Le acque reflue possono salvare le falde acquifere degli Emirati Arabi Uniti?

Can wastewater save the United Arab Emirates’ groundwater?

Gli iper-aridi Emirati Arabi Uniti (EAU) hanno una disponibilità di acqua sotterranea in rapida diminuzione, che sta diventando sempre più salina. Con una ricarica molto scarsa e l'irrigazione che rappresenta il 75% dell'utilizzo delle acque sotterranee, le risorse idriche naturali in questa regione stanno scomparendo rapidamente.

La dottoressa Wafa Al Yamani ha lavorato per l'Agenzia per l'Ambiente di Abu Dhabi, che ha stipulato un contratto con la Plant and Food Research in Nuova Zelanda per studiare l'utilizzo di effluenti fognari trattati e di acque sotterranee per irrigare le foreste desertiche lungo le autostrade.

Le foreste del deserto

Gli Emirati Arabi Uniti desalinizzano tutta l'acqua per le loro città, per cui gli effluenti fognari trattati terziariamente di queste città potrebbero essere una risorsa valida, in grado di sostituire parte delle acque sotterranee per l'irrigazione delle foreste del deserto. Queste foreste svolgono un'ampia gamma di servizi ecosistemici, dalla stabilizzazione della sabbia lungo tutte le autostrade degli Emirati Arabi Uniti all'ospitare una grande quantità di biodiversità. Esiste anche un'associazione culturale con le foreste. Il sovrano originario degli Emirati Arabi Uniti, lo sceicco Zayed, avviò negli anni '70 un programma di "rinverdimento del deserto", per cui la popolazione vede le foreste del deserto come un'eredità del loro fondatore.

Misurare l'uso dell'acqua

La dott.ssa Al Yamani e il suo consulente di dottorato, il dott. Brent Clothier, avevano l'obiettivo di minimizzare l'uso delle acque sotterranee e massimizzare il valore quantificando le esigenze di irrigazione delle cinque più importanti specie forestali del deserto degli EAU. Volevano anche determinare l'impatto degli effluenti fognari trattati sulla crescita e sulla salute delle foreste. Per esaminare il funzionamento del sistema di irrigazione a goccia hanno utilizzato i mini infiltratori a disco METER. Il dottor Clothier afferma: "Questi terreni hanno una conducibilità idraulica compresa tra 2 e 5 metri all'ora. Sono sabbie del deserto altamente permeabili. Possiamo scoprire quanto è ampio il bulbo (l'area bagnata sotto un gocciolatore) e quanto in profondità viaggia l'acqua usando un infiltrometro per esaminare le proprietà idrauliche del terreno".

Per saperne di più sugli strumenti di conducibilità idraulica in campo METER

Il dott. Clothier ha anche sviluppato un software per prevedere il movimento dell'acqua in senso radiale, con la profondità e con il tempo di funzionamento dei gocciolatori. Commenta: "Ora abbiamo una configurazione di due gocciolatori per albero, che utilizzeremo in futuro per modellare il modo in cui gli alberi assorbono l'acqua dalla zona radicale".

Gli scienziati hanno utilizzato un metodo a impulsi di calore per misurare l'utilizzo idrico degli alberi, confrontando il flusso di linfa con la domanda evaporativa (ETo). Hanno utilizzato la riflettometria nel dominio del tempo (TDR) per misurare l 'umidità del suolo (contenuto d'acqua) e hanno sviluppato un "bastone luminoso" che utilizza sensori di luce per rilevare l'area d'ombra degli alberi e misurare l'area fogliare degli alberi per prevedere il fattore di coltura che consentirà di prevedere l'uso idrico degli alberi dall'ETo.

A photo of a mini disk infiltrometer

Gli infiltrometri prevedono il comportamento dei gocciolatori

La dott.ssa Al Yamani e il suo team hanno utilizzato quello che chiamano "il metodo delle teste gemelle di Ankeny" per la valutazione del sito con i Mini Disk Infiltrometers e sono riusciti a usarlo per prevedere il comportamento dei gocciolatori. Iniziano con la testa a -60 mm, effettuano una serie di misurazioni per misurare l'infiltrazione costante e ripetono il processo a -5 mm. Utilizzano queste misure per risolvere l'equazione di Woodings, che ha due incognite: la conducibilità idraulica satura e la capillarità.

 

Il Dr. Clothier afferma: "L'abbiamo fatto su due teste e possiamo usare l'equazione di Woodings per risolvere la pendenza della curva di conducibilità esponenziale. In questo modo, posso prevedere con il tempo lo spostamento del fronte di bagnatura lontano dal gocciolatore. Questo è stato molto utile per capire quale volume di terreno stiamo bagnando. Ci dice se dobbiamo avere uno o due gocciolatori. In questa foresta, pensiamo di potercela cavare con due gocciolatori perché se irrigano per due ore, il raggio del fronte di bagnatura sarà di 20 cm e la profondità sarà di circa 40 cm, un volume d'acqua sufficiente per le radici degli alberi". Il dott. Clothier dice che hanno anche costruito un piccolo argine intorno ai gocciolatori in modo da poter contenere l'acqua all'interno della zona di gocciolamento in caso di idrofobicità o di sabbia irregolare.

L'effluente trattato risolve i problemi di salinità

Storicamente, gli Emirati Arabi Uniti pompavano i loro effluenti fognari nel Golfo Arabico, ma di recente si è passati a considerarli una preziosa risorsa idrica, non solo per la foresta del deserto, ma anche per l'irrigazione di colture da frutto e palme da dattero. Una volta che abbiamo iniziato a ottenere i nostri risultati, ci siamo resi conto che stavamo irrigando con acque sotterranee ad alta salinità, circa 10 dS/m, mentre gli effluenti fognari trattati avevano solo 0,5 dS/m". Questa è stata una scoperta importante, perché con le acque sotterranee ad alta salinità è necessario irrigare eccessivamente per mantenere una frazione di lisciviazione del sale. Tuttavia, quando applichiamo l'effluente fognario trattato, vediamo immediatamente una risposta negli alberi perché ha un carico salino pari a 1/20".

Il dottor Clothier ha fatto notare che c'è un problema nel fatto che gli alberi rispondono così bene agli effluenti fognari. Gli effluenti trattati fanno crescere gli alberi più alti e più velocemente, quindi se il servizio ecosistemico che si vuole ottenere dalla foresta del deserto è che siano alti dai 4 ai 6 metri, diventa un problema. E aggiunge: "Questo è in realtà un problema positivo, perché ora possiamo indurre un'irrigazione deficitaria, creando così una risorsa più ampia di effluenti fognari trattati per irrigare molte più foreste".

Qual è il futuro?

Il dott. Clothier afferma che hanno iniziato con uno studio pilota negli Emirati Arabi Uniti nel 2014, che ha avuto un tale successo da portare a due progetti quadriennali completamente finanziati, uno sugli effluenti fognari trattati e uno sull'irrigazione delle palme da dattero. Secondo lui, hanno altri tre anni e mezzo di lavoro negli Emirati Arabi Uniti su questi progetti e, alla fine, il loro obiettivo è quello di sviluppare un modello per l'irrigazione forestale e la gestione della salinità del suolo, oltre a sviluppare la capacità di misurare e modellare l'impatto dell'irrigazione sulla silvicoltura sostenibile. Recentemente hanno sviluppato un prototipo di strumento di supporto decisionale computerizzato per l'irrigazione che fornirà consigli sull'irrigazione sostenibile per ottimizzare l'uso dell'acqua. Lo strumento di supporto tiene conto della necessità di mantenere la lisciviazione del sale, e le registrazioni dell'irrigazione effettiva possono essere inserite per consentire l'uso in tempo reale.

Scoprire il Mini Disk Infiltrometer

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