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Promuovere la conciliabilità tra energia idroelettrica e biodiversità
11 marzo 2025 |
Le centrali idroelettriche ad accumulo stanno acquisendo un importanza crescente in considerazione della transizione energetica, perché in grado di compensare l'elevata variabilità della produzione di energia da altre fonti rinnovabili come sole e vento. La richiesta di produzione di energia elettrica flessibile è in forte crescita e, secondo le previsioni dell’UE, aumenterà di nove volte entro il 2050. In questo senso, sebbene l’energia idroelettrica contribuisca a una produzione di energia più sostenibile, nel contempo mette sotto pressione la biodiversità.
Nei tratti dei corsi d’acqua a valle delle centrali idroelettriche ad accumulo, l’accensione e lo spegnimento frequente delle turbine provoca forti variazioni artificiali di deflusso, ovvero i cosiddetti deflussi discontinui (detti anche «hydropeaking» o «Schwall-Sunk»). Questo fenomeno ha un impatto notevole sull’ecosistema: durante le fasi di deflusso minimo, gli habitat in prossimità delle sponde possono prosciugarsi rapidamente, facendo arenare e morire pesci, insetti acquatici e altri organismi acquatici. Quando il deflusso torna ad aumentare, le forti correnti d’acqua modificano il variegato mosaico degli habitat e causano la deriva di animali e piante. Questo risulta in una drastica riduzione sia del numero di individui che della varietà delle specie. Questo mette in evidenza una delle principali sfide della transizione energetica: conciliare una produzione di energia elettrica rispettosa del clima ma anche della biodiversità.
Un aspetto finora trascurato: la frequenza dei deflussi discontinui
Da anni la ricerca studia l’impatto di episodi singoli di deflussi discontinui sugli ecosistemi dei corsi d’acqua e cerca possibili soluzioni per mitigarne gli impatti negativi. Sono già state implementate diverse soluzioni basate su interventi edili e di esercizio (vedere riquadro). Tuttavia, un aspetto finora sottovalutato è l’elevata frequenza di queste variazioni artificiali di deflusso. Mentre nei corsi d’acqua con regime naturale le variazioni significative del deflusso si verificano in media soltanto ogni due a undici giorni, nei corsi d’acqua soggetti a deflussi discontinui ciò avviene più regolarmente dalle tre alle quattro volte al giorno.
Quadro normativo e importanza del risanamento dei deflussi discontinui
La legge federale sulla protezione delle acque obbliga i detentori delle centrali idroelettriche che causano deflussi discontinui, a gestire il deflusso in modo da ridurre impatti sugli habitat e sulle specie tipiche che li abitano. L’obiettivo mira a mitigare i principali effetti ecologici negativi entro il 2030, secondo il principio della proporzionalità. Anche le centrali idroelettriche a cui vengono rilasciate nuove concessioni devono conformarsi a questi requisiti. Le misure di risanamento, che includono anche il ripristino della migrazione dei pesci e del regime del trasporto solido naturale quanto più vicino allo stato naturale, svolgono un ruolo chiave per preservare la biodiversità nei corsi d’acqua.
Attualmente il risanamento dei deflussi discontinui si concentra principalmente sulla regolazione di singoli episodi, ad esempio tramite la costruzione di bacini di compensazione. A questo proposito, l’attenzione è rivolta in primo luogo alla riduzione della velocità di innalzamento e abbassamento del livello dell’acqua. In alternativa, si possono adottare misure esercizio oppure deviare l’acqua turbinata direttamente in un corso d’acqua più grande o in un lago. Per quest’ultima opzione, il tratto interessato dai deflussi discontinui viene trasformato in un tratto a deflusso residuale costante.
Effetto cumulativo: più della semplice somma dei singoli episodi
I ricercatori e le ricercatrici dell’Istituto per la Ricerca sulle Acque Eawag, in collaborazione con partner dell’ETH di Zurigo, INRAE di Lione, ZHAW e BOKU di Vienna, hanno esaminato l’impatto che hanno gli episodi di deflussi discontinui molto ravvicinati sulla dinamica degli habitat nei corsi d’acqua. «I nostri studi dimostrano che i deflussi discontinui ricorrenti aumentano da 26 a 75 volte la dinamica degli habitat, ovvero modificandone la distribuzione spazio-temporale, rispetto ai corsi d’acqua con regime naturale», spiega Nico Bätz, scienziato nel gruppo di ricerca Rivitalizzazione fluviale dell’Eawag. Le variazioni continue di deflusso modificano la disponibilità, la stabilità e l’interconnessione di habitat essenziali nel tratto di un corso d’acqua, come ad esempio le zone di frega o di rifugio per pesci e insetti acquatici. Sebbene l’ecosistema in genere riesce a sopportare un singolo episodio, il cambiamento permanente degli habitat genera stress e aumenta la mortalità di tante specie.
«Un esempio impressionante dell’impatto degli episodi di deflussi discontinui ravvicinati proviene dai nuovi risultati della BOKU di Vienna relativi all’arenarsi degli avannotti, che abbiamo pubblicato congiuntamente di recente», aggiunge Nico Bätz. Una singolo episodio di deflusso minimo solitamente non rappresenta un grosso pericolo, dal momento che la popolazione ittica, di norma, riesce a rigenerarsi. Tuttavia, se gli habitat degli avannotti si prosciugano più volte al giorno, la loro popolazione può ridursi in breve tempo. Ricerche sul campo dimostrano che la frequenza dei deflussi discontinui ha un forte impatto sulla densità degli avannotti.
Nei tratti di fiumi in Austria con meno di un episodio di variazione di deflusso al giorno, la densità delle giovani trote comuni era in media 2,3 volte più alta, e quella dei giovani temoli addirittura 18 volte più alta, rispetto ai tratti con variazioni di deflusso più frequenti (deflussi discontinui). Anche simulazioni numeriche indicano che variazioni ricorrenti del deflusso, a seconda della frequenza dei deflussi discontinui, possono avere effetti significativi sulle popolazioni degli avannotti già dopo pochi giorni o mesi, persino quando il deflusso viene abbassato gradualmente, una pratica di risanamento comune. «La nostra ricerca mostra chiaramente che l’effetto cumulativo legato alla ricorrenza di episodi di deflussi discontinui ha un impatto maggiore sull’ecosistema rispetto alla semplice somma dei singoli episodi», sintetizza Nico Bätz.
Nuovi approcci per quantificare gli effetti di deflussi discontinui ricorrenti
Per comprendere e quantificare gli effetti causati dai deflussi discontinui ricorrenti sulla dinamica degli habitat, i ricercatori e le ricercatrici hanno sviluppato tre nuove metriche di misurazione.
Probabilità di habitat: Questa metrica indica la percentuale di disponibilità dei diversi tipi di habitat considerati, come le acque poco profonde o zone a bassa corrente. Integrata nel tempo, questa metrica consente di identificare le condizioni dominanti dell’habitat a cui gli organismi sono esposti in seguito alle variazioni di deflusso.
Cambiamenti del tipo di habitat: Questa metrica indica con quale frequenza i diversi tipi di habitat considerati cambiano in una determinata zona. La frequenza dei cambiamenti dell’habitat è di particolare importanza per gli organismi con mobilità ridotta, come le piante e la maggior parte degli insetti acquatici, che non possono cambiare habitat o solo lentamente. Cambiamenti frequenti dell’habitat possono avere un impatto significativo su questi organismi, riducendone la loro capacità di sopravvivenza.
Spostamento degli habitat: Questa metrica indica quanto i diversi tipi di habitat considerati si spostano spazialmente nel tempo. È particolarmente importante per gli organismi mobili, come i pesci adulti, che devono cambiare zona per trovare habitat favorevoli in risposta alle variazioni del deflusso. Gli spostamenti frequenti aumentano il rischio di arenamento, incidono sul bilancio energetico degli organismi e, a lungo termine, possono compromettere la loro capacità di sopravvivenza.
Rendere l’utilizzo dell’energia idroelettrica il più rispettoso possibile dei corsi d’acqua
Per preservare la resilienza e la biodiversità dei nostri corsi d’acqua a lungo termine, la gestione dell’energia idroelettrica dovrebbe considerare non soltanto le conseguenze dei singoli episodi di deflusso discontinui, ma anche dei loro effetti cumulativi. Una maggiore attenzione a questo aspetto può contribuire a prevedere meglio gli effetti potenziali delle centrali idroelettriche ad accumulo sulla biodiversità. «Le nostre metriche sono complementari agli approcci esistenti, come l’aiuto all’esecuzione per i deflussi discontinui dell’Ufficio federale dell’ambiente (UFAM), per garantire un equilibrio tra la produzione idroelettrica, in quanto elemento fondamentale della transizione energetica, e la tutela della biodiversità», afferma Nico Bätz. I ricercatori consigliano quindi di incorporare esplicitamente la frequenza delle variazioni di deflusso causate dai deflussi discontinui nella gestione delle centrali idroelettriche. Attualmente, sono in fase di sviluppo proposte su come tenerne conto nei lavori di risanamento, nella ristrutturazione, nella nuova costruzione o nel rilascio di nuove concessioni.
Immagine di copertina: Nell’area spondale della Sarina, nel Canton Friburgo, le variazioni di deflusso causate dai deflussi discontinui (detti anche «hydropeaking» o «Schwall-Sunk») sono chiaramente visibili. La linea più chiara mostra il livello dell’acqua durante una fase di deflusso minimo, mentre il deflusso massimo è indicato dalla parte bagnata del banco di ghiaia (foto: Christine Weber).
Pubblicazioni originali
Cooperazione
- Wasserforschungsinstitut Eawag
- Institut für Wasser und Umwelt, Karlsruhe Institut für Technology (KIT)
- Versuchsanstalt für Wasserbau, Hydrologie und Glaziologie VAW, ETH Zürich
- Stocker Lab, Departement Bau, Umwelt und Geomatik, ETH Zürich
- Institut national de recherche pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement, INRAE Lyon
- Universität für Bodenkultur (BOKU), Wien
- Institut für Umwelt und Natürliche Ressourcen, Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften, ZHAW
- Bundesamt für Umwelt, BAFU