Valutazione dello stato quantitativo delle acque sotterranee: applicazione all acquifero della Piana d'aosta

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1 ARPA Valle d Aosta Valutazione dello stato quantitativo delle acque sotterranee: applicazione all acquifero della Piana d'aosta Gennaro Alberto Stefania (1), Chiara Zanotti (1), Marco Rotiroti (1), Letizia Fumagalli (1), Michele Bigoni (1), Fulvio Simonetto (2), Pietro Capodaglio (2), Tullia Bonomi (1) (1) (DISAT), (2) Agenzia Regionale per la Protezione dell Ambiente della Valle d Aosta Morgex La Salle 28 Giugno

2 Premessa All articolo 4 della Direttiva Quadro sulle Acque (Water Framework Directive WFD, 2000/60/CE) stabilisce che: «gli Stati membri proteggono, migliorano e ripristinano i corpi idrici sotterranei, [ ] al fine di conseguire un buono stato 2

3 Premessa All articolo 4 della Direttiva Quadro sulle Acque (Water Framework Directive WFD, 2000/60/CE) stabilisce che: «gli Stati membri proteggono, migliorano e ripristinano i corpi idrici sotterranei, [ ] al fine di conseguire un buono stato Tale buono stato deve essere raggiunto sia dal punto di vista qualitativo sia quantitativo in ciascun corpo idrico sotterraneo Ai sensi della WDF: lo stato quantitativo (buono o scarso) è riferito alla presenza di pressioni antropiche (intese come prelievi significativi) sul corpo idrico, ne consegue che l assenza di prelievi garantisce uno stato quantitativo buono per definizione 3

4 Premessa Sia la normativa nazionali sia la WFD (2000/60/CE) non forniscono indicazioni precise sul come valutare lo stato quantitativo dei corpi idrici sotterranei. Al fine di colmare questo gap normativo ISPRA, in collaborazione con ARPA, ha emanato una recente linea guida dal titolo: 4

5 Manuali e Linee Guida XXX/2016, Roma, Aprile 2016 Premessa Sia la normativa nazionali sia la WFD (2000/60/CE) non forniscono indicazioni precise sul come valutare lo stato quantitativo dei corpi idrici sotterranei. Al fine di colmare questo gap normativo ISPRA, in collaborazione con ARPA, ha emanato una recente linea guida dal titolo: Criteri tecnici per l analisi dello stato quantitativo e il monitoraggio dei corpi idrici sotterranei Scopo: Criteri per la valutazione dello stato quantitativo Favorire l omogeneizzazione dei metodi di lavoro a scala nazionale per una migliore confrontabilità dei risultati Favorire la progettazione di reti di monitoraggio ad hoc per lo stato quantitativo 5

6 Obiettivi del lavoro Applicazione delle nuove linee guida ISPRA (2016) per la valutazione dello stato quantitativo delle acque sotterranee all acquifero della Piana d Aosta Valutazione della loro efficacia e praticità di applicazione ad un caso studio reale Il lavoro è stato eseguito nell ambito della collaborazione tra Università degli Studi di Milano-Bicocca e ARPA Valle d Aosta 6

7 Linee guida: struttura TEST 4 4 Test Ogni test è svolto in modo indipendente Per ciascun test si esprime un giudizio: BUONO SCARSO Basate sul principio: One out, all out» Non considerato in questo lavoro 7

8 Struttura delle linee guida Test 2 Test 3 Test 1: Bilancio idrico FASE A FASE 0 Mira a valutare l equilibrio tra ricarica e prelievi Suddiviso in 3 Fasi: Fase 0 (preselezione): presenza di pompaggi? No STATO BUONO Si Fase A (analisi della tendenza dei livelli di falda): i livelli di falda indicano un decremento dovuto ai prelievi? Si STATO SCARSO No Fase B (calcolo del bilancio idrico): acque sotterranee disponibili > prelievi? Si STATO BUONO No STATO SCARSO Stato SCARSO FASE B Stato BUONO 8

9 Test 1 Test 3 Struttura delle linee guida Test 2:Acque superficiali connesse Indaga la responsabilità della falda nel fallimento degli obiettivi ambientali di un corpo idrico superficiale Si esegue solo se: Corpo idrico superficiale: è in connessione con la falda fallisce i propri obiettivi ambientali Stato SCARSO Stato BUONO 9

10 Test 1 Test 2 Struttura delle linee guida Test 3: Ecosistemi terrestri dipendenti Indaga la responsabilità della falda nel cattivo stato di conservazione di un ecosistema terrestre dipendente Si esegue solo se: L ecosistema è dipendente dalle acque sotterranee (aree umide, stagni, fontanili) Stato SCARSO Stato BUONO 10

11 Area di studio DORA BALTEA 1 1 Acquifero della Piana di Aosta Estensione ~ 35 km x 2.5 km Acque superficiali Dora Baltea + torrenti laterali Due sistemi idrogeologici Acquifero freatico Acquifero semi-confinato Forti relazioni di scambio tra acque sotterranee e superficiali Approvvigionamento idrico da pozzo Piana di Aosta Acquifero freatico Acquifero semiconfinato 11

12 Fasi di lavoro : Test 1 Bilancio idrico Test 2 Acque superficiali connesse Test 3 Ecosistemi terrestri dipendenti 12

13 Raccolta dati Dati piezometrici forniti da ARPA VdA coprono il periodo compreso tra il stazioni di monitoraggio 13

14 Raccolta dati Ai fini della valutazione dello Stato Quantitativo, le linee guida stabiliscono che le serie piezometriche per singolo pozzo devo: Coprire anni recenti monitoraggio mensile Requisiti ideali In alternativa Coprire 6 anni recenti 2 misure all anno Requisiti minimi 14

15 Anni 2000 Ovest Raccolta dati Dati piezometrici disponibili Piana d Aosta Piezometri 1 misura/anno 2-12 misure/anno misure/anno Est

16 Anni 2000 Ovest Raccolta dati Dati piezometrici disponibili Piana d Aosta Piezometri 1 misura/anno 2-12 misure/anno misure/anno Est 2017 Criticità: Poche serie soddisfano i requisiti delle linee guida! Serie piezometriche poco confrontabili per: Diversa frequenza di misura Diverso periodo di riferimento Diversa lunghezza della serie 16

17 Selezione dei dataset Riduzione dei requisiti per la definizione del DATASET piezometrico Requisiti minimi 6 anni di misure recenti 2 misure all anno Da 213 stazioni Requisiti ridotti Serie di almeno 4 anni Lunghezza almeno fino al 2014 Continuità anche parziale 64 stazioni di monitoraggio Area scoperta da dati 17

18 Fase A: Analisi dei dati Analisi tendenza dei livelli di falda sulle 64 serie disponibili Ricerca outliers Retta di regressione Test di Mann- Kendall Metodo statistico Metodo grafico Pendenza Variazione annua dei livelli piezometrici Significatività della tendenza ProUCL5.1 18

19 Carico (m s.l.m.) Ricerca outliers Retta di regressione Test di Mann- Kendall Fase A: Variazione annua dei livelli piezometrici Per ciascuna delle 64 serie piezometriche Grafici piezometria/tempo Retta di regressione Pendenza Variazione in metri/anno Lineare (Serie) y = -4E-05x

20 Ricerca outliers Retta di regressione Test di Mann- Kendall Fase A: Applicazione test di Mann-Kendall Test indicato dalle linee guida Stima quanto una serie storica si discosta da una serie ascendente (discendente) «perfetta» Confronta ogni dato della serie storica con tutti quelli che lo seguono, calcolando un parametro chiamato S n 1 S = n k=1 j=k+1 +1 se x j > x k sgn(x j x k ) con sgn x j x k = 0 se x j = x k 1 se x j < x k Test non-parametrico Basato sul ranking Ipotesi nulla H 0 : non esistenza del trend Vantaggi: utilizzabile anche con dati mancanti robusto rispetto agli outliers distribuzione normale non necessaria 20

21 Fase A: Applicazione test di Mann-Kendall Il p-value associato parametro S viene confrontato con α = 0.05 (significatività al 95%) Ricerca outliers Retta di regressione Test di Mann- Kendall rifiuto Ho, il trend è significativo accetto Ho, il trend non è significativo Livelli in diminuzione Livelli in aumento Livelli stabili Codice ente S p-value Pendenza Variazione (m/y) Trend Ao E Negativo Codice ente S p-value Pendenza Variazione (m/y) Trend Ao E Positivo Codice ente S p-value Pendenza Variazione (m/y) Trend Ao E Stabile 21

22 Carico (m s.l.m.) Carico (m s.l.m.) Carico (m s.l.m.) Ricerca outliers Retta di regressione Test di Mann- Kendall Fase A: Applicazione test di Mann-Kendall alcuni esempi gen-00 gen-01 gen-02 gen-03 gen-04 gen-05 gen-06 gen-07 gen-08 gen-09 gen-10 gen-11 gen-12 gen-13 gen-14 gen-15 gen-16 gen accetto Ho, il trend non è significativo Codice ente S p-value Pendenza Variazione (m/y) Trend Ao E Stabile rifiuto Ho, il trend è significativo Codice ente S p-value Pendenza Variazione (m/y) Trend Ao E Positivo 543 gen-00 gen-01 gen-02 gen-03 gen-04 gen-05 gen-06 gen-07 gen-08 gen-09 gen-10 gen-11 gen-12 gen-13 gen-14 gen-15 gen-16 gen rifiuto Ho, il trend è significativo Codice ente S p-value Pendenza Variazione (m/y) Trend Ao E Negativo gen-00 gen-01 gen-02 gen-03 gen-04 gen-05 gen-06 gen-07 gen-08 gen-09 gen-10 gen-11 gen-12 gen-13 gen-14 gen-15 gen-16 gen-17 22

23 Ricerca outliers Retta di regressione Test di Mann- Kendall Codice ente Inizio Fine S p-value Pendenza Variazione (m/y) Trend Jo02 dic-10 giu E No Ao07 apr-02 ott E Positivo Ao51 mar-03 giu E Negativo Ao09 apr-02 ago E No Ao46 gen-02 set E Negativo Ao53 mar-03 set E Negativo Ao06 apr-02 set E No Ao11 apr-02 set E Negativo Ao05 mag-06 set E No Ao12 apr-02 ago E No Ao61 mar-06 set E No Ao03 mag-06 lug E No Ao73 giu-09 set E No Ao32 gen-00 set E No Ao10 mag-06 ago E No Ch05 dic-10 set E No Ao19 feb-00 set E No Ao76 giu-12 set E No Ao68 dic-06 set E No Ao04 apr-02 set E No Ao91 mag-06 ago E No Ao23 mar-00 set E No Ao18 gen-00 set E No Ao35 gen-00 set E No Ao01 apr-07 ago E No Ao17 gen-00 set E No Ao20 gen-00 set E No Ao16 gen-00 set E No Ch01 apr-02 set E No Ao22 apr-02 set E Negativo Ao15 gen-00 set E Positivo Fase A: Applicazione test di Mann-Kendall alcuni esempi Codice ente Inizio Fine S p-value Pendenza Variazione (m/y) Trend Ao115 mag-08 set E Negativo Ao116 mag-08 set E Negativo Ao24 gen-00 ott E No Ao21 gen-00 set E No Ao55 mar-04 set E Positivo Ao14 gen-00 set E No Ao54 mar-04 giu E Positivo Po13 mar-04 set E Positivo Ao56 mar-04 set E Positivo Po02 ago-02 set E No Sc16 dic-10 set E Negativo Po34 dic-10 set E No Sc05 mar-04 set E No Sc08 gen-07 giu E No Po38 giu-11 set E No Po29 giu-09 giu E No Po35 giu-11 giu E No Qu10 apr-04 giu E No Sc11 gen-07 giu E No Br22 dic-10 dic E No Br23 giu-12 giu E No Br04 mar-05 dic E Positivo Br24 giu-12 giu E No Br21 lug-08 dic E No Br25 giu-12 giu E No Qu16 apr-07 giu E No Pn03 gen-07 dic E No Pn07 ago-10 dic E No Pn09 ago-10 dic E No Pn08 ago-10 dic E No Pn05 gen-07 dic E No 23 Pn06 gen-07 dic E No

24 Ricerca outliers Retta di regressione Test di Mann- Kendall Fase A: Applicazione test di Mann-Kendall Su 64 stazioni: 7 positiva 49 stabile 8 negativa 24

25 Ricerca outliers Retta di regressione Test di Mann- Kendall Fase A: Applicazione test di Mann-Kendall Su 64 stazioni: 7 positiva 49 stabile 8 negativa Tuttavia, data la generale stabilità sul lungo periodo.si è passati alla Fase B 25

26 Fase B: Calcolo del bilancio idrico L obiettivo di questa fase è valutare se: Risorse idriche disponibili (AGR) > Prelievi medi su lungo termine (LTAAQ)? Secondo le Linee Guida: AGR Available Groundwater Resources LTAAQ Long-Term Annual Avarage Abstraction Le linee guida non forniscono nessuna spiegazione su come ricavarli!!! 26

27 Fase B: Calcolo del bilancio idrico Secondo le Linee Guida: AGR Available Groundwater Resources LTAAQ Long-Term Annual Avarage Abstraction STATO QUANTITATIVO L obiettivo di questa fase è valutare se: Risorse idriche disponibili (AGR) > Prelievi medi su lungo termine (LTAAQ)? Se LTAAQ AGR Se LTAAQ AGR Le linee guida non forniscono nessuna spiegazione su come ricavarli!!! < 1 lo stato quantitativo è BUONO > 1 lo stato quantitativo è SCARSO 27

28 Jan-09 Feb-09 Mar-09 Apr-09 May-09 Jun-09 Jul-09 Aug-09 Sep-09 Oct-09 Nov-09 Dec-09 Jan-10 Feb-10 Mar-10 Apr-10 May-10 Jun-10 Jul-10 Aug-10 Sep-10 Oct-10 Nov-10 Dec-10 Jan-09 Feb-09 Mar-09 Apr-09 May-09 Jun-09 Jul-09 Aug-09 Sep-09 Oct-09 Nov-09 Dec-09 Jan-10 Feb-10 Mar-10 Apr-10 May-10 Jun-10 Jul-10 Aug-10 Sep-10 Oct-10 Nov-10 Dec-10 m/d Q (L/s) Fase B: Calcolo del bilancio idrico Dal modello numerico di flusso transitorio (2 anni) relativo all acquifero della Piana d Aosta (Stefania et al. 2018) è stato possibile estrarre dati relativ a: Ricarica (AGR) Alimentazione netta da fiume (AGR) Prelievi (LTAAQ) Recharge Mass balance Well pumping drinking pubblico industry privato Legend Simulated well Zone 1 NW Zone 2 Aosta Plain (W) Zone 3 NE Zone 4 SW Zone 5 Aosta Plain (E) Zone 6 SE

29 m 3 /giorno Fase B: Calcolo del bilancio idrico gen-09 feb-09 mar-09 INFLOW = AGR Ricarica Ricarica + Afflusso netto acque superficiali MAX ricarica per scioglimento nivale apr-09 mag-09 giu-09 lug-09 ago-09 set-09 OUTFLOW = LTAAQ Prelievi Prelievi ott-09 nov-09 AGR - LAATQ dic MAX ricarica per scioglimento nivale somma(2009) media(2009) gen-10 feb-10 mar-10 apr-10 mag-10 giu-10 lug-10 ago-10 set-10 ott-10 nov-10 dic-10 somma(2010) Si osserva che Nei mesi in cui la ricarica è minima, i prelievi non sono sostenibili (deficit) Nei mesi in cui ricarica è alta, questa supera i prelievi (surplus) Annualmente, la ricarica è sempre in grado di compensare i prelievi mentendo l acquifero in uno stato di surplus idrico media(2010) somma(2anni) media(2anni) surplus deficit 29

30 10 1 Fase B: Calcolo del bilancio idrico LTAAQ/AGR LTAAQ AGR < 1 BUONO LTAAQ AGR LTAAQ/AGR cambia mensilmente: > 1 SCARSO nei mesi di bassa ricarica (inverno e autunno) >1 STATO SCARSO nei mesi di alta ricarica (primavera e estate) 0.1 media(2anni) somma(2anni) media(2010) somma(2010) dic-10 nov-10 ott-10 set-10 ago-10 lug-10 giu-10 mag-10 apr-10 mar-10 feb-10 gen-10 media(2009) somma(2009) dic-09 nov-09 ott-09 set-09 ago-09 lug-09 giu-09 mag-09 apr-09 mar-09 feb-09 gen-09 <1 STATO BUONO LTAAQ/AGR su singolo anno o sui 2 anni: è SEMPRE <1 garantendo lo STATO quantitativo BUONO (secondo questo test) 30

31 Acque superficiali connesse Giudizi espressi ARPA VdA e AdbPo sulla valutazione dello stato chimico ed ecologico dei i corsi d acqua della regione Corpi idrici naturali Corpi idrici altamente modificati Lo stato quantitativo è BUONO (secondo questo test) dovute a modificazioni morfologiche in alveo e alle derivazioni superficiali non imputabili alla falda 31

32 Ecosistemi terrestri dipendenti Giudizi espressi da ISPRA e ARPA VdA nell ambito Strategia Nazionale per la Biodiversità e della Rete Natura 2000, Da cui emerge che: Esistono alcuni ecosistemi acqua dipendenti con stato di conservazione basso, tuttavia esso è causato dall antropizzazione non alla falda Zone umide: ZPS Les Iles di Saint-Marcel che appare in buono stato di conservazione Lo stato quantitativo è BUONO (secondo questo test) 32

33 Giudizio di stato quantitativo Il Test 1 Bilancio Idrico ha dato esito positivo (STATO BUONO) Il Test 2 acque superficiali connesse ha dato esito positivo (STATO BUONO) Il Test 3 ecosistemi connessi ha dato esito positivo (STATO BUONO) Lo stato quantitativo dell acquifero della Piana d Aosta è risultato BUONO in accordo con quanto definito dalle linee guida 33

34 Conclusioni Le linee guida non sono direttamente applicabili in modo rigoroso Requisiti ideali e minimi ulteriormente ridotti Solo 63 stazioni (su 213) sono risultate idonee, lasciando scoperte alcune aree della piana Nessuna indicazione di dettaglio è fornita sulla stima del bilancio idrogeologico Ai fini della valutazione futura dello stato quantitativo, risulta prioritario: ottenere serie piezometriche confrontabili frequenza di misura almeno stagionale coprire le aree attualmente prive di dati tuttavia, sulla base dei dati disponibili è stato comunque possibile giungere ad un giudizio di stato quantitativo BUONO! Raccomandazioni 34

35 Grazie per l attenzione 35