CAP La gestione sostenibile delle risorse idriche sotterranee: approcci metodologici e strumenti operativi 17 Novembre 2016

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1 CAP La gestione sostenibile delle risorse idriche sotterranee: approcci metodologici e strumenti operativi 17 Novembre 2016 Interferenze tra rete idrografica e circolazione idrica sotterranea: corretta attribuzione dei contributi quantiqualitativi derivati da corsi d acqua e canali irrigui. DICA-Dipartimento di Ingegneria Civile e Ambientale, L. Colombo, M. Cantone

2 Bacino Ticino-Adda Il Bacino Ticino-Adda (ATB) è un settore della Pianura Padana ricco di acque sia superficiali che sotterranee. Nella quantificazione e gestione delle risorse idriche sotterranee l aspetto riguardante gli scambi idrici tra questi corpi è indispensabile in quanto: I principali corpi idrici superficiali definiscono i limiti fisici del bacino su gran parte dei suoi confini condizionando fortemente il flusso idrico sotterraneo Il capillare sistema irriguo, che copre i ¾ del bacino, rappresenta un importantissima sorgente di ricarica per la falda freatica

3 Bacino Ticino-Adda: modello di flusso Nell ambito dello sviluppo PTA nel 2003 (ATB 1.3_01) e successivamente nel progetto PLUMES ( ) è stata condotta mediante MODFLOW la modellazione matematica del flusso idrico per i 3 acquiferi principali A, B e C (ATB 1.2_15) Il modello vuole rappresentare la base comune tra Regione ed Enti Gestori per l ulteriore sviluppo ed aggiornamento della modellazione matematica nel Bacino Ticino-Adda. CAP e Politecnico stanno collaborando per l implementazione comune di un modello con il codice FEFLOW 100x100 -Discretizzazione orizzontale. 100x100 m 400x100 m bassa pianura lodigiana -Discretizzazione verticale 5 layers -Numero totale di celle attive x100

4 Modello concettuale 4 Unendo l esperienza modellatoria del PoliMi, i dati stratigrafici ed idrochimici di CAP e lo studio isotopico condotto dall Università La Sapienza è possibile migliorare il modello concettuale alla base della circolazione idrica sotterranea e sempre meglio quantificare degli scambi idrici tra i diversi acquiferi e con i corpi idrici superficiali Zoom Area Milanese

5 Modello ATB: i fiumi principali 5 Fiume Ticino, Adda e Po Simulati tra condizione Dirichelet 4 idrometri sul fiume Adda 4 idrometri sul fiume Ticino 2 idrometri sul fiume Po Dati relativi a maggio 2014

6 Modello ATB: i fiumi minori 6 Fiume Olona Seveso e Lambro Simulati tra condizione Cauchy 4 idrometri sul fiume Lambro 2 idrometri sul fiume Seveso 2 idrometri sul fiume Olona Dati relativi a maggio 2014

7 Modello ATB: irrigazione 7 La stima degli apporti irrigui si è basata su lavori a scala locale compiuti nelle aree del Consorzio Villoresi, dell idroscalo di Milano e del Consorzio Muzza

8 m/s Modello ATB: irrigazione 8 Conoscendo le portate dei canali secondari (derivatori del Villoresi) e le rispettive aree di competenza irrigue è possibile calcolare mese per mese i quantitativi distribuiti per scorrimento durante il periodo irriguo (aprile-settembre) 2,50E-07 2,00E-07 1,50E-07 1,00E-07 5,00E-08 Cavo Marocco Roggia Renata Roggia Arzona, Casati Loreto, Sansona-Ciocca, Canale Adduttore B, Irrigue non note Roggia Volpina Landriana 0,00E+00-5,00E-08-1,00E stress period Roggia Calchera Ottolina - Seminario urbanizzato laghi

9 Modello ATB: irrigazione 9 Lo studio di maggior dettaglio è stato compiuto dal PoliMi per la Provincia di Milano nell area irrigua della Martesana circostante l Idroscalo L accurata stima degli apporti irrigui, della tipologia di uso del territorio e la modellazione in transitorio del periodo ha permesso di ottenere una buona calibrazione del modello e di stimare l efficienza irrigua: MILANO Nel settore nord delle are irrigue dove i terreni sono più grossolani anche in superficie, il 60-70% del volume distribuito dalla rete irrigua s infiltra nel sottosuolo

10 Modello ATB: statistiche di calibrazione 10 Statistiche generali Residual Mean Absolute Residual Mean 1.51 Residual Std. Deviation 2.23 Sum of Squares RMS Error 2.25 Min. Residual Max. Residual 8.65 Number of Observations Range in Observations Scaled Residual Std. Deviation 0.01 Scaled Absolute Residual Mean 0.01 Scaled RMS Error 0.01 Scaled Residual Mean 0.00

11 Modello ATB: piezometria Acquifero A 11

12 Modello ATB: piezometria Acquifero B 12

13 Modello ATB: piezometria Acquifero C 13

14 Modello ATB: scambi idrici fiume-falda 14 Olona 8 m 3 /s Ticino 23 m 3 /s Lambro 6 m 3 /s? Adda 17 m 3 /s Po 7,6 m 3 /s

15 Modello ATB: scambi idrici fiume-falda 15 Ticino: drena lungo tutto il percorso I restanti fiumi sono in equilibrio con la falda del Gruppo acquifero B

16 Modello ATB: bilancio idrico 16 Il modello matematico ha permesso di rivedere gli scambi esistenti tra corpi idrici superficiali e acque sotterranee e di valutare le componenti della ricarica agli acquiferi Bilancio generale m 3 /s descrizione Inflow Outflow Recharge 68, Constant Head 31,386 53,736 River 4,050 18,782 Well ,728 TOTAL 104, ,245 ERROR Fiumi (m 3 /s) Inflow (m3/s) outflow (m3/s) Ticino Adda Seveso Po Olona a Nord di Legnano Olona a Sud di Legnano Lambro a Sud di Milano FLUSSI ENTRANTI : - RICARICA VERTICALE CONTRIBUISCE AL 65% - CONDIZIONE AL CONTORNO A NORD DEL MODELLO CONTRIBUISCE AL 30% - 5% è L APPORTO DI RICARICA DATO DAI FIUMI FLUSSI USCENTI: - 10 % DEFLUSSO DAL LIMITE S-E DEL MODELLO VERSO I BACINI A VALLE - 30% DI ESTRAZIONE DEI POZZI PUBBLICI/PRIVATI - 60% SONO LE USCITE VERSO I FIUMI FIUMI: - I CONFINI EST (ADDA 17%), OVEST (TICINO 22%) E SUD (PO, 7%) DRENANO L ACQUIFERO - AZIONE DRENANTE TRATTO OLONA A NORD DI MILANO CIRCA 8% - DRENANZA DEL FIUME LAMBRO MERIDIONALE PARI A CIRCA 6% - INDIFFERENTI I FIUMI SEVESO, LAMBRO, OLONA NEL RESTO DEL BACINO

17 SVILUPPI FUTURI?

18 Consorzio Villoresi: valutazione ricarica I Dirr calcolati a nord del Canale Villoresi non rappresentano oscillazioni legate alle attività irrigue (il Villoresi viene assunto come limite tra pianura asciutta e pianura irrigua) I valori più elevati si trovano nelle porzioni più orientali ed occidentali dell area (irrigata con acque derivate dal canale principale Villoresi) Nella fascia di territorio a Nord di Milano, dove la densità della rete è nettamente minore, Dirr mostra valori più ridotti I valori di Dirr diminuiscono spostandosi verso Sud

19 Modello dell Alto Lodigiano ESTRAZIONE DI UN MODELLO PILOTA NELL AREA DELL ALTO LODIGIANO A PARTIRE DAL MODELLO TICINO-ADDA Milano Bacino Ticino- Adda Lodi Molti studi sono stati effettuati sulla gestione della rete irrigua del Consorzio Muzza- Bassa Lodigiana dal DEIB-PoliMi, in collaborazione con il Dipartimento di Agraria dell Università degli Studi, finalizzati con l implementazione di un modello di gestione delle acque del bacino idrico del Lago di Como, integrato con un modello (IdrAgra, Dip.Agraria UNIMI) in grado di simulare un sistema irriguo complesso.

20 Modello dell Alto Lodigiano Lo scopo finale della ricerca in corso è quello di utilizzare un approccio integrato acque superficiale-acque sotterranee a scala di consorzio, accoppiando il modello di gestione del sistema irriguo con la modellazione numerica di flusso sotterranea. L area dell Alto Lodigiano rappresenta un primo test della metodologia DOMINIO DEL MODELLO Il modello di flusso realizzato si estende su una larga parte del consorzio irriguo Muzza Bassa Lodigiana(230 km 2 con discretizzazione 20 x 20 m) L A M B R O A D D A

21 Modello dell Alto Lodigiano Nord 107 m a.s.l. 60 m a.s.l. 53 m a.s.l. Discretizzazione verticale A Sud 78 m a.s.l. Retta di calibrazione (in stazionario su base della piezometria Regione Lombardia Aprile 2014) 9 m a.s.l. -17 m a.s.l. B -5 m a.s.l. Condizioni al contorno -79 m a.s.l. Calibrazione automatica (PEST con pilot points) del campo di conducibilità idraulica River fiume Lambro GHB (lati nord, sud e ovest) CH- fiume Adda Well infiltrazione canale Muzza con rateo di 7.7*10-6 m/s (stimato con formula US Bureau of Reclamation Kraatz, 1971) K (m/s) Layer 3.0* *10-5

22 Modello dell Alto Lodigiano Validazione: modello transitorio di 10 anni ( ) Come parametro di ingresso è implementata la ricarica variabile mensilmente, calcolata dal modello IdrAgra (Dipartimento di Ingegneria Agraria sezione Idraulica, Università degli Studi di Milano), utilizzando i dati storici di rilascio dall Adda al Canale Muzza a Cassano d Adda e i dati meteo storici delle stazioni di Landriano, Sant Angelo Lodigiano e Rivolta d Adda Come target per la validazione del modello vengono utilizzate misure di quota della falda con frequenza almeno trimestrale tra il 2004 e il 2013, provenienti dal database SIA della Provincia di Milano e dai database della Provincia di Lodi

23 Modello dell Alto Lodigiano Scenari predittivi: «irrigazione Invernal Richiesta d acqua delle colture di mais (FAO website) Regime di precipitazione medio giornaliero Lodi (anno medio calcolato sul periodo ) I sistemi di irrigazione necessitano di una specifica distribuzione di risorse idriche lungo la stagione irrigua, in base alla richiesta d acqua per la crescita delle diverse colture. L ACQUIFERO VIENE RICARICATO ATTRAVERSO PERCOLAZIONE DALL ALVEO DEI CANALI IRRIGUI IN TERRA NEL PERIODO INVERNALE (OTTOBRE-MARZO). QUESTO PERMETTE DI INCREMENTARE IL VOLUME IDRICO NELL ACQUIFERO SUPERFICIALE, IN MODO CHE POSSA ESSERE SFRUTTATO NEL PERIODO DI CRESCITA DELLE COLTURE Tuttavia durante il periodo invernale vi è grande disponibilità idrica che potrebbe essere convogliata nei canali irrigui DIMINUZIONE DELLA DISTANZA TRA LIVELLO PIEZOMETRICO ED AREA DI INFLUENZA DELLE RADICI DELLE COLTURE, CON INCREMENTO DEL CONTENUTO D ACQUA DEL SUOLO E MINORE NECESSITA DI IRRIGAZIONE DIRETTA INCREMENTO DEL VOLUME D ACQUA IN ACQUIFERO, UTILIZZABILE TRAMITE ESTRAZIONE PER L IRRIGAZIONE CON MITIGAZIONE DEGLI EFFETTI NEGATIVI DEI PERIODI SICCITOSI SULLA CRESCITA DELLE COLTURE

24 Interpolated zones of recharge Modello dell Alto Lodigiano Scenari predittivi: «irrigazione Invernale» Implementazione dei canali irrigui principali, secondari e terziari del Consorzio Muzza (condizione al contorno «well») per la simulazione dei volumi idrici che si infiltrano in falda attraverso gli alvei dei canali, in caso di «irrigazione invernale» Coefficienti di perdita (al metro lineare) dagli alvei dei canali stimati attraverso il modello IdrAgra.

25 Conclusioni A scala di bacino i fiumi principali svolgono principalmente un ruolo di drenaggio delle acque sotterraneo Ridotto è l apporto in termini di alimentazione (5%) verso gli acquiferi La qualità della acque sotterranee solo localmente può essere influenzata da tali scambi idrici Viceversa i fiumi possono subire una contaminazione da parte degli acquiferi (es. nitrati) L irrigazione svolge un ruolo chiave nell alimentazione delle acque sotterranee La rete irrigua costituisce un importante infrastruttura che deve essere conservata perché in futuro potrebbe essere un importante strumento per controllare i livelli piezometrici Una più dettagliata conoscenza dei volumi irrigui distribuiti e dei quantitativi utilizzati dalle culture permetterà in futuro di migliorare i modelli di flusso e la loro capacità predittiva

26 fine

27 MODELLO CONCETTUALE 27 Costruito sulla base di 98 sezioni stratigrafiche e dati stratigrafici derivanti da DB Arpa, Carg e SIF. Confronto con la bibliografia esistente

28 PIEZOMETRIA SUPERFICIALE CAMPAGNA DI MAGGIO

29 PIEZOMETRIA PROFONDA CAMPAGNA DI MAGGIO