Ripristino del flusso

Il ripristino del flusso o il ripristino del fiume, a volte indicato anche come bonifica del fiume , descrive i lavori condotti per migliorare la salute ambientale di un fiume o di un fiume, a sostegno della biodiversità, della ricreazione, della gestione delle inondazioni e / o dello sviluppo del paesaggio. Gli approcci di ripristino del flusso possono essere suddivisi in due grandi categorie: ripristino basato sul modulo, che si basa su interventi fisici nel flusso per migliorare le sue condizioni; e restauro basato sui processi, che sostiene il ripristino di processi idrologici e geomorfologici (come il trasporto di sedimenti o la connettività tra il canale e la pianura alluvionale) per garantire la resilienza del flusso e la salute ecologica. Le tecniche di restauro basate sulla forma comprendono deflettori; trasversali alette; dighe, gradini e altre strutture di controllo del grado; marmellate di registro ingegnerizzate; metodi di stabilizzazione bancaria e altri sforzi di riconfigurazione dei canali. Questi inducono un cambiamento immediato nel flusso, ma a volte non riescono a ottenere gli effetti desiderati se il degrado ha origine su una scala più ampia. Il restauro basato sul processo include il ripristino della connettività laterale o longitudinale dei flussi di acqua e sedimenti e la limitazione degli interventi all'interno di un corridoio definito in base all'idrologia e alla geomorfologia del flusso. A volte gli effetti benefici dei progetti di restauro basati sul processo possono richiedere del tempo poiché i cambiamenti nel flusso si verificano a un ritmo che dipende dalle dinamiche del flusso.

Nonostante il numero significativo di progetti di ripristino del flusso in tutto il mondo, l'efficacia del ripristino del flusso rimane scarsamente quantificata, in parte a causa di un monitoraggio insufficiente. Tuttavia, in risposta alla crescente consapevolezza ambientale, i requisiti di ripristino del flusso sono sempre più adottati dalla legislazione in varie parti del mondo.

Definizione, obiettivi e popolarità

Il ripristino del flusso o il ripristino del fiume, a volte chiamato bonifica del fiume nel Regno Unito, descrive una serie di attività che mirano a migliorare la salute ambientale di un fiume o di un fiume. Queste attività mirano a ripristinare il sistema fluviale al suo stato originale o ad uno stato di riferimento, a sostegno della biodiversità, della ricreazione, della gestione delle inondazioni e / o dello sviluppo del paesaggio. Il ripristino del flusso è generalmente associato al ripristino ambientale e al ripristino ecologico. In tal senso, il ripristino del flusso differisce da:

• ingegneria fluviale, un termine che in genere si riferisce alle alterazioni fisiche di un corpo idrico, per scopi che includono la navigazione, il controllo delle inondazioni o la diversione dell'approvvigionamento idrico e non sono necessariamente correlati al ripristino ecologico;
• ripristino delle vie navigabili, un termine usato nel Regno Unito che descrive le alterazioni di un canale o di un fiume per migliorare la navigabilità e le relative strutture ricreative.

Il miglioramento della salute dei corsi d'acqua può essere indicato da habitat estesi per diverse specie (ad esempio pesci, insetti acquatici, altri animali selvatici) e ridotta erosione delle sponde dei corsi d'acqua, sebbene l'erosione delle banche sia sempre più generalmente riconosciuta come un contributo alla salute ecologica dei corsi d'acqua. I miglioramenti possono anche includere una migliore qualità dell'acqua (ovvero riduzione dei livelli di inquinanti e aumento dei livelli di ossigeno disciolto) e il raggiungimento di un sistema di flusso autosufficiente e resiliente che non richiede un intervento umano periodico, come il dragaggio o la costruzione di strutture di controllo delle inondazioni o dell'erosione. I progetti di ripristino del flusso possono anche produrre valori di proprietà aumentati nelle aree adiacenti.

Negli ultimi decenni, il ripristino del flusso è emerso come una disciplina significativa nel campo della gestione delle risorse idriche, a causa del degrado di molti ecosistemi acquatici e ripariali legati alle attività umane. Solo negli Stati Uniti, all'inizio degli anni 2000 si stima che più di un miliardo di dollari americani vengano spesi ogni anno per ripristinare i fiumi e che nella parte continentale del paese siano stati condotti quasi 40.000 progetti di restauro.

Approcci e tecniche di restauro

Le attività di ripristino del flusso possono variare dal semplice miglioramento o rimozione di una struttura che inibisce le funzioni naturali del flusso (ad es. Riparazione o sostituzione di un canale sotterraneo, o rimozione di barriere al passaggio dei pesci come le dighe), alla stabilizzazione delle sponde del fiume o altri interventi come ripristino della zona ripariale o installazione di strutture di gestione delle acque piovane come zone umide costruite. L'uso di acqua riciclata per aumentare i flussi di corrente che sono stati impoveriti a seguito di attività umane può anche essere considerato una forma di ripristino della corrente. Se presenti, i blocchi di navigazione possono essere utilizzati come canali di scavo verticali per ripristinare il passaggio dei pesci in una certa misura per una vasta gamma di biota, compresi i poveri nuotatori.

I progetti di ripristino del flusso normalmente iniziano con una valutazione del sistema del flusso, compresi dati climatici, geologia, idrologia del bacino, idraulica del flusso, schemi di trasporto dei sedimenti, geometria del canale, mobilità del canale storico e registri delle alluvioni. Esistono numerosi sistemi per classificare i flussi in base alla loro geomorfologia. Questa valutazione preliminare aiuta a comprendere le dinamiche del flusso e determinare la causa della degradazione osservata da affrontare; può anche essere utilizzato per determinare lo stato target per i lavori di restauro previsti, soprattutto perché lo stato "naturale" o indisturbato a volte non è più raggiungibile a causa di vari vincoli.

Negli ultimi decenni sono stati definiti due ampi approcci per il ripristino del flusso: restauro basato sulla forma e restauro basato sul processo. Considerando che il primo si concentra sul ripristino di caratteristiche strutturali e / o modelli considerati caratteristici del sistema di flusso bersaglio, il secondo si basa sul ripristino di processi idrologici e geomorfologici (come il trasporto di sedimenti o la connettività tra il canale e la pianura alluvionale) per garantire la resilienza e la salute ecologica del flusso.

Restauro basato su moduli

Il ripristino dello stream basato su form promuove la modifica del canale dello stream per migliorare le condizioni dello stream. I risultati mirati possono includere una migliore qualità delle acque, un migliore habitat e abbondanza di pesci, nonché una maggiore stabilità delle sponde e dei canali. Questo approccio è ampiamente utilizzato in tutto il mondo ed è supportato da varie agenzie governative, tra cui la United States Environmental Protection Agency (US EPA).

I progetti di restauro basati su moduli possono essere eseguiti su varie scale, inclusa la scala di copertura. Possono includere misure quali l'installazione di strutture in-stream, la stabilizzazione delle banche e sforzi di riconfigurazione dei canali più significativi. Il lavoro di riconfigurazione può concentrarsi sulla forma del canale (in termini di sinuosità e caratteristiche di meandro), sezione trasversale o profilo del canale (pendenza lungo il letto del canale). Queste alterazioni influiscono sulla dissipazione di energia attraverso il canale, che influisce, tra le altre caratteristiche, sulla velocità del flusso e la turbolenza, gli aumenti della superficie dell'acqua, il trasporto di sedimenti e il setaccio.

Installazione di deflettori di strutture in-stream

I deflettori sono generalmente strutture di legno o di roccia installate sulla punta della banca e che si estendono verso il centro del flusso, al fine di concentrare il flusso del flusso lontano dalle sponde. Possono limitare l'erosione delle sponde e generare condizioni di flusso variabili in termini di profondità e velocità, che possono avere un impatto positivo sull'habitat dei pesci.

Cross-vanes e strutture correlate

Le pale trasversali sono strutture a forma di "U" fatte di massi o tronchi, costruite attraverso il canale per concentrare il flusso del flusso al centro del canale e ridurre così l'erosione delle sponde. Non influiscono sulla capacità del canale e offrono altri vantaggi come un habitat migliorato per le specie acquatiche. Strutture simili utilizzate per dissipare l'energia del flusso includono le palette W-weirs e J-Hook.

Dighe, piscine e strutture di controllo del grado

Queste strutture, che possono essere costruite con rocce o legno (tronchi o detriti legnosi), riducono gradualmente l'elevazione del flusso e dissipano l'energia del flusso, riducendo così la velocità del flusso. Possono aiutare a limitare la degradazione del letto. Generano accumulo di acqua a monte e condizioni di flusso rapido a valle, che possono migliorare l'habitat dei pesci. Tuttavia, possono limitare il passaggio dei pesci se sono troppo alti.

Inceppamenti del registro progettati

Una tecnica di ripristino del flusso emergente è l'installazione di inceppamenti di log ingegnerizzati . A causa della canalizzazione e della rimozione di dighe di castori e detriti legnosi, molti corsi d'acqua non hanno la complessità idraulica necessaria per mantenere la stabilizzazione delle sponde e habitat acquatici sani. La reintroduzione di grandi detriti legnosi in corsi d'acqua è un metodo che viene sperimentato in corsi d'acqua come Lagunitas Creek nella Contea di Marin, California e Thornton Creek, a Seattle, Washington. Gli inceppamenti del registro aggiungono diversità al flusso d'acqua creando riffle, piscine e variazioni di temperatura. Grandi pezzi di legno, sia vivi che morti, svolgono un ruolo importante nella stabilità a lungo termine delle marmellate di legno. Tuttavia, i singoli pezzi di legno nelle marmellate di tronchi sono raramente stabili per lunghi periodi e vengono naturalmente trasportati a valle, dove possono rimanere intrappolati in ulteriori marmellate di tronchi, altre caratteristiche del flusso o infrastrutture umane, che possono generare fastidi per uso umano.

Stabilizzazione bancaria

La stabilizzazione delle banche è un obiettivo comune per i progetti di ripristino del flusso, sebbene l'erosione bancaria sia generalmente considerata favorevole per la sostenibilità e la diversità degli habitat acquatici e ripariali. Questa tecnica può essere utilizzata laddove la portata di un flusso è fortemente limitata o quando l'infrastruttura è minacciata.

La stabilizzazione delle banche si ottiene mediante l'installazione di rottami, gabbioni o mediante metodi di rigenerazione e / o bioingegneria, che si basa sull'uso di piante vive per costruire strutture di stabilizzazione delle banche. Mentre nuove piante spuntano dai rami vivi, le radici ancorano il terreno e impediscono l'erosione. Ciò rende le strutture di bioingegneria più naturali e più adattabili alle condizioni in evoluzione rispetto alle strutture ingegneristiche "dure". Le strutture di bioingegneria includono fascini, materassi a pennello, strato a pennello, geogriglie vegetali, ecc.

Altre tecniche di riconfigurazione dei canali

La riconfigurazione del canale comporta la modifica fisica del flusso. A seconda della scala dei progetti, la sezione trasversale del canale può essere modificata e i meandri possono essere costruiti attraverso movimenti di terra per raggiungere la morfologia target. Negli Stati Uniti, tale lavoro si basa spesso sul Natural Channel Design (NCD), un metodo sviluppato negli anni '90. Questo metodo prevede una classificazione del flusso da ripristinare in base a parametri come modello e geometria del canale, topografia, pendenza e materiale del letto. Questa classificazione è seguita da una fase di progettazione basata sul metodo NCD, che comprende 8 fasi e 40 passaggi. Il metodo si basa sulla costruzione della morfologia desiderata e sulla sua stabilizzazione con materiali naturali come massi e vegetazione per limitare l'erosione e la mobilità dei canali.

Critiche al restauro basato sulla forma

Nonostante la sua popolarità, il restauro basato sulla forma è stato criticato dalla comunità scientifica. Le critiche comuni sono che la scala alla quale il restauro basato sulla forma è spesso molto più piccola della scala spaziale e temporale dei processi che causano i problemi osservati e che lo stato target è spesso influenzato dalla concezione sociale di come dovrebbe apparire un flusso e non tiene necessariamente conto del contesto geomorfologico del torrente (ad esempio i fiumi tortuosi tendono ad essere considerati più "naturali" e più belli, mentre le condizioni locali a volte favoriscono altri schemi come i fiumi intrecciati). Numerose critiche sono state anche rivolte al metodo NCD da geomorfologi fluviali, che sostengono che il metodo è un approccio "ricettario" a volte utilizzato da professionisti che non hanno una conoscenza sufficiente della geomorfologia fluviale, causando fallimenti del progetto. Un'altra critica è l'importanza data al canale della stabilità nel metodo NCD (e con alcuni altri metodi di restauro basati sulla forma), che può limitare la dinamica alluvionale dei flussi e l'adattabilità alle condizioni in evoluzione.

Restauro basato sul processo

Contrariamente al restauro basato sulla forma, che consiste nel migliorare le condizioni di un flusso modificandone la struttura, il restauro basato sul processo si concentra sul ripristino dei processi (o funzioni) idrologici e geomorfologici che contribuiscono alla dinamica alluvionale ed ecologica del flusso. Questo tipo di ripristino del flusso ha guadagnato popolarità dalla metà degli anni '90, come approccio maggiormente incentrato sugli ecosistemi. Il restauro basato sui processi include il ripristino della connettività laterale (tra il flusso e la sua pianura alluvionale), la connettività longitudinale (lungo il flusso) e i flussi di acqua e / o sedimenti, che potrebbero essere influenzati da dighe di energia idroelettrica, strutture di controllo del grado, strutture di controllo dell'erosione e strutture di protezione dalle inondazioni. In generale, il restauro basato sul processo mira a massimizzare la resilienza del sistema e minimizzare i requisiti di manutenzione. In alcuni casi, i metodi di ripristino basati su moduli potrebbero essere associati al ripristino basato sui processi per ripristinare strutture chiave e ottenere risultati più rapidi in attesa di processi ripristinati per garantire condizioni adeguate a lungo termine.

Migliorare la connettività

La connettività dei corsi d'acqua alla loro pianura alluvionale adiacente e per tutta la loro lunghezza gioca un ruolo importante nell'equilibrio del sistema fluviale. I flussi sono modellati dall'acqua e dai flussi di sedimenti dal loro spartiacque e qualsiasi alterazione di questi flussi (sia in quantità, intensità o tempistica) comporterà cambiamenti nella forma del piano di equilibrio e nella geometria della sezione trasversale, nonché modifiche del sistema acquatico e ripariale ecosistema. La rimozione o la modifica degli argini può consentire una migliore connessione tra i flussi e la loro pianura alluvionale. Allo stesso modo, la rimozione di dighe e strutture di controllo del grado può ripristinare flussi di acqua e sedimenti e creare habitat più diversificati, sebbene gli impatti sulle comunità ittiche possano essere difficili da valutare.

Nei flussi in cui le infrastrutture esistenti non possono essere rimosse o modificate, è anche possibile ottimizzare la gestione dei sedimenti e dell'acqua al fine di massimizzare la connettività e ottenere schemi di flusso che garantiscano requisiti minimi di ecosistema. Ciò può includere rilasci di dighe, ma anche ritardare e / o trattare l'acqua da fonti agricole e urbane.

Implementazione di una larghezza minima del corridoio del flusso

Un altro metodo per garantire la salute ecologica dei corsi d'acqua limitando al contempo gli impatti sulle infrastrutture umane è quello di delineare un corridoio all'interno del quale si prevede che il flusso migrerà nel tempo. Questo metodo si basa sul concetto di intervento minimo all'interno di questo corridoio, i cui limiti dovrebbero essere determinati in base all'idrologia e alla geomorfologia del flusso. Sebbene questo concetto sia spesso limitato alla mobilità laterale dei flussi (correlata all'erosione delle banche), alcuni sistemi integrano anche lo spazio necessario per alluvioni di vari periodi di ritorno. Questo concetto è stato sviluppato e adattato in vari paesi del mondo, dando vita alla nozione di "corridoio del flusso" o "corridoio del fiume" negli Stati Uniti, "stanza per il fiume" nei Paesi Bassi, " espace de liberté " ("libertà spazio ") in Francia (dove viene utilizzato anche il concetto di" corridoio erodibile ") e Québec (Canada)," espace réservé aux eaux "(" spazio riservato all'acqua (corsi) ") in Svizzera," fascia di pertinenza fluviale "in Italia," territorio fluviale "in Spagna e" fare spazio per l'acqua "nel Regno Unito. Un'analisi costi-benefici ha dimostrato che questo approccio potrebbe essere vantaggioso a lungo termine a causa della riduzione della stabilizzazione del flusso e dei costi di manutenzione, minori danni derivante da erosione e inondazioni e servizi ecologici ridimensionati dai flussi ripristinati, tuttavia questo approccio non può essere attuato da solo se i fattori di stress su scala idrica contribuiscono al degrado del flusso.

Pratiche aggiuntive

Oltre ai suddetti approcci e metodi di ripristino, possono essere implementate misure aggiuntive se si verificano fattori di degrado del flusso su scala spartiacque. Innanzitutto, anche le aree di alta qualità dovrebbero essere protette. Ulteriori misure comprendono gli sforzi di ripristino / riforestazione (idealmente con specie autoctone); l'adozione delle migliori pratiche di gestione agricola che riducono al minimo l'erosione e il deflusso; trattamento adeguato delle acque reflue e degli scarichi industriali attraverso lo spartiacque; e una migliore gestione delle acque piovane per ritardare / minimizzare il trasporto di acqua nel flusso e minimizzare la migrazione di inquinanti. Le strutture alternative di gestione delle acque piovane includono le seguenti opzioni:

• Sistemi di biorilevamento e giardini delle piogge
• Zone umide costruite
• Bacini di infiltrazione
• Bacini di ritenzione

Efficacia dei progetti di ripristino del flusso

Negli anni 2000, uno studio sugli sforzi di ripristino dei corsi d'acqua negli Stati Uniti ha portato alla creazione del database National River Restoration Science Synthesis (NRRSS), che includeva informazioni su oltre 35.000 progetti di restauro dei flussi realizzati negli Stati Uniti. Gli sforzi di sintesi sono anche realizzati in altre parti del mondo, come l'Europa. Tuttavia, nonostante il gran numero di progetti di ripristino del flusso effettuati ogni anno in tutto il mondo, l'efficacia dei progetti di ripristino del flusso rimane scarsamente quantificata. Questa situazione sembra derivare da dati limitati sui contesti biofisici e geochimici dei flussi ripristinati, da un lavoro di post-monitoraggio insufficiente e dalle metriche variabili utilizzate per valutare l'efficacia del progetto. A seconda degli obiettivi del progetto di restauro, gli obiettivi (ripristino delle popolazioni ittiche, delle dinamiche alluvionali, ecc.) Potrebbero richiedere molto tempo per essere pienamente raggiunti. Pertanto, mentre gli sforzi di monitoraggio dovrebbero essere proporzionati all'entità della situazione da affrontare, spesso è necessario a lungo termine al fine di valutare pienamente l'efficacia di un progetto.

In generale, l'efficacia del progetto è risultata dipendere dalla selezione di un metodo di restauro adeguato considerando la natura, la causa e l'entità del problema di degrado. Pertanto, i progetti su vasta scala non riescono generalmente a ripristinare condizioni la cui causa principale risiede nella scala dei bacini idrografici, come i problemi di qualità dell'acqua. Inoltre, i fallimenti del progetto sono stati talvolta attribuiti alla progettazione basata su basi scientifiche insufficienti; in alcuni casi, le tecniche di restauro potrebbero essere state selezionate principalmente per motivi estetici. Ulteriori fattori che possono influenzare l'efficacia dei progetti di ripristino fluviale includono la selezione dei siti da ripristinare (ad esempio, i siti situati vicino a zone indisturbate potrebbero essere ricolonizzati in modo più efficace) e la quantità di taglio degli alberi e altri lavori distruttivi necessari per eseguire il restauro lavoro (che può avere effetti dannosi a lungo termine sulla qualità dell'habitat). Sebbene spesso considerato una sfida, il coinvolgimento del pubblico è generalmente considerato un fattore positivo per il successo a lungo termine dei progetti di ripristino del flusso.

Introduzione nella legislazione

Il ripristino del flusso viene gradualmente introdotto nel quadro legislativo di vari stati. Gli esempi includono l'impegno del quadro idrico europeo per il ripristino dei corpi idrici superficiali, l'adozione del concetto di spazio di libertà nella legislazione francese, l'inclusione nella legislazione svizzera della nozione di spazio riservato ai corsi d'acqua e dell'obbligo di ripristinare stato vicino al loro stato naturale e l'inclusione dei corridoi fluviali nella pianificazione dell'uso del suolo negli stati americani del Vermont e Washington. Sebbene questa evoluzione sia generalmente considerata positivamente dalla comunità scientifica, una preoccupazione espressa da alcuni è che potrebbe portare a una minore flessibilità e meno spazio per l'innovazione in un campo che è ancora in fase di sviluppo.

Risorse informative

Il River Restoration Centre, con sede presso la Cranfield University, è responsabile del National River Restoration Inventory, che viene utilizzato per documentare le migliori pratiche nei corsi d'acqua fluviali e per il ripristino, il miglioramento e la gestione delle pianure alluvionali nel Regno Unito. Altre fonti consolidate di informazioni sul ripristino del flusso includono il NRRSS negli Stati Uniti e l'European Center for River Restoration (ECRR), che contiene i dettagli dei progetti in tutta Europa. ECRR e il progetto LIFE + RESTORE hanno sviluppato un inventario basato su wiki di casi studio di ripristino del fiume.