XXXIV Convegno nazionale di Idraulica e Costruzioni Idrauliche, Bari, 8-10 settembre 2014 Modellazione del trasporto idrodinamico e dello sviluppo del cianobatterio Planktothrix rubescens in un lago alpino Toffolon M.1*, S. Piccolroaz1 & F. Rauzi1 1 Dipartimento di Ingegneria Civile, Ambientale e Meccanica, Università di Trento – e-mail: [email protected], [email protected] SOMMARIO Il lago di Ledro (Figura 1) è un lago di origine glaciale situato nel Trentino sud-occidentale alla quota di 655 m s.l.m., caratterizzato da una superficie di 2.1 km2 e una profondità media di 35 m. Come molti altri laghi alpini (ad esempio il lago di Zurigo, si veda Walsby et al., 2006), da diversi anni il lago di Ledro è interessato dalla fioritura del cianobatterio Planktothrix rubescens, con la comparsa di ampie chiazze rosse nei mesi tardo autunnali ed invernali, in particolare nei pressi delle rive sotto vento. La zona ottimale di crescita di P. rubescens si colloca attorno o al di sotto del limite della zona eufotica (Salmaso, 2012). Durante il periodo di stratificazione (dalla tarda primavera all’autunno, si veda la Figura 2a) l’alga tende a localizzarsi in corrispondenza del metalimnio (attorno ai 15 m di profondità, Figura 2b), grazie alla presenza di vacuoli citoplasmatici che le permettono di localizzarsi laddove le condizioni ambientali risultano ottimali per la sua crescita. In occasione del rimescolamento autunnale, l’alga manifesta la propria presenza raggiungendo la superficie. Figure 1. Inquadramento del lago di Ledro con l’indicazione dei principali acquiferi, dei punti di misura, della derivazione idroelettrica e dello scarico del depuratore. In questo lavoro si presentano i risultati di uno studio in cui la modellazione idrotermodinamica del lago è stata accoppiata ad una modellazione semplificata delle dinamiche ecologiche che regolano la proliferazione di P. rubescens. In particolare, l’analisi è stata focalizzata sulla descrizione delle dinamiche stagionali di stratificazione termica, delle correnti che si sviluppano nel lago e dei fenomeni di trasporto dei nutrienti: tutti questi fattori concorrono ad influenzare la crescita e lo sviluppo dell’alga. Lo studio è stato condotto utilizzando il modello CE-QUAL-W2 (Cole & Wells, 2008), che permette di riprodurre l'idrodinamica in modo semplificato utilizzando una descrizione bidimensionale del lago (nel piano verticale allineato con l'asse principale). La scelta di un modello bidimensionale Toffolon M., et al. – Modellazione del trasporto di Planktothrix rubescens in un lago alpino anzichè di un più generale modello tridimensionale è dovuta alla necessità di simulare lunghi periodi (considerando diversi scenari antropici e naturali) nonché alla mancanza di dati spazialmente distribuiti (e in generale di misure) per la calibrazione e la validazione. Una modifica è stata apportata al software originale al fine di simulare la complessa dinamica di P. rubescens, tenendo conto dei processi fisici dominanti che regolano la crescita dell’alga in funzione delle condizioni locali (temperatura, radiazione luminosa, posizionamento della zona eufotica) e della sua capacità di spostamento verticale, nonché dell'interazione con la distribuzione del fosforo lungo la colonna d'acqua. Una volta calibrato in base alle informazioni disponibili (Figura 2), il modello è stato applicato ad alcuni scenari di variazione delle condizioni ambientali esterne ed interne al lago, al fine di valutare l'influenza dei singoli fattori antropici che insistono sul sistema, come la presenza di un’opera di presa per lo sfruttamento idroelettrico, lo scarico di un depuratore, il carico esterno di nutrienti trasportato prevalentemente dalla falda. Sono stati inoltre presi in considerazione alcuni scenari aggiuntivi, contemplando il possibile effetto di un cambiamento delle forzanti climatiche (vento, temperatura dell’aria, precipitazione). L’analisi condotta ha permesso di ottenere valutazioni (in prevalenza qualitative date le forti incertezze intrinseche nella modellazione ecologica) sul comportamento di P. rubescens e sui possibili effetti di modifiche delle condizioni ambientali attuali o delle attività antropiche (depuratore, prelievo idroelettrico, uso del suolo). Questi risultati rappresentano un punto di partenza per pianificare eventuali interventi gestionali del lago, ed evidenziano la necessità di opportune analisi di approfondimento, sia sul versante del modello sia su quello delle misure necessarie a supportare i risultati ottenuti. a) b) Figure 2. Confronto tra gli andamenti temporali misurati (sopra) e simulati (sotto) dei profili verticali di a) temperatura e b) concentrazione di Planktothrix rubescens espressa in termini di concentrazione di Chl-a. Ringraziamenti. Il presente lavoro è stato condotto nell’ambito del progetto “Quantificazione dei carichi di nutrienti ed analisi del trasporto nel lago di Ledro” commissionato dalla Provincia Autonoma di Trento. Si ringraziano Nico Salmaso e Adriano Boscaini (Fondazione Edmund Mach) per le misure. Riferimenti bibliografici T.S. Cole, & S.A. Wells (2008), CE-QUAL-W2: A Two-Dimensional, Laterally Averaged, Hydrodynamic and Water Quality Model, Version 3.6, Instruction Report EL-08-1, U.S. Army Corps of Engineers, Washington DC. Salmaso, N. (2012), Influence of atmospheric modes of variability on the limnological characteristics of a deep lake south of the Alps, Climate Research, 51, 125-133. A.E. Walsby, F. Schanz, & M. Schmid (2006), The Burgundy-blood phenomenon: A model of buoyancy change explains autumnal waterblooms by Planktothrix rubescens in Lake Zürich, New Phytologist, 169(1), 109-122.
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