Acqua rigenerata contro gli incendi nell'interfaccia urbano-foresta: il progetto UIA-GUARDIAN a Riba-roja de Túria e Paterna

Javier Anguiano Aranzubia

Hidraqua

Jose Morales

Comune di Riba-roja de Túria

Ferrán Dalmau Rovira

Medi XXI

Lydia Puchol Rodríguez

Medi XXI

Francesc Hernández Sancho

Universidad de Valencia

Carlos Echevarria Diez-Canedo

Cetaqua

SINTESI

Gli incendi boschivi nella cosiddetta interfaccia urbano-foresta (Wildland Urban Interface, WUI) sono diventati un rischio crescente per queste zone, come hanno dimostrato di recente, tra gli altri, gli eventi con un elevato numero di vittime del 2018 in Grecia e in California, o del 2017 in Portogallo e in Spagna (Galizia).

L'applicazione di tecnologie e strategie innovative, adottate con successo negli ultimi anni e basate sull'aumento della disponibilità di acqua strutturale nei tagliafuoco verdi e sull'irrigazione di prevenzione/soppressione del fuoco, si scontra con il problema della disponibilità delle risorse idriche necessarie. Questo ostacolo è particolarmente rilevante nelle zone in cui lo stress idrico legato al cambiamento climatico aumenta al tempo stesso il rischio di incendi.

Il progetto GUARDIAN, sviluppato nei comuni valenciani di Riba-roja e Paterna e sostenuto dall'Unione europea attraverso il programma Azioni Urbane Innovative, punta a risolvere questa sfida mediante l'uso dell'acqua rigenerata, integrato nell'attuazione delle soluzioni citate. Il progetto GUARDIAN applicherà inoltre soluzioni di trattamento avanzate che permettano di sfruttare a questo scopo portate con carichi inquinanti legati all'uso di pesticidi in agricoltura, nel rispetto di criteri di efficienza e sostenibilità.

1. CONTESTO

Il 2018 ci ha lasciato un triste promemoria del potere distruttivo che gli incendi boschivi possono acquisire quando raggiungono zone abitate. In Grecia (regione dell'Attica), un incendio di estensione e durata relativamente ridotte, nel luglio 2018, è diventato il più letale che abbia colpito il Paese dal 2007. Con 76 morti e 187 feriti (164 adulti e 23 bambini) e oltre 700 persone evacuate, l'incendio è iniziato con diversi focolai in una zona boschiva a 50 chilometri a sud-ovest di Atene.

Nell'autunno dello stesso anno, gli incendi boschivi in California (Stati Uniti) sono stati considerati i più distruttivi mai registrati in questo Stato. Nel corso del 2018 un totale di 7.579 incendi ha bruciato una superficie di 6.749,57 km², la più vasta area bruciata mai registrata in una stagione degli incendi in California, secondo il Dipartimento forestale e antincendio della California e il National Interagency Fire Center, all'11 novembre. Gli incendi hanno causato danni per oltre 3,5 miliardi di US$ (USD 2018). Il bilancio delle vittime, non ancora definitivo, era di 94 morti, mentre sono stati segnalati 1011 dispersi. In un solo incendio (Camp, novembre 2018) il numero di morti è salito a 86.

1.1. Impatto degli incendi boschivi sulle aree urbanizzate

Le aree urbane europee a contatto con zone boscate o vicine a esse, nella cosiddetta interfaccia urbano-foresta (WUI, dall'acronimo inglese), devono affrontare incendi boschivi sempre più frequenti e intensi, che colpiscono la popolazione, le infrastrutture, le proprietà, i servizi e le attività economiche.

WUI è un termine semplice ma univoco per una realtà complessa, in particolare negli scenari in cui le fiamme, il fumo e i fronti di fiamma di un incendio boschivo in avvicinamento raggiungono le persone ovunque e in qualunque momento si trovino. Alcune delle caratteristiche che rendono queste aree particolarmente pericolose sono:

• Alta probabilità di incendi boschivi che possono raggiungere l'interfaccia dall'esterno, ma che possono anche innescarsi all'interno della WUI stessa (inneschi indesiderati di origine umana causati da barbecue, bruciatura di residui vegetali, ecc.).
• Produzione di fumi tossici.
• Difficoltà di accesso alla zona e alle singole abitazioni.
• Possibili scenari di emergenze multiple ed effetti domino (esplosioni di gas, gas tossici, intossicazione di persone e vigili del fuoco, incidenti stradali durante l'evacuazione dei residenti in concomitanza con l'arrivo delle squadre antincendio).
• Presenza di residenti non autosufficienti e di turisti privi di conoscenze e di preparazione per affrontare un incendio boschivo (da prevedere nel piano di emergenza locale).
• Dispositivo antincendio sopraffatto, che molto spesso non riesce a difendere contemporaneamente tutte le abitazioni raggiunte dal fronte di fiamma; il possibile sovraccarico dei mezzi di estinzione può richiedere un triage anticipato basato sull'effettiva difendibilità di ciascuna abitazione, da prevedere nel piano di emergenza locale.
• Il riparo sul posto o l'evacuazione della popolazione sono opzioni diverse che devono essere preparate in anticipo ed essere note ai vigili del fuoco.
• Probabile impossibilità di usare le tecniche del «fuoco contro gli incendi boschivi» (controfuoco, fuoco prescritto e fuoco tattico).
• Limitazioni nelle dimensioni dei mezzi antincendio e nell'impiego di grandi aerei per il rifornimento idrico dall'alto.
• Difficoltà nel coordinare le squadre, che spesso appartengono a istituzioni diverse (Servizio forestale, vigili del fuoco, volontari di Protezione civile, ecc.), anche perché non si possono applicare direttamente né le tattiche di lotta agli incendi puramente strutturali né quelle degli incendi puramente boschivi (le WUI richiedono una formazione specifica).

Gli studi sugli incendi mostrano che le aree abitate vengono colpite nella zona di contatto con le fiamme, ma anche in una zona di influenza più ampia, nella quale il fumo e i tizzoni sono presenti in modo abbondante e attivo.

1.2. Il Parc Natural del Túria nei comuni di Riba-roja e Paterna

Le aree urbane di Riba-roja e Paterna condividono la zona naturale protetta «La Vallesa», che fa parte del parco naturale «Parque Natural del Turia», situato in un contesto fortemente urbanizzato. L'interfaccia urbano-foresta tra questo parco e le città citate è esposta al rischio crescente rappresentato dagli incendi boschivi, alimentato dagli effetti del cambiamento climatico. Questo pericolo è accentuato dall'elevato livello di antropizzazione (inglobamento nell'area urbana) e da un certo degrado (abbandono dell'agricoltura, gestione forestale insufficiente). Nel periodo 2000-2016 Riba-roja ha subito 40 incendi boschivi, mentre Paterna ne ha registrati 19. Negli ultimi anni questi incendi sono sempre più frequenti e, a causa del rapido sviluppo urbanistico, potenzialmente più distruttivi.

Va tenuto presente che l'impatto potenziale degli incendi sulle aree urbane adiacenti di Riba-roja e Paterna non si limita ai danni diretti (perdita di vite umane e danni materiali), ma si estende alle infrastrutture di servizio (per esempio le linee elettriche esistenti), alla qualità dell'aria e all'erosione del suolo, e ha un effetto negativo generale sull'economia locale (per esempio sul turismo).

Come ulteriore sfida, gli effetti del cambiamento climatico incideranno anche sulla disponibilità delle risorse idriche che potrebbero essere necessarie per mitigare i rischi di incendio; le previsioni per la regione mediterranea indicano una diminuzione delle precipitazioni annue insieme a una crescente domanda di acqua per l'agricoltura. Questo effetto è accentuato dalla crescente domanda idrica di una delle zone più densamente popolate della Spagna.

Nel comune di Riba-roja, 12 lottizzazioni residenziali e diversi nuclei sparsi estendono l'area urbana. Anche la città di Paterna presenta una distribuzione simile, con 6 diversi nuclei abitati. L'espansione di entrambe le città verso le aree circostanti, all'interno dell'attuale Parc Natural del Túria, è stata una costante dello sviluppo urbano nel corso del XX secolo e ha dato origine ad aree residenziali incastonate nei boschi esistenti. Il contemporaneo declino dell'agricoltura nell'area ha contribuito alla sua configurazione attuale.

Nei dintorni più immediati della città di Valencia, un agglomerato crescente di centri più piccoli e di insediamenti residenziali si sta disperdendo e mescolando con i terreni boscati e con i terreni misti di bosco e macchia. Questo attrito crea una potenziale esposizione delle case, della popolazione e dei beni all'innesco, al consolidamento e alla propagazione di incendi boschivi con enormi conseguenze indesiderate, come si è osservato ripetutamente in incendi reali nei dintorni del capoluogo. Oggi questi comuni sono sopraffatti dalla situazione, con una popolazione che in estate si moltiplica notevolmente, proprio nell'alta stagione degli incendi, circondata da boschi sempre meno gestiti e da vari terreni agricoli abbandonati, e con una precaria disponibilità di acqua. Affrontare l'autoprotezione è una sfida per comuni con una capacità limitata di realizzare infrastrutture e di accedere all'acqua a fini di prevenzione e protezione. Sebbene esista, e sia in vigore, una regolamentazione piuttosto insufficiente sulla prevenzione degli incendi, solo alcune delle comunità che si trovano in queste aree sono consapevoli dei pericoli e della necessità dell'autoprotezione.

1.3. Le sfide del cambiamento climatico

1.3.1. Cambiamento climatico e rischio di incendi

I nuovi fattori si stanno allineando, lentamente ma costantemente, verso scenari difficili di stagioni degli incendi più lunghe, episodi di siccità più intensi e prolungati e un clima più estremo, con temporali e venti forti, che mettono alla prova, e spesso mandano in crisi, i vigili del fuoco e gli altri corpi di protezione. Sembra chiaro che stiamo affrontando nuove sfide, incendi di dimensioni nuove, e pare che questo sia solo l'inizio. Ciò a cui abbiamo assistito negli Stati Uniti e in Canada negli ultimi anni sembra verificarsi progressivamente e costantemente anche in Europa. Portogallo, Spagna, Francia, Croazia, Italia e Grecia hanno subito un gran numero di incendi, alcuni dei quali sono diventati grandi incendi che hanno minacciato centri abitati e infrastrutture, tra cui diverse strutture turistiche.

Il Partenariato europeo per l'adattamento al clima ha considerato il cosiddetto incendio di interfaccia urbano-foresta uno dei principali impatti sulle aree urbane dei membri del partenariato (Agenda urbana dell'UE sull'adattamento al clima, 8ª riunione della Community of Users on Secure, Safe and Resilient Societies). Secondo l'IPCC (Climate Change 2014: Impacts, Adaptation and Vulnerability, p. 19), l'aumento del rischio di incendi boschivi è l'effetto con il più alto livello di confidenza negli scenari futuri di cambiamento climatico. L'Agenzia europea dell'ambiente ha dichiarato che «In un clima più caldo si prevedono in tutta Europa condizioni meteorologiche più favorevoli agli incendi e, di conseguenza, un'espansione delle aree soggette a incendi e stagioni degli incendi più lunghe. L'impatto degli incendi è particolarmente forte nell'Europa meridionale» (European Environment Agency, Key Messages for Forest Fires Indicator Assessment)

1.3.2. Cambiamento climatico e risorse idriche

Diverse strategie di prevenzione o mitigazione degli incendi passano per l'applicazione di irrigazioni preventive o di soppressione, come illustreremo più avanti. Tuttavia, questo approccio si scontra con un ostacolo importante legato alla disponibilità di risorse idriche.

La scarsità idrica, cioè lo squilibrio tra l'acqua disponibile e la domanda esistente, colpisce attualmente molti Paesi europei. Almeno l'11% della popolazione e il 17% del territorio europeo sono interessati dalla scarsità idrica (Commissione europea. 2010. L'agricoltura nell'UE, informazioni statistiche ed economiche 2009, Direzione generale dell'Agricoltura e dello sviluppo rurale). Il numero di persone che vivono in bacini idrografici caratterizzati da scarsità idrica aumenterà, in particolare nella Penisola iberica, in Italia e in parti relativamente ampie dell'Europa centrale (Agenzia europea dell'ambiente, AEA, 2010. L'ambiente in Europa: stato e prospettive nel 2010, Copenaghen, Danimarca: Adattamento ai cambiamenti climatici).

Il documento di lavoro del CEPS «Future Impacts of Climate Change across Europe» (n. 324 / febbraio 2010) afferma che il Mediterraneo dovrà affrontare problemi di scarsità idrica più di qualsiasi altra regione d'Europa. Il cambiamento climatico potrebbe portare a una diminuzione stimata della disponibilità di acqua, che sarà maggiore nel Mediterraneo e nell'Europa meridionale (Commissione europea, 2009a; MICE, 2005). La disponibilità di acqua potrebbe diminuire del 20-30% in uno scenario di +2 °C e del 40-50% in uno scenario di +4 °C. Le portate estive potrebbero ridursi fino all'80% e il deflusso medio annuo diminuirà nell'Europa centrale e orientale e nel Mediterraneo dello 0-23% entro gli anni 2020 e del 6-36% entro gli anni 2070 (IPCC, 2007b). Questa previsione coincide con quella dell'Agenzia europea dell'ambiente; in particolare, per uno scenario ad alte emissioni (RCP8.5), i modelli (media d'insieme) prevedono un aumento statisticamente significativo delle precipitazioni annue in ampie zone dell'Europa centrale e settentrionale (fino a circa il 30%) e una diminuzione nell'Europa meridionale (fino al 40%) tra il 1971–2000 e il 2071–2100.

Figura 2. Variazione prevista delle precipitazioni annue ed estive. Fonte: Agenzia europea dell'ambiente, valutazione degli indicatori: precipitazione media.

Vediamo così che, com'è logico, le stagioni secche estreme creano le condizioni per un alto rischio di incendio (temperature elevate, bassa umidità del suolo) ma, allo stesso tempo, riducono la disponibilità delle risorse idriche necessarie per la protezione dagli incendi nell'interfaccia urbano-foresta. I modelli mostrano che questa situazione sarà sempre più frequente nell'Europa meridionale.

La regione di Valencia si trova nel bacino del Mediterraneo occidentale (costa orientale della Penisola iberica, Spagna) e comprende un'area che si estende tra 38 e 40° N (24.000 km2). Sebbene la scarsità d'acqua sia una costante storica di questa regione, i recenti episodi di siccità mostrano un andamento che può essere collegato agli effetti del cambiamento climatico. La costa mediterranea e la parte sud-orientale del Paese sono le zone più colpite dalla scarsità idrica e dalla siccità, con i conseguenti impatti socioeconomici e ambientali.

Secondo l'Osservatorio europeo sulla siccità (EDO) del JRC, l'analisi degli indicatori di precipitazione a lungo termine (SPI-6 e SPI-9), disponibili nell'EDO, evidenzia un deficit a lungo termine nel sud della Spagna, con potenziali impatti sugli invasi e sui fiumi. Le zone più colpite sono le aree di Valencia e Murcia e la provincia di Almería. Per esempio, nel 2014 l'EDO del JRC ha pubblicato che «Quasi tutto il territorio delle province di Valencia, Castellón e Alicante ha registrato sei mesi consecutivi di condizioni di estrema siccità, da novembre 2013 ad aprile 2014».

Come conseguenza di questi deficit di precipitazione, il contenuto d'acqua del suolo si è ridotto drasticamente. I dati del modello di umidità del suolo forniscono una chiara evidenza delle aree che soffrono a causa della scarsità di piogge, confermando le condizioni eccezionali verificatesi a partire da ottobre 2013, con valori negativi persistenti nelle regioni di Valencia e Murcia e ad Almería.

Entro il 2030 si prevede una riduzione delle risorse idriche tra il 12% e il 15% nei bacini del Segura e del Júcar, con gravi conseguenze sul suolo e deterioramento dei popolamenti forestali, instabilità dei versanti, incendi boschivi e più colture con la relativa domanda d'acqua. All'interno della Comunità Valenciana, Riba-roja e Paterna si trovano nelle aree con un bilancio idrico negativo tra disponibilità e domanda.

2. ZONIZZAZIONE DELL'INTERFACCIA URBANO-FORESTA

Negli ultimi anni, e in particolare nell'ambito del progetto europeo WUIWATCH, sono state considerate tre scale di lavoro per la valutazione del rischio di incendi boschivi e la pianificazione della prevenzione degli incendi nell'interfaccia urbano-foresta: la macroscala o scala del paesaggio; la mesoscala, corrispondente alle dimensioni degli insediamenti; e la microscala, riferita alla scala di dettaglio della casa e del lotto che circonda l'edificio.

2.1.1. La mesoscala e la zona di transizione

Delle tre, la mesoscala è stata individuata come la scala di lavoro chiave per l'identificazione dei rischi e la progettazione di spazi difendibili, nei quali i fattori rilevanti che governano il comportamento atteso del fuoco, come il carico e la continuità del combustibile e il contenuto di umidità del combustibile vivo, tra gli altri, vengono modificati per ottenere ambienti a rischio controllato e aree difendibili estese. Nella mesoscala sono state considerate tre aree: la mesoscala esterna (trattata anche come area di transizione), il perimetro con il primo anello di case e la mesoscala interna.

In base alle lezioni apprese, diversi approcci per l'adattamento dell'area di transizione comprendono la trasformazione e il mantenimento della struttura e dell'umidità del suolo, la selezione e il trattamento delle piante, il pascolo, la prescrizione di fuochi controllati e la programmazione dell'irrigazione preventiva. Nel perimetro vengono evidenziati alcuni approcci e buone pratiche, tra cui la progettazione di anelli a bassa combustibilità, l'eliminazione delle siepi infiammabili e la progettazione di sistemi di irrigatori automatici. Nella mesoscala interna vengono fornite alcune indicazioni, basate sulle osservazioni in incendi reali, per ridurre l'attività del fuoco, come il trattamento dei lotti non edificati, l'interruzione della continuità delle siepi e la gestione di altri materiali non vegetali che possono aggiungersi al carico d'incendio.

3. IL PROGETTO UIA-GUARDIAN

In questo contesto, il progetto GUARDIAN propone una strategia di mitigazione del rischio di incendio che sarà messa alla prova nell'area di La Vallesa, nell'interfaccia tra le zone urbane di Riba-roja e Paterna e il Parc Natural del Túria. Grazie al sostegno del programma Azioni Urbane Innovative dell'Unione europea, verrà attuata una soluzione che collega i risultati di precedenti progetti europei nei campi della prevenzione degli incendi e dei metodi avanzati di riutilizzo dell'acqua.

Il progetto propone una strategia combinata basata sull'uso di acqua riciclata per la prevenzione e la protezione dagli incendi, al fine di fornire schemi di irrigazione/bagnatura preventivi, di soppressione e di estinzione programmati automaticamente: GUARDIAN realizzerà l'infrastruttura idraulica per fornire acqua riciclata all'interfaccia urbano-foresta di La Vallesa e gli elementi (torri di irrigazione e irrigatori) che compongono la barriera difensiva. L'impianto, situato nell'area della linea del fuoco, integrerà gli irrigatori con cannoni idranti ad alta pressione che coprono il perimetro, sulla base del sistema WUI-PROTECT.

Saranno inoltre eseguiti interventi sul suolo e sulla vegetazione (riduzione della densità degli alberi, in particolare di quelli dominati o indeboliti, dei combustibili a scala, potature, spaziatura degli arbusti, riduzione dei residui arborei e vegetali, ecc.)

L'uso di acqua riciclata per fornire le risorse idriche necessarie alle infrastrutture di protezione antincendio, come proposto da GUARDIAN, non ha precedenti noti e ne migliora notevolmente l'applicabilità. L'acqua di riuso è stata impiegata in una certa misura nella lotta antincendio convenzionale ed è di fatto disciplinata dalla legge spagnola (RD 1620/2007). Il progetto contribuirà inoltre alla sostenibilità della zona umida di La Vallesa attraverso il suo ripristino e la sostituzione degli apporti idrici di bassa qualità.

3.1. Studi preliminari

Una serie di studi preliminari e uno studio di campo getteranno le basi per l'analisi dei rischi e per la successiva progettazione della soluzione. In primo luogo, verrà effettuata una caratterizzazione dettagliata della struttura della vegetazione mediante sopralluoghi in campo e l'analisi dei dati LIDAR. Ciò porterà alla caratterizzazione e alla mappatura del carico di combustibile forestale (kg / m2), della continuità del combustibile e della struttura verticale.

I dati storici delle stazioni meteorologiche vicine saranno analizzati e correlati con i corrispondenti indici di rischio di incendio (come il FWI canadese). Verrà inclusa l'evoluzione attesa del clima, in particolare nella descrizione dei periodi di siccità, delle condizioni meteorologiche estreme (venti) e degli episodi di alta temperatura e bassa umidità. Infine, sarà effettuata una ricognizione del territorio per ottenere una mappa degli elementi vulnerabili esistenti (case, infrastrutture critiche, attività economiche, servizi, ecc.)

Figura 3. Schema della soluzione. In verde chiaro/scuro, le aree proposte per la trasformazione della struttura della vegetazione. L'infrastruttura idraulica è indicata in blu e giallo. Fonte: elaborazione propria

Nella fase successiva, sulla base dei dati storici, degli andamenti meteorologici e dell'evoluzione attesa degli scenari climatici, verranno individuati il possibile sviluppo degli incendi boschivi e l'intensità e l'estensione dei loro effetti sugli elementi vulnerabili. A tal fine si utilizzeranno modelli di valutazione esperta e di simulazione per stimare il rilascio di energia, l'intensità lineare del fronte di fiamma, l'emissione di energia radiante, la velocità di propagazione e i potenziali percorsi di propagazione. I risultati saranno combinati con la vulnerabilità e l'esposizione (distanze) per ottenere, mediante funzioni di rischio, la probabilità di conseguenze indesiderate, che verrà infine riportata su una mappa del rischio.

3.2. Mitigazione del rischio

La mitigazione del rischio di incendio si concentra principalmente, ma non esclusivamente, sui trattamenti della struttura della vegetazione. La progettazione dei trattamenti della vegetazione ha un duplice scopo: limitare e controllare la continuità del carico di combustibile e, dall'altro lato, proteggere la struttura del suolo e la disponibilità di acqua. Ciò significa, in primo luogo, dimensionare l'estensione e l'intensità dei trattamenti sul terreno che circonda l'insediamento urbano (zona di transizione) mediante un algoritmo specifico basato sul rilascio di calore radiante atteso. I trattamenti proposti cercheranno di proteggere il suolo dall'evapotraspirazione intensa, assicurando una copertura delle chiome sufficiente ed evitando, al tempo stesso, la continuità del combustibile. Inoltre, la protezione del suolo comprenderà trattamenti del terreno (cioè ammendanti organici) e la copertura con vegetazione protettiva. I trattamenti specifici nel perimetro dell'insediamento saranno dimensionati e progettati in modo da offrire un ambiente con intensità del fuoco controllata (inferiore a 3000 kW/m). Ciò comprenderà la riduzione del combustibile, ma anche la mobilità per le operazioni di estinzione. Infine, la progettazione dei trattamenti sarà estesa ai lotti interni, ai giardini e alle aree verdi comuni.

Figura 4. WUIPROTECT® Wildfire Defence System installato sul perimetro di un'interfaccia urbano-foresta. Fonte: Medi XXI GSA

3.3. Gestione del sistema

La gestione automatizzata del sistema si baserà sull'implementazione di indici personalizzati per il monitoraggio aggiuntivo del contenuto di umidità della vegetazione viva, del contenuto di umidità del combustibile morto fine e delle componenti del comportamento del fuoco e degli indicatori di rilascio di energia (probabilità di accensione, intensità lineare, velocità di propagazione, emissione di calore radiante, ecc.). Tutti questi indici saranno alimentati con i dati di monitoraggio e di previsione descritti, in particolare lo stato dell'atmosfera (temperatura, umidità relativa, precipitazioni), le previsioni meteorologiche e lo stato della vegetazione viva. Gli indici ottenuti indirizzano specifici vettori di controllo e distribuzione dell'acqua, come l'irrigazione preventiva (in base all'indice della vegetazione viva), l'irrigazione di soppressione (in base all'indice di umidità del combustibile morto fine) e l'irrigazione di estinzione (in base agli indici di comportamento del fuoco).

Il monitoraggio viene effettuato localmente e integra le letture generali e le previsioni sull'atmosfera nel suo insieme (fornite da fonti ufficiali, come l'Agenzia meteorologica statale AEMeT o i servizi meteorologici regionali). Il monitoraggio comprende le letture di sensori nel suolo (temperatura e contenuto di umidità del suolo, a 0, 10 e 20 cm di profondità), lo stato della vegetazione (dedotto dall'analisi colorimetrica di telecamere multispettrali a terra e di immagini satellitari) e il combustibile morto di medie dimensioni (10HR), mediante sensori specifici. Inoltre, anche le informazioni delle stazioni meteorologiche automatiche locali (AWS) saranno raccolte e trasmesse (datalogger via GSM) al centro di controllo (CCS) per essere elaborate e incorporate nel calcolo degli indici.

Figura 5. Perimetro difensivo. In primo piano si vede la vegetazione intatta (terreno verde) entro il raggio d'azione dei cannoni WUIPROTECT®. Fonte: Medi XXI GSA – Progetto WUIWatch.

Il cuore del carattere innovativo della soluzione proposta risiede nello sviluppo e nell'integrazione di un sistema di comando e controllo (CCS) e di un insieme di algoritmi che, in primo luogo, raccoglie i dati di monitoraggio e di previsione, calcola gli indici attuali e futuri, applica regole decisionali di inferenza e, infine, fornisce una programmazione delle diverse modalità di irrigazione citate. In particolare, il CCS di GUARDIAN calcolerà, sulla base della previsione del Drought Code (DC), la quantità e la distribuzione spaziale dell'irrigazione necessarie per compensare il deficit di umidità del suolo e correggere tale DC, e la erogherà automaticamente. Inoltre, in caso di rischio di incendio alto o molto alto, o di fronte a un incendio in avvicinamento, il CCS di GUARDIAN stimerà, sulla base dell'evoluzione attesa dell'umidità del combustibile fine, la quantità, la tempistica e la distribuzione spaziale dell'irrigazione di soppressione necessarie per ridurre la probabilità di focolai secondari e dello sviluppo dell'incendio, e la erogherà automaticamente. Infine, il CCS di GUARDIAN terrà traccia dell'acqua disponibile per la soppressione e, in base al calcolo del comportamento atteso dell'incendio e del rilascio di energia, suggerirà automaticamente la produzione di un volume aggiuntivo di acqua trattata per le operazioni di lotta antincendio, da immagazzinare di conseguenza.

3.4. I microinquinanti organici come ostacolo al riutilizzo

Negli ultimi decenni, i progressi delle tecniche analitiche (principalmente la cromatografia liquida (LC) accoppiata alla spettrometria di massa (MS)) hanno permesso di rilevare composti organici di origine antropica la cui presenza era sconosciuta a causa delle loro concentrazioni relativamente basse (µg/L – ng/L) (Omil et al. 2010). Questi composti sono generalmente noti come microinquinanti organici (OMP, dall'acronimo inglese), contaminanti di interesse emergente (CEC) o contaminanti organici in tracce (TrOC), e i loro effetti sull'ambiente e sulla salute umana sono incerti. È proprio il caso dell'EDAR Camp del Turia II, di cui si intende sfruttare la portata trattata come risorsa per il sistema di prevenzione e mitigazione degli incendi descritto in precedenza. Nello specifico, l'OMP più rilevante in questo impianto è il clorpirifos, un pesticida organofosforico ampiamente utilizzato nelle abitazioni e in agricoltura.

Il riutilizzo dell'acqua rappresenta un'alternativa sostenibile all'uso delle risorse idriche convenzionali o alla dissalazione dell'acqua di mare e negli ultimi decenni è stato tenuto in grande considerazione negli approcci di economia circolare. Tuttavia, la presenza di microinquinanti organici negli effluenti degli impianti di depurazione (WWTP) e degli impianti di rigenerazione (WRP) ha suscitato una preoccupazione globale per l'impatto di questi OMP sui diversi usi.

La presenza di OMP negli schemi di riutilizzo diretto e indiretto rappresenta un rischio incerto per la salute umana quando la popolazione può entrare in contatto con quest'acqua o consumarla direttamente o indirettamente. In agricoltura, anche l'irrigazione potrebbe rappresentare un rischio quando questi composti possono essere assorbiti dal suolo e dalle colture. D'altra parte, l'uso di acqua recuperata per fini ambientali (come i sistemi di controllo degli incendi e il mantenimento della portata dei fiumi) può rappresentare un rischio per il suolo, l'ambiente acquatico, le piante e gli animali.

3.5. Esperienza precedente: i risultati di LIFE Aware

Dal 2013 al 2016 CETAQUA, Centro tecnologico dell'acqua, ha coordinato il progetto LIFE AWARE. Il budget totale è stato di 2,6 M€, cofinanziato dal programma LIFE+, e Aigües de Barcelona (Spagna) e LNEC (Portogallo) hanno partecipato come partner.

Il progetto AWARE ha valutato un innovativo schema ibrido di recupero dell'acqua per l'eliminazione degli OMP, confrontato con i sistemi più avanzati. Per effettuare questo confronto, per 18 mesi sono stati fatti funzionare due prototipi presso l'impianto di rigenerazione (WRP) di El Baix Llobregat. I prototipi erano i seguenti:

• Prototipo 1: bioreattore a membrana con dosaggio di carbone attivo in polvere (PAC) esausto
• Prototipo 2: nanofiltrazione capillare con dosaggio di carbone attivo in polvere (PAC) vergine

La figura 2 mostra lo schema dei prototipi utilizzati. Come si può vedere, il PAC dosato nella vasca di contatto del prototipo 2 veniva filtrato attraverso una NF capillare e il flusso di scarto, contenente PAC concentrato, veniva ricircolato nelle vasche biologiche del prototipo 1.

Figura 6. Schema dei prototipi utilizzati nel progetto LIFE aWARE

D'altra parte, il WRP di base del Baix Llobregat è composto da CAS (fanghi attivi convenzionali) seguito da coagulazione-flocculazione, sedimentazione lamellare, microfiltrazione e disinfezione (UV). Gli usi principali dell'acqua recuperata erano urbani (irrigazione, pulizia delle strade), agricoli e ambientali.

Nella Tabella 1 sono stati valutati, per diversi schemi, l'eliminazione degli OMP recalcitranti (come carbamazepina e diuron), l'eliminazione degli OMP biodegradabili (come ibuprofene, paracetamolo, sulfametossazolo e codeina), la differenza di costo rispetto al WRP di base e l'impronta ambientale.

Tabella 1 Efficienze di rimozione, differenza di costo e impronta ambientale per diversi schemi di trattamento. Fonte: Progetto LIFE aWARE

Schema	% di rimozione degli OMP recalcitranti	% di rimozione degli OMP biodegradabili	Differenza di costo rispetto al WRP di base	Differenza di impronta rispetto al WRP di base
WRP di base	12	60	–	–
MBR	15	70	+ 30%	-50%
WRP di base potenziato con O 3	80	95	+ 19%	+ 15%
PAC-MBR (25 mg / L PAC vergine)	60	75	+ 60%	-50%

Come si può osservare, con il WRP di base si ottengono basse rimozioni degli OMP recalcitranti (12%). I bioreattori a membrana, grazie ai loro SRT e HRT più elevati, migliorano fino al 15% la rimozione degli OMP recalcitranti, con un aumento del costo associato del 30%. Potenziando il WRP di base con ozono è possibile raggiungere l'80% di rimozione degli OMP recalcitranti con un + 19% di costo e un + 15% di impronta, mentre con un sistema ibrido (PAC-MBR) è possibile raggiungere il 60% di rimozione degli OMP recalcitranti con un + 60% di costo e una riduzione dell'impronta del 50%.

3.6. Applicazione al progetto GUARDIAN

Presso l'EDAR del Camp de Turia II (Riba-roja, Spagna) è necessario eliminare diversi OMP recalcitranti, in particolare pesticidi organofosforici come il clorpirifos. Considerando il potenziale riutilizzo di quest'acqua nei sistemi di controllo degli incendi e le proprietà di adsorbimento di questo pesticida bersaglio, l'uso del PAC-MBR presenta importanti vantaggi in termini di qualità dell'acqua rigenerata, efficienza di rimozione degli OMP e impronta associata. Tuttavia, il costo associato e l'impronta ambientale di questi sistemi sono elevati. Per massimizzare la rimozione degli OMP e ridurre la dose di PAC (che aumenta il costo e l'impronta di carbonio), si propone un sistema ibrido PAC-O ₃ -MBR.

Di seguito si riassumono i vantaggi attesi dal sistema PAC-O ₃ -MBR rispetto ai sistemi più avanzati e rispetto ai sistemi PACMBR:

• Rimozioni complessive più elevate per tutti gli OMP (> 85%) grazie all'effetto combinato di biotrasformazione-ossidazione e adsorbimento e alla rimozione per adsorbimento dei metaboliti generati dall'ossidazione. – Dose di PAC inferiore grazie a una saturazione più lenta dell'adsorbente
• Minore produzione di fanghi e maggiore disinfezione.
• Il miglioramento della filtrabilità dei fanghi consente di applicare flussi di filtrazione più elevati nell'UF e, quindi, di ridurre gli investimenti e i costi operativi associati.

Un prototipo con una produzione totale di acqua recuperata di 10 m³/h sarà progettato e installato presso l'EDAR Camp de Turia II per recuperare acqua sicura (dal punto di vista ambientale e della salute umana) per i sistemi di controllo degli incendi e per fini ambientali, compreso il recupero della qualità della zona umida di La Vallesa. Come si può vedere nella figura 3, si propone un trattamento biologico (anaerobico, anossico e aerobico) con dosaggio di PAC e iniezione di O₃ , accoppiato a una membrana di ultrafiltrazione.

Figura 7. Schema del prototipo PAC-O₃ –MBR. Fonte: Progetto LIFE Aware

Durante le attività di progettazione saranno prese in considerazione diverse opzioni per la membrana: – Opzione 1: UF esterna dopo la vasca aerobica (filtrazione dei fanghi)

• Opzione 2: UF sommersa nella vasca aerobica (filtrazione dei fanghi)
• Opzione 3: UF sommersa nel sedimentatore secondario (filtrazione dell'effluente secondario chiarificato), il che significherebbe che, invece di un MBR, si avrebbe un CAS + PAC + O₃ seguito da una membrana di UF.

4. ANALISI DEI RISULTATI DEL PROGETTO

L'approccio dell'economia circolare si è dimostrato un'opzione adeguata per una gestione efficiente, equa e sostenibile dell'acqua. Inoltre, le tecniche di ottimizzazione sono uno strumento utile per supportare il processo decisionale di allocazione dell'acqua. Un modello di ottimizzazione rappresenta un approccio innovativo che tiene conto dell'efficienza della distribuzione idrica e dei collegamenti fisici tra i punti di approvvigionamento e i punti di domanda.

In questo progetto proponiamo di sviluppare e applicare un modello di ottimizzazione idrica che tenga conto della disponibilità di acqua rigenerata e dei suoi benefici sociali e ambientali. Includere il cambiamento climatico futuro, la crescita della popolazione e l'analisi del rischio ci permetterà di suggerire un percorso di sviluppo equilibrato delle risorse idriche disponibili in un'area territoriale specifica.

La scelta delle migliori pratiche/strategie per migliorare l'efficacia della gestione dell'acqua richiede di considerare contemporaneamente molteplici obiettivi e criteri (per esempio economici, ambientali, tecnici e sociali) e le complesse interazioni tra di essi. Inoltre, un'analisi affidabile della gestione dell'acqua richiede di individuare i punti di forza e di debolezza delle diverse strategie operative e di includere l'incertezza/il rischio nella procedura di valutazione, per analizzare in che modo incidono sui processi decisionali. Questa complessità rende necessario sviluppare un'analisi decisionale multicriterio rigorosa e sistematica che supporti i decisori politici nel valutare e confrontare adeguatamente le alternative secondo un approccio costo del non agire contro costo dell'azione (CNA-CA).

Nel contesto dell'analisi della politica idrica, proponiamo inoltre una valutazione d'impatto di queste azioni in termini di efficienza economica e di sostenibilità dell'uso dell'acqua nelle aree urbane.

La valutazione socioeconomica delle misure proposte sarà effettuata attraverso la programmazione matematica e modelli econometrici che cercano soluzioni di ottimizzazione. La stima delle funzioni di costo per attività, processi o tecnologie specifiche consentirà di individuare il comportamento delle voci di costo e i fattori che determinano i costi. L'efficienza delle diverse misure proposte sarà studiata attraverso modelli di analisi dell'inviluppo dei dati (DEA).

Per analizzare la fattibilità delle diverse azioni, la quantificazione dei benefici sociali e ambientali derivanti dalle azioni proposte sarà effettuata con una nuova metodologia basata sul calcolo dei prezzi ombra.

Costi e benefici saranno analizzati da un punto di vista dinamico, considerando diversi scenari in presenza di incertezza.

Alcune metodologie (simulazione Monte Carlo, tolleranze statistiche e modello fuzzy) saranno inoltre utilizzate per quantificare la riduzione del rischio di incendi boschivi ottenuta grazie all'attuazione del progetto proposto.

5. CONCLUSIONI

Con ogni probabilità il cambiamento climatico aumenterà la frequenza e la gravità degli incendi boschivi nei prossimi decenni, riducendo al tempo stesso la disponibilità delle risorse idriche, che costituiscono uno strumento chiave per difendersi da essi.

Il progetto UIA-GUARDIAN offre un'occasione unica per mettere alla prova nei prossimi anni strategie combinate ed efficaci di mitigazione del rischio di incendio nelle zone più vulnerabili (l'interfaccia urbano-foresta), impiegando risorse idriche alternative. Consente inoltre di capitalizzare i risultati di progetti precedenti in ambiti molto diversi e affronta contemporaneamente vari aspetti del cambiamento climatico.

GUARDIAN dimostra il potenziale inesplorato e l'importanza del riutilizzo in un contesto di crescente scarsità di risorse idriche. È inoltre fondamentale il suo contributo allo studio della fattibilità economica dei trattamenti avanzati di riutilizzo in un contesto di applicazione reale.

Il progetto GUARDIAN è guidato dal Comune di Riba-roja e vede inoltre la partecipazione di Hidraqua, Medi XXI, Universidad Politécnica de Valencia (IIAMA), Grupo de Economía del Agua della Universidad de Valencia, Comune di Paterna e Parc Natural del Túria (Generalitat Valenciana).

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