Monitoraggio e modellazione delle risorse idriche sotterranee nel territorio ibleo

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1 UNIONE EUROPEA Monitoraggio delle risorse idriche sotterranee ed interventi per il controllo dell intrusione marina e per la riduzione dell inquinamento da attività agricole Progetto co-finanziato dall Unione Europea Fondo Europeo di Sviluppo Regionale Progetto co-finanziato mediante fondi nazionali a carico del fondo di rotazione Monitoraggio e modellazione delle risorse idriche sotterranee nel territorio ibleo Ing. Feliciana Licciardello Università degli Studi di Catania Prof. Simona Consoli - Università degli Studi di Catania Prof. Giuseppe Cirelli CSEI Catania flicciar@unict.it Ragusa, 14 ottobre 2013

2 UNIONE EUROPEA Monitoring area in Sicily Ragusa province Ragusa, 14 ottobre 2013

3 UNIONE EUROPEA Introduction In the Ragusa Province the integrated and sustainable management of water resources is fundamental for socio-economic development. In these areas a worrying deterioration in the quality and quantity of water resources over the last decade is evident. Major concerns 1. The fertilizers and pesticides used in agricultural practices can reach the aquifers causing contamination. 2. Moreover, an over-exploitation of groundwater causes, especially in coastal areas, seawater intrusion and then the salinization of groundwater. Ragusa, 14 ottobre 2013

4 UNIONE EUROPEA Groundwater vulnerability map by nitrates from agricultural sources Sicilian Region, The identification of nitrate vulnerable zones was carried out by considering the factors that interact with the contaminants: - lithological and hydrogeological characteristics of the subsoil - soil types as potential filters - climatic conditions; - human factors Ragusa, 14 ottobre 2013

5 Geological and hydrological background UNIONE EUROPEA Hyblean Plateau 4500 km 2 (tabular plateau of Tertiary limestone formations and a flatter coastal area with recent alluvian deposits) In the western part of the Hyblean Plateau an aquifer hosted within calcarenites at a depth of m is overlapped onto an impermeable marl formation (deep aquifer lying in the Miocene limestone) A hydraulic connection is maintained by the presence of several faults Piezometric contours indicate that the groundwater flow direction is preferentially radial, departing from higher topographical areas towards the marginal ones Ragusa, 14 ottobre 2013

6 Monthly precipitation and temperature ( ) UNIONE EUROPEA Scicli station Coastal area Mean T C Mean P 450 mm/year Precipitation (mm) Feb-09 Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec 10-Jan Feb Mar Apr May Jun Jul

7 Wells map of the Ragusa province UNIONE EUROPEA Density 15 wells/km 2 Volume 245 x 10 6 m 3

8 UNIONE EUROPEA Environmental state of the Iblean hydrological basin The activity of survey has shown strong anthropogenic pressures present in the smal basins between Irminio and Scicli and in particular in the Modica Scicli stream. This has not been considered a significant body of water so you do not know the environmental state. Corpo idrico Stato Stato Tipologia dello stato Stato Chimico quantitativo ambientale ambientale Lentinese 2 B 2B Buono Piana di Augusta- 4 C 4C Scadente Priolo Piana di Vittoria 4 C 4C Scadente Ragusano 2 B 2B Buono Siracusano meridionale Siracusano nordorientale Based on D.L. 152/ B 2B Buono 2 B 2B Buono

9 UNIONE EUROPEA Monitoring network in the Ragusa Province - locations

10 UNIONE EUROPEA Monitoring network in the Ragusa Province main characteristics Rete Codice stazioni Stazione Coordinate cartografiche metri_nord metri_est Dati disponibili monitoraggio manuale Rete Unict Rete Arpa A A A A A A A B1 Pozzo Cannata B2 Pozzo Dammuso B3 Pozzo Carnemolla B4 Pozzo Manenti B5 Pozzo Petraro B6 Sorgente Mariotta B7 Sorgente Salto di Lepre B8 Sorgente Santa Maria La Nova B9 Sorgente Polla Feb Dic 2011 Giu Set 2011 Rete Codice stazioni Stazione Coordinate cartografiche metri_nord metri_est Dati dsponibili monitoraggio con sonda multiparametrica Rete MO.RI.SO. Rete prov. RG A A A A Donnalucata Chiaramonte Vittoria Focallo S.Giacomo Scicli Ragusa A.S.I S.Croce Camerina Ott oggi Feb oggi

11 Geological map of Donnalucata implemented in the MORISO project (1:10000) A12 A13 A10 A2 A11

12 UNIONE EUROPEA Location of the environmental wells in Donnalucata

13 Unione Europea Main parts of the monitoring system in Donnalucata 1. Multiparametric probe inserted in the wells PVC multiparametric probe (ø70mm) for water quality measurements (each 12 h) of Water level, Temperature, Electrical Conductivity, ph, Redox, Dissolved oxigen.

14 Main parts of the monitoring system 2. Monitoring station Unione Europea Perforazione A12 Well A12 Station A10

15 Unione Europea Main parts of the monitoring system 3. Datalogger Station with datalogger to record water quality data (Well A13)

16 Software to manage measure data: SUNFLOWER Unione Europea Dati degli 8 pozzi gestiti dalla Provincia di RG accessibili anche da SUNFLOWER e viceversa Applicativo Web per la gestione completa della rete dati in telemisura a Donnalucata. Le stazioni periferiche, trasmettono i dati con una cadenza di 12 ore, nell area FTP locale del PC centrale localizzato nella sede della Provincia di Ragusa nel quale è stato installato il Web server ed il database (DB) configurato per ospitare i dati di tutte le stazioni. I files presenti in tale area (una normale cartella).

17 Monitoring results_1 Unione Europea A Electrical Conductivity (ms) Monthly Precipitation (mm); Water Depth (from ground) (m) ott-12 nov-12 dic-12 gen-13 feb-13 mar-13 apr-13 mag-13 giu-13 lug-13 ago-13 set-13 Monitoring period (days) Monthly Precipitation Electrical Conductivity Water Table (depth from gropund level) Water depth (m from ground): (17/01/2013) (09/07/2013) Electrical Conductiivity (ms): (08/02/2013) (10/07/2013)

18 Monitoring results_2 Unione Europea A10 A ott-12 nov-12 dic-12 gen-13 feb-13 mar-13 apr-13 mag-13 giu-13 lug-13 ago-13 set-13 Monitoring period (days) Electrical Conductivity (ms) Monthly Precipitation (mm); Water Depth (from ground) (m) Monthly Precipitation Electrical Conductivity Water Table (depth from gropund level) Electrical Conductivity (ms) Monthly Precipitation (mm); Water Depth (from ground) (m) ott-12 nov-12 dic-12 gen-13 feb-13 mar-13 apr-13 mag-13 giu-13 lug-13 ago-13 set-13 Monitoring period (days) Monthly Precipitation Electrical Conductivity Water Table (depth from gropund level) A Electrical Conductivity (ms) Monthly Precipitation (mm); Water Depth (from ground) (m) ott-12 nov-12 dic-12 gen-13 feb-13 mar-13 apr-13 mag-13 giu-13 lug-13 ago-13 set-13 Monitoring period (days) Monthly Precipitation Electrical Conductivity Water Table (depth from gropund level)

19 Unione Europea Geographic Information System to manage water resources

20 Unione Europea Water balance at basin scale by Thornthwaite and Mather (1955, 1957)_1 The water balance method was used to predict the soil infiltration rate. The chosed method developed by Thornthwaite and Mather at monthly scale. It is based on an empirical formula to compute the potential evapotranspiration (PET). The PET is recognized as the environmental demand for ET and it represents the rate at which crops are undergoing ET. In other terms, PET characterizes the energy available to transform water into vapor and the wind available to transport water vapor from the ground to the lower atmosphere. So the main inputs are: -Precipitation -Temperature - Awailable water capacity

21 Water balance at basin scale by Thornthwaite and Mather (1955, 1957)_2 Unione Europea Digital Elevation Model of the Iblean Plateau 9 hydrological basins in the Ragusa Province P, T, ET ( ) Available Water Capacity Wells abstractions Soil AWC = 50 mm)

22 Unione Europea Water balance results in the 9 basins of the Ragusa Province ( ) bacini infiltrazione m 3 Afflussi m 3 Prelievi acque sotterranee m 3 Bilancio m 3 acate ippari acate e ippari ippari e irminio irminio irminio e scicli scicli scicli e capo passero tellaro tot

23 Unione Europea Mean monthly water table maps in Donnalucata Ottobre ( ) Gennaio ( ) Sources: MORISO project and Ragusa Province

24 Unione Europea Mean monthly electrical conductivity maps in Donnalucata Ottobre ( ) Gennaio ( ) Sources: MORISO project, Ragusa Province and ARPA DAP Ragusa

25 Water quality surveys at different depths with Malta Resources Authority Unione Europea A10 A11 A12 A13

26 Unione Europea Mean annual nitrate and pesticide maps in Donnalucata area Sources: ARPA report and firts result of MORISO project (for nitrate)

27 Modelling exercise in Donnalucata Unione Europea MODFLOW MODEL GWV5 SHAPE FILE OF THE DONNALUCATA AREA IMPORTED IN THE MODELLING PLATFORM POLYGON FORMAT GRID 50 x 35 x 3 grid MODEL BOUNDARIES -40m to 10m ET = 65% Annual Precipitation Recharge = 20 % Annual Precipitation Free water surface Aquifer Impermeable layer

28 Properties of the aquifer in Donnalucata Unione Europea Parametro Value Kx 1.0 E -5 m/s Ky 1.0 E-5 m/s Kz 1.0 E -6 m/s Specific Storage (Ss) 1.64 E -4 /m Specific Yield (Sy) 0.33 Effective Porosity 0.45

29 Boudaries Conditions_1 Unione Europea (i) Condizione di carico idraulico costante in corrispondenza della linea di costa: (ii) Condizione di carico idraulico costante in corrispondenza del mare: (iii) Condizione di assenza di flusso allo strato impermeabile che rappresenta le marne della formazione Tellaro (iv) Condizione di assenza di flusso a tutte le celle che si trovano a sinistra e a destra della conoide (I e del II layer);

30 Boudaries Conditions_2 Unione Europea (v) Ricarica: a tutte le celle in corrispondenza dello strato più in alto della conoide viene assegnata una condizione a contorno di flusso costante pari al 20% della pioggia annua (500 mm/anno) (vi) Ricarica: una ricarica pari al doppio di quella assegnata all area della conoide, viene assegnata all area occupata dalla fiumara Modica-Scicli FIRST RUN OF MODFLOW PIEZOMETRIC HEAD VALUES THAT ARE THE INPUT FOR SEAWAT MODEL

31 Application of SEAWAT MODEL Unione Europea La concentrazione dell acqua di mare in corrispondenza della linea di costa e di tutte le celle che rappresentano il mare è fissata pari a mg / l. Questa condizione viene assegnata a tutte le celle corrispondenti in tutti i layers

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33 Unione Europea Utilizzo di acque salmastre per usi irrigui Obiettivi specifici del WP5 - verificare la risposta vegetativa e fisiologica del lampone irrigato con acque aventi differenti livelli di salinità ed individuazione della soglia massima di tolleranza - monitorare gli effetti delle condizioni colturali sulla fisiologia delle piante e sulla differenziazione a fiore delle gemme - evidenziare gli effetti della salinità dell acqua sui parametri quali-quantitativi e di shelf life della produzione Campo sperimentale presso c.da Perciata (Vittoria)

34 Unione Europea Sperimentazione condotta Piano delle attività Cultivar: Erika/ Amira Trapianti: 06 settembre 2012 (Erika) 27 settembre 2012 (Amira) Densità: 4 piante/m Tecnica di coltivazione: fuori suolo Substrato: torba Fertirrigazione Acqua osmotizzata (LEC 650 µs/cm)/acqua salina (HEC 1350 µs/cm) Portata irrigatori: 2 litri/ora Turni: 7/giorno Tempo di adacquata: 90 s RISULTATI DURANTE IL WORKSHOP DEL 15 OTTOBRE!

35 Thanks for your attention! Gli autori ringraziano l ing. Corallo, l ing. Cianciolo, il dott. Cataudella, il dott. Buonmestieri, e il dott. Quaranta della Provincia di Ragusa