Simulazione e sistemi idroinformatci per la gestone della risorsa idrica

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1 Simulazione e sistemi idroinformatci per la gestone della risorsa idrica Claudio Schifani Iacopo Borsi Rudy Rossetto

2 Simulazione e sistemi IDroinformatici per la Gestione delle Risorse IDriche Funded under POR FSE by Regione Toscana From April 2010 to March 2013 Scientfic partnership: Dep. of Mathematics, University of Firenze Land Lab, Scuola Superiore S.Anna, Pisa CNR--ISTI, Pisa End-users partnership: Ingegnerie Toscane S.r.l., Pisa Autorità di Bacino Pilota del Fiume Serchio, Lucca H2O Ingegneria S.r.l., Pisa

3 ilil ciclo ciclo dell dell acqua acqua un un fragile fragile equilibrio! equilibrio! E un bilancio naturale tra i volumi di acqua che entrano ed i volumi che escono in un certo intervallo di tempo in una certa parte di territorio. In questo bilancio si inseriscono i prelievi antropici per gli usi irrigui, industriali e idropotabili e i cambiament climatci! Quest prelievi, spesso concorrenziali, possono essere causa di due fenomeni principali: - sovrasfruttamento della risorsa; - deperimento della qualità della risorsa.

4 Si ha quindi bisogno di strument e metodi di elaborazione che possano essere contnuamente aggiornat e che permetano un approccio previsionale e proattivo alla gestone della risorsa idrica. Lo sviluppo di tali sistemi è l obiettivo del progetto SID&GRID Simulazione e sistemi IDroinformatici per la Gestione delle Risorse IDriche Sviluppare e rendere operativo un DSS, (Decision Support System) costituito da un sistema basato su software open source che possa essere utilizzato quale strumento operativo condiviso per la gestone e la pianificazione degli usi della risorsa idrica da Enti pubblici e società che gestiscono e utilizzano tale risorsa.

5 La componente numerica del modello idrogeologico Codice basato su MODFLOW 2005 dell USGS -Sorgenti liberamente scaricabili e modificabili -Modello a differenze finite -Input costituiti da file ASCII L apporto di SID&GRID - Calcolo dell infiltrazione efficace per le acque superficiali - Implementazione del processo di raffinamento LGR (Local Grid Refinement) - Ottimizzazione del trattamento della zona insatura

6 La piataforma GIS open source Strumento desktop gvsig Ambiente di sviluppo Java, BeanShell e Jython per nuove estensioni e tool che si renderanno necessari per l elaborazione dei dati geografici in SID&GRID La Geolibreria di Sextante GIS offre oltre 300 algoritmi di analisi spaziale ed è in grado di interfacciarsi anche con GRASS, Saga GIS e con R

7 Postgresql/PostGIS per il GeoDatabase Management System; Estensione SID&GRID basata sul framework di gvsig GIS; Modulo di processing basato su Sextante geo-algorithm library Codice numerico del modello idrogeologico basato su Modflow (USGS) Geoserver per la pubblicazione dei risultati delle simulazioni (raster)

8 SID&GRID Database module Wells model data object table Model Data Object è la parent class per ciascun processo di simulazione: -Wells pumping -River flow -Unsatured zones - Time è la parent class per la discretizzazione temporale riferita allo scenario di simulazione Time Table

9 SID&GRID GeoAlgorithm module Gli algoritmi sviluppati in SEXTANTE GIS per il progetto SID&GRID si articolano in tre categorie: Strumenti per la modellazione dei dati per le acque sotterranee Strumenti per la modellazione dei dati delle acque superficiali Set di traduttori per la scrittura dei files di input per il solutore numerico Nuovo set di algoritmi in SEXTANTE GIS per SID&GRID Groundwater tools SID&GRID GeoAlgorithm Surface tools Wrapper

10 SID&GRID GIS and User Interface module Il modulo GIS di SID&GRID consente la gestione dello scenario di simulazione attraverso l interfaccia grafica di gvsig. Il cuore del modulo GIS è un nuovo oggetto di gvsig: Model Scenario Input/output files directory Map View Model Scenario Name: String Database: String Working directory: String Engine: object NotePad: object Time unit: int Space unit: int Layers: Vector array Simulation: int Parameters: Array Properties GUI Dashboard GUI ma anche

11 L utente può definire un nuovo scenario di modellazione, creare e gestre il database, usare specifici algoritmi per creare I Model Data Object, scrivere I files di input per il solutore numerico, eseguire la simulazione, analizzare e visualizzare in mappa I risultati

12 Il primo test eseguito in SID&GRID ha interessato un area della piana di Lucca e ha simulato gli effetti della ricarica meteorica e gli emungimenti da un campo pozzi Lo scenario: simulare le variazioni della tavola d acqua in un anno idrologico medio Dominio numerico: 80 rows and 200 columns Processi simulati: pumping wells e recharge by rain Time: 420 giorni Groundwater layers: 2 (Surface and aquifer)

13 Un esempio - da strato informativo dei pozzi a well package per il solutore numerico

14 Completata la simulazione è possibile visualizzare il report del bilancio direttamente dal GIS

15 Per ciascun istante temporale visualizzare l andamento del campo di moto Dal punto di vista applicativo, le simulazioni previsionali potranno essere applicate in vari campi per (a titolo di esempio): pianificare gli utilizzi della risorsa, procedendo a definire i massimi prelievi sopportabili, l allocazioneriallocazione delle risorse; valutare gli impatti sul ciclo idrologico causati da trasformazioni urbane e territoriali; valutare gli impatti associati agli emungimenti da campi pozzi idropotabili/industriali; definire le aree di rispetto dei campi pozzi con criterio temporale; pianificare gli interventi irrigui, etc. Con gli strumenti di analisi GIS è possibile analizzare le variazioni dell acquifero tra la stagione estiva (secca) ed invernale (piogge)

16 Riferimenti Strument utlizzat: MODFLOW 2005: gvsig: Postgresql/PostGIS: Sextante GIS: Geoserver:

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