio-pleistocenici costituiti
da un’alternanza irregolare di sabbie giallastre, sabbie limose e limi
sabbiosi (“Sabbie di Borro Cave”). I depositi alluvionali olocenici sono
di natura prevalentemente limoso-sabbiosa.
Buona parte del
territorio in cui scorre il torrente in esame è interessato da fenomeni
franosi tuttora attivi che riguardano essenzialmente le argille
plioceniche della formazione dei “Limi di Terranova” e delle “Argille
del T. Ascione”. Va evidenziata inoltre la presenza di un deposito
antropico di inerti dovuto all’attività estrattiva di una cava di
sabbia.
Qualsiasi ricerca
geochimica basata su acque e suoli segue una sorta di schema generale
indispensabile per il corretto sviluppo dell’indagine stessa. Nelle fasi
iniziali si cerca di definire all’interno dell’area d’interesse quanti
campioni prendere e con quale distribuzione; in altre parole c’è bisogno
di fare una pianificazione. In questa fase è indispensabile una
conoscenza dettagliata del territorio (assetto geologico, lineamenti
pedologici, distribuzione dell’antropizzazione, ecc.). In particolare
in questo caso si è cercato di seguire una logica basata sul prelievo di
campioni in aree a diverso uso del suolo e in particolare da zone più a
monte meno antropizzate verso zone più a valle situate nel centro
urbano. Tra i diversi schemi di campionamento adottabili in campo
ambientale è stato utilizzato quello del judgemental sampling, basato su
“giudizi e scelte” del campionatore, data l’esiguità dei punti di
campionamento scelti in relazione all’attività didattica summenzionata.
I vari siti di
campionamento sono stati scelti poco più a valle della confluenza di due
affluenti con il corso d’acqua in esame. In questo modo si riesce ad
avere un’informazione di tipo areale della matrice acqua. Va precisato
infatti che a differenza della matrice suolo che offre informazioni di
tipo puntuale, la matrice acqua dà informazioni di tipo areale riguardo
la zona in studio.
Il primo punto di
campionamento è stato scelto poco più a valle della confluenza tra il
Borro della Madonna e il Borro a Sole. La zona circostante è
caratterizzata da una prevalente attività agricola/zootecnica di tipo
estensivo e ad una quasi totale assenza di abitazioni civili. In questo
tratto il corso d’acqua scorre in alveo naturale con un livello idrico
piuttosto basso ed un flusso molto modesto.
Il secondo, il terzo ed
il quarto punto di campionamento sono stati scelti durante il primo anno
di attività di campagna in conseguenza dell’attenta osservazione del
corso d’acqua fino allo sfocio nel fiume Arno, in ragione della presenza
di uno scarico presumibilmente domestico. Si è dunque deciso di valutare
le variazioni chimico-fisiche nelle acque del torrente indotte dallo
sversamento di reflui effettuando i prelievi rispettivamente a monte, in
prossimità e a valle del suddetto scarico.
Queste tre stazioni di
campionamento sono situate in una zona residenziale a bassa densità
abitativa. In questo tratto l’alveo del corso d’acqua presenta una
canalizzazione artificiale con elementi prefabbricati in calcestruzzo
dapprima solo sulle pareti e dopo la seconda stazione anche sul fondo.
Il terzo campione è stato prelevato allo sbocco dello scarico
direttamente all’interno di una tubazione in calcestruzzo. La zona
oggetto del quarto campionamento, posizionato circa qualche decina di
metri più a valle dello scarico, presenta rispetto a quella precedente
un maggior grado di antropizzazione.
L’ultimo campionamento è
stato effettuato in prossimità del punto in cui il Borro della Madonna
sfocia nel fiume Arno, in località Lungarno. In questo tratto, il
torrente scorre all’interno del centro abitato ancora in alveo
artificiale. Questo punto è stato scelto per poter individuare eventuali
variazioni nelle caratteristiche delle acque dopo l’attraversamento di
una zona antropizzata.
Le stazioni di
campionamento sono state opportunamente localizzate tramite un GPS.
Il campionamento delle
acque del Borro della Madonna è stato effettuato seguendo le indicazioni
del protocollo standard per il prelievo delle acque fluviali (FOREGS).
Il protocollo in oggetto prevede che il ‘campione-tipo’ sia filtrato e
acidificato: la filtrazione deve essere eseguita a 0.45 µm
(microfiltrazione), mentre l’acidificazione effettuata aggiungendo al
campione 0.5% di HNO3 concentrato e ultrapuro. La filtrazione
ha lo scopo di eliminare la gran parte delle particelle in sospensione
nell’acqua fluviale, mentre l’acidificazione consente di evitare
fenomeni di flocculazione e precipitazione di fasi mineralogiche
all’interno del campione e limita l’adesione degli elementi chimici
lungo le pareti del contenitore.
Il prelievo del campione
è stato effettuato, dove possibile, in zone con acque che scorrono,
evitando il prelievo di acque stagnanti e particolarmente torbide.
Per ogni campione,
prelevato con guanti di vinile sterili per evitare eventuali
contaminazioni, si è utilizzata una siringa sterile in polietilene da 60
ml con filtro da 0,45 µm di acetato di cellulosa incapsulato in una
struttura di polietilene. L’acqua filtrata è stata raccolta in bottiglie
di polietilene da 100 ml precedentemente siglate e sciacquate con acqua
filtrata. È stato inoltre prelevato anche un campione tal quale in modo
da poter determinare la concentrazione di nitrati. Le bottiglie sono
state chiuse ermeticamente con tappo e controtappo ed agitate. Esse sono
state siglate con il toponimo del campione e la data del campionamento.
Oltre ai campioni da
portare in laboratorio per essere analizzati, è stato anche eseguito un
prelievo di acque da sottoporre a misurazioni in situ. Queste ultime
sono state effettuate utilizzando campioni prelevati manualmente dal
corso d’acqua e posti in decantatori in polietilene da 1l. Tali
recipienti sono stati preventivamente sciacquati con la stessa acqua del
torrente per evitare qualsiasi interferenza con altre sostanze
eventualmente presenti. Le misure sono state effettuate con strumenti
portatili misuratori di pH, potenziale redox (Eh), elettroconducibilità
(EC), salinità (pNa) e temperatura (T), in quanto parametri soggetti a
modificazioni istantanee.
Naturalmente il
campionamento è stato condotto da valle verso monte in modo da non
alterare con la nostra presenza le acque stesse.
I campioni,
opportunamente preparati in situ, sono stati portati nel laboratorio
chimico del Centro di Geotecnologie ed analizzati nell’arco delle due
ore dal prelievo. Sono stati analizzati i seguenti parametri:
temperatura, pH, potenziale redox, elettroconducibilità, sodio, solfati,
nitrati, nitriti, ammonio, ferro.
Le analisi sono state
effettuate con uno spettrofotometro DRELL DR/2500, dove per ogni analita
è stato impostato uno specifico programma d’analisi che in pochi minuti
ci ha fornito i risultati.
A una prima generale
analisi dei dati ottenuti nel corso dei 5 anni di indagine è possibile
affermare la totale assenza di fonti inquinanti unita ad un basso
impatto antropico sull’area di studio.
I valori di
conducibilità elettrica e di potenziale
redox rientrano
perfettamente nel range dei valori propri delle acque naturali. Per
questi parametri l’andamento dei valori è quasi costante in tutti i
campioni tranne nello scarico; in particolare la conducibilità nel caso
dello scarico raddoppia il suo valore, indicando quindi una ben maggiore
concentrazione di ioni in soluzione.
Per il pH si ha un
aumento da monte verso valle, forse per l’interazione tra il letto e gli
argini cementati del canale; essi possono infatti rilasciare per
erosione carbonati che disciolti in acqua determinano un’idrolisi
basica. Anche la presenza di un elevato numero di scarichi potrebbe
generare una variazione basica di pH.
Nei punti di
campionamento 1, 2 e 4 la temperatura è quasi uguale con un aumento in
prossimità dello scarico, data la protezione termica che questo offre
all’acqua in scorrimento.
Per quanto riguarda i
nitrati, nel campione prelevato direttamente sullo scarico si è
registrato un alto valore di concentrazione, confermando l’ipotesi fatta
inizialmente, cioè l’immissione di nitrati di origine antropica nel
corso d’acqua. Per i restanti campioni essendo il valore di
concentrazione inferiore a 1,5 mg/l i nitrati rientrano in un livello II
rispetto alla classificazione di qualità dettata dalla Tabella7
dell’allegato I al Dlgs 152/1999 (valore confermato anche dal D.Lgs.
152/2006). Il valore registrato al prelievo nello scarico viene
immediatamente neutralizzato dalla diluizione con la massa d’acqua. Lo
scarico non può essere confrontato con dati di concentrazioni tabellati
dalla legge dal momento che non sappiamo se tali scarichi siano
autorizzati e quale sia la loro provenienza. Naturalmente poter
confrontare e definire la qualità e lo stato di inquinamento del canale
in questione partendo da così pochi dati e parametri analizzati risulta
pretenzioso, ma doveroso è il confronto con i parametri e le
prescrizioni di legge.
L’analisi del contenuto
di sodio mostra una concentrazione costante tranne nel punto di
campionamento più a monte in cui il valore di concentrazione è dieci
volte maggiore. Probabilmente, come ipotizzato in fase di pianificazione
e caratterizzazione del sito, ciò potrebbe essere dovuto all’apporto
antropico delle abitazioni adiacenti, sia per uso di concimi chimici
come nitrati di sodio che per lo scarico di detergenti.
Entriamo adesso più in
dettaglio nell’analisi dei risultati ottenuti. Una considerazione
importante va fatta in merito al terzo punto di campionamento. È stato
possibile rilevare infatti nei grafici della temperatura, del potenziale
redox, dell’elettroconducibiltà e della concentrazione del ferro un
valore anomalo in corrispondenza proprio di tale campione.
Come già premesso, il
prelievo è stato fatto in un piccolo scarico di reflui urbani le cui
acque presentano pertanto caratteristiche chimico-fisiche diverse da
quelle del Borro della Madonna e, di conseguenza, concentrazioni e
valori degli analiti spesso molto differenti. I valori di temperatura,
ad esempio, sono elevati proprio perché le acque derivano da scarichi
domestici e quindi non sono ancora venute a contatto con l’atmosfera
esterna più fredda. Il valore fortemente negativo del potenziale redox
potrebbe essere giustificabile con l’aumento di sostanza organica che
rende l’ambiente riducente. Il picco riscontrato, invece, nei valori di
elettroconducibilità trova spiegazione nell’abbondanza di ioni mobili in
soluzione tipici di uno scarico urbano. Il ferro, infine, mostra
anch’esso un picco marcato che va a correlarsi perfettamente con il
picco negativo nei valori del potenziale redox. In condizioni standard
per un’acqua superficiale, infatti, i valori di pH (vicini alla
neutralità) e quelli di Eh (ambiente ossigenato e quindi ossidante) sono
tali che la specie predominante sia l’idrossido ferrico (Fe(OH)3).
Essendo l’idrossido sotto forma di precipitato, il ferro in soluzione è
presente in concentrazioni minime. Questo è coerente con quanto si
osserva negli altri punti di campionamento in cui il potenziale redox è
positivo. I valori negativi di Eh spiegano, dunque, la maggiore quantità
di ferro in soluzione in prossimità dello scarico dovuta proprio alla
solubilizzazione dell’idrossido che porta alla presenza in soluzione di
ioni Fe2+.
Per quanto riguarda le
variazioni di concentrazione delle specie azotate, si evidenzia la
specularità negli andamenti dei nitrati e dell’ammonio. All’aumentare,
infatti, della concentrazione di nitrati nei campioni, diminuisce quella
dell’ammonio, fenomeno facilmente spiegabile con l’alternarsi di
condizioni riducenti, in cui prevale l’ammonio, ed ossidanti in cui
prevalgono i nitrati.
Tale bilanciamento tra
le specie azotate dovrebbe essere, però, comprovato dall’andamento
congruente del potenziale redox ma questo non è riscontrato per la
probabile presenza di altri composti ammonici di natura organica non
rilevati dagli strumenti di laboratorio adottati. I nitriti sono,
invece, presenti con andamento quasi costante ma sempre in bassissime
concentrazioni a causa della loro instabilità e della mancanza di fonti
di inquinamento specifiche.
In ultimo è possibile
fare qualche ipotesi relativamente alle variazioni di concentrazione di
alcuni analiti in corrispondenza del primo e dell’ultimo punto di
campionamento. Nel primo punto, ad esempio, i nitrati mostrano un valore
più elevato rispetto agli altri rilevati probabilmente per via dell’uso
di fertilizzanti nella zona attraversata, a carattere prevalentemente
agricolo. Invece i solfati presentano un picco di concentrazione in
corrispondenza dello sbocco in Arno, dove sicuramente si risente della
maggiore antropizzazione del territorio. Questo composto è infatti uno
dei principali costituenti dei tensioattivi usati nei detersivi.
Durante le fasi di
analisi è stato osservato inoltre che il campione di scarico, sottoposto
ad agitazione, ha prodotto un’abbondante schiuma; si è quindi deciso di
analizzare il contenuto di tensioattivi anionici solforati e solfatati (MBAS)
e non ionici etossilati (BIAS). Si sono ottenuti i seguenti risultati:
MBAS: 2,5 mg/l, BIAS < 0,1 mg/l, evidenziando comunque la presenza di
tensioattivi.
Dato il numero esiguo di
campioni prelevati e analizzati, non è stato possibile trarre delle
conclusioni riguardo alla qualità del corpo idrico in esame. Tuttavia
sono state fatte alcune considerazioni relative alle variazioni
chimico-fisiche del torrente nel tratto analizzato. Passando dalla
periferia al centro urbano, non si è osservata una significativa
variazione delle concentrazioni degli analiti e dei valori dei parametri
tale da poterla sicuramente ricondurre al differente uso del territorio.
Infatti, non sono stati riscontrati dei trend ben definiti che possano
far pensare ad un’influenza diretta del grado di antropizzazione sugli
andamenti degli analiti anche se, puntualmente, alcuni parametri
mostrano dei valori che trovano giustificazione proprio in relazione
alle caratteristiche dell’area in cui sono stati determinati. Infine, si
è potuto osservare che le concentrazioni di Ferro ed i parametri Ec, Eh
e temperatura, che in corrispondenza dello scarico fognario presentavano
valori anomali, già dopo poche decine di metri, si ristabiliscono su
valori più vicini a quelli rilevati nel resto del corso d’acqua. Questo
fenomeno può essere ricondotto ad una buona capacità di tamponamento di
eventuali alterazioni nelle caratteristiche delle acque del Borro della
Madonna.
Anche gli altri
parametri risultano in genere non preoccupanti, come abbiamo già
discusso. Si è ipotizzato che questo dipenda dalla presenza nel letto
del torrente di elevate quantità di phragmites australis (varietà
di canna di palude) che è noto riescano ad effettuare una buona azione
fitodepurante delle acque che scorrono in loro prossimità.
Facendo riferimento alla
normativa possiamo affermare che rientriamo al di sotto dei valori
limiti prefissati dal Dlgs. 152/2006 per l’emissione in acque
superficiali.
Tuttavia è chiaro che la
campagna di campionamento effettuata (a scopo didattico), insieme con le
analisi svolte in laboratorio, non sono sufficienti a caratterizzare in
modo adeguato il corso d’acqua in esame. Pertanto, sarebbe opportuno
implementare innanzitutto il numero di punti di prelievo nonché quello
delle analisi effettuate in laboratorio, valutando altri parametri
quali, ad esempio, BOD, COD e fosfati, tutti indice più immediato di
inquinamento antropico. Questi parametri infatti sono tra quelli
indicati come “macrodescrittori” dal D.Lgs. 152/99 e ripresi
nell’attuale normativa (D.Lgs.152/06) per la valutazione della qualità e
vulnerabilità dei corpi idrici.
Le analisi dovrebbero
inoltre essere effettuate durante tutto il corso dell’anno, per una
durata di almeno un quinquennio, in modo da poter valutare variazioni
stagionali o comunque connesse con il regime idrico del corso d’acqua.
Ombretta Largiuni |
