Multi-objective optimization of run-of-river hydropower: hydrologic disturbance, stream connectivity and economic profitability

Sebbene gli impianti idroelettrici ad acqua fluente rappresentino una importante risorsa di energia rinnovabile, non si può affermare che abbiano un impatto trascurabile sugli ecosistemi fluviali. In particolare, nelle regioni montane la restituzione delle acque processate avviene diversi chilometri a valle rispetto alla posizione dell'opera di derivazione, determinando quindi la sottrazione di risorse idriche per tratti considerevoli della rete fluviale. In questa tesi, si utilizzano tecniche di ottimizzazione multi-obiettivo per stimare la capacità di un impianto ad acqua fluente, cercando di bilanciare due obiettivi contrastanti: la massimizzazione del valore economico e la minimizzazione dell'impatto che tali impianti determinano. L'alterazione indotta sugli ecosistemi è quantificata sia come il cambiamento tra monte e valle della presa di una serie di indicatori idrologici rappresentativi dello stato di salute dell'ecosistema, sia come la perdita di connettività idrologica nel tratto di rete fluviale impattato. La capacità ottimale è quindi stimata per una serie di casi studio corrispondenti a impianti costruiti, o in via di costruzione, in bacini idrografici in Italia e Regno Unito. I risultati mostrano come la durata della capacità che massimizza l'economia sia influenzata dal regime idrologico naturale alla sezione di presa. In particolare, questo lavoro dimostra come la distinzione tra regimi idrologici persistenti (ridotta variabilità) ed erratici (marcata variabilità) condiziona fortemente le scelte progettuali. L'ottimizzazione multi-obiettivo indica che un bilanciamento tra economia e impatto idrologico in regimi di tipo persistente sia possibile solamente riducendo la capacità dell'impianto al di sotto di quella che massimizza il solo valore economico. D'altra parte, in regimi di tipo erratico esistono diverse capacità ottimali sulla base della relativa importanza delle diverse statistiche del regime idrologico. Questo lavoro dimostra inoltre che le sottrazioni di risorsa idrica a fini antropici inducono impatti considerevoli e quantificabili sulla connettività idrologica del tratto fluviale alterato, che a sua volta può rappresentare un ostacolo significativo ai movimenti migratori delle specie fluviali. L'applicazione di un modello eco-idrologico di stampo probabilistico ha poi consentito di riprodurre i flussi migratori a scopi riproduttivi dei salmoni Atlantici in una rete fluviale scozzese, mostrando come le limitazioni di connettività idrologica sono maggiormente pronunciate negli anni in cui è bassa la probabilità di superamento di alti valori di portata. Le analisi riportate in questa tesi mostrano inoltre che il deflusso minimo vitale rappresenta una variabile decisionale fondamentale al fine di preservare la connettività nei tratti fluviali impattati, e che quindi deve necessariamente essere considerato con particolare cura nella pianificazione di politiche di salvaguardia ambientale. Gli strumenti analitici sviluppati in questa tesi forniscono quindi spunti interessanti per la valutazione dell'impatto ambientale degli impianti idroelettrici ad acqua fluente e consentono di aumentare la sostenibilità delle opere di sfruttamento energetico delle risorse idriche.