I nuovi strumenti previsionali

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1 I nuovi strumenti previsionali Andrea Chahoud Arpae

2 Modelli acque sotterranee: cosa fanno? Modello di flusso acque sotterranee Ricostruisce le complesse dinamiche del moto dell acqua nel sottosuolo in rapporto alla capacità di ricarica del sistema (pioggia, rapporti falda-fiume) ed al suo sfruttamento (prelievi). In Output fornisce la distribuzione del carico idraulico ed i bilanci di massa nello spazio e nel tempo. In regime transitorio permette la valutazione delle variazioni di immagazzinamento di acqua all interno del sistema. Modello di trasporto (ad es. nitrati) Calcola l evoluzione nello spazio e nel tempo della concentrazione dei nitrati. Effettua i bilanci di massa. Modello di subsidenza Calcola la compattazione dei sedimenti in funzione delle variazioni nel tempo del carico idraulico. In Output calcola l abbassamento del suolo e sua evoluzione nello spazio e nel tempo.

3 Fasi di sviluppo e utilizzo del modello 1. Costruzione 2. Calibrazione COSTRUZIONE DEL MODELLO definizione del modello concettuale, della geometria e della struttura del sistema; parametrizzazione del modello; definizione delle condizioni al contorno; dati piezometrici; dati sui fiumi; dati sui prelievi; dati sulle ricariche. 3. Utilizzo GESTIONE DEL MODELLO 4.Aggiornamento/ Verifica aggiornamento dei dati (prelievi, ricariche, fiumi) per prolungare il periodo di simulazione coperto dal modello; eventuale acquisizione di nuovi dati strutturali/litologici; continua riverifica del modello in funzione delle nuove osservazioni disponibili (dati piezometrici).

4 Due approcci a diversa scala spaziale Modello di flusso delle acque sotterranee della Regione Emilia- Romagna, realizzato a supporto del primo Piano di Tutela delle Acque: Prima implementazione: negli anni 2000, Aggiornamenti successivi: negli anni 2006, 2009 e Attualmente il modello copre l arco temporale (10 anni). Modelli di maggior dettaglio (conoide o insiemi di conoidi) Sviluppo di modelli a scala di maggior dettaglio finalizzati alla gestione della risorsa idrica sotterranea anche in relazione a specifiche problematiche locali : elevati prelievi di acque sotterranee, presenza di nitrati, subsidenza. Tra questi il modello Reno, il modello Marecchia, ed il modello delle Conoidi modenesi hanno subìto, dopo l implementazione iniziale, diversi aggiornamenti con scale temporali e con frequenze diverse. Tutte le attività sono state sviluppate all interno di progetti finanziati principalmente dalla Regione Emilia-Romagna (Servizio Tutela e Risanamento Risorsa Acqua, Agenzia Regionale di Protezione Civile, Servizio Difesa del Suolo e della Costa) ma anche da altri Enti (AdB, Hera Rimini, Atersir).

5 Modelli disponibili e loro aggiornamenti Modello di flusso Modello associato Prima implementazione Aggiornamenti Periodo calibrazione EMIRO-II- Regionale 2003 Nitrati Conoide del Reno 2005 Subsidenza Conoide del Marecchia 2006 Nitrati Dal 2007 ad oggi EMIRO-II- Modena 2013 Nitrati (in corso) In corso EMIRO-II- Costa Acquiferi FC-RA 2010 Subsidenza

6 Alcuni esempi riguardo alla gestione del modello successivamente alla prima implementazione ed al mantenimento della funzionalità/operatività del modello numerico nel tempo al continuo ciclo di aggiornamento e verifica del modello numerico finalizzato al suo miglioramento alla capacità del modello di adeguarsi alle nuove conoscenze idrogeologiche/necessità operative alle specifiche modalità di utilizzo del modello in funzione dell obbiettivo dell analisi richiesta all utilizzo del modello con simulazioni di scenario e confronto comparativo dei risultati alla necessità di fornire una rappresentazione dei risultati in maniera semplice ed efficace al conseguente supporto tecnico verso i decisionmakers 1. Costruzione 2. Calibrazione 3. Utilizzo 4.Aggiornamento/ Verifica

7 Esempio 1 : il modello regionale (EMIRO II), cronologia eventi prima implementazione del modello numerico di flusso delle acque sotterranee (regime permanente) come trasposizione del modello concettuale definito per il PTA primo aggiornamento del modello di flusso con passaggio al regime di moto transitorio (anni ). Implementazione del modello di trasporto REGIONALE aggiornamento del modello di flusso (dati ) aggiornamento del modello di flusso (dati ) Valutazione delle scelte operative per la realizzazione del modello: dal modello regionale a quello locale LOCALE

8 Il modello regionale Emiro II Corpi idrici Rete di Monitoraggio prelievi di acque sotterranee (Mm3) Modello numerico anno Prelievi Il contesto territoriale rofondità (m) numero di pozzi irrigui Classe di p >440 precipitazioni, drenaggio (mm) T1 T2 T3 PC PR RE MO BO RA FC RN FE Drenaggio (RCH) Conoidi Samoggia - Reno-Lavino - libero T4 T5 T6 T7 T8 T9 T10 T11 Idrogeologia/struttura T12 T13 T14 T15 T16 T17 T18 T19 T T21 T22 T23 T24 Stress period (trimestri) - anni Precipitazioni Conoidi Samoggia - Reno-Lavino - libero T25 T26 T27 T28 T29 T30 T31 T32 T33 T34 T35 T36 T37 Ricariche T38 T39 T40

9 Il modello regionale Emiro II: analisi del bilancio idrogeologico nel tempo Immagazzinamenti netti per i corpi idrici sotterranei di conoide Conoidi libere Conoidi confinate superiori Conoidi confinate inferiori Volumi di acq qua cumulati nel tem mpo Immagazzinamenti cumu ulati (Mm3) T1 T2 T3 T4 T1 T2 T3 T4 T1 T2 T3 T4 T1 T2 T3 T4 T1 T2 T3 T4 T1 T2 T3 T4 T1 T2 T3 T4 T1 T2 T3 T Anni/Trimestri FASE DI ACCUMULO FASE DI PERDITA FASE DI ACCUMULO Portate medie per perio odo 3/s) Immagazzinamenti (m Totale - Conoidi libere Totale - Conoidi confinate superiori Totale - Conoidi confinate inferiori Valore medio Valore medio Valore medio Periodo 1 (gen04-mar06) Periodo 2 (apr06-dic07) Periodo 3 (gen08-dic11)

10 Il modello regionale Emiro II: analisi del bilancio idrogeologico nello spazio CORPI IDRICI SOTTERRANEI Il modello regionale viene ritagliato sulla base delle geometrie dei corpi idrici; viene applicato lo strumento del WATER BUDGET; i principali termini del bilancio idrogeologico sono organizzati all interno di uno schema di flusso. R: RICARICA W: PRELIEVI S: VARIAZIONE IMMAGAZZINAMENTI (m 3 /s) SOVRAPPOSIZIONE DEL MODELLO NUMERICO FREE AND UPPER CONFINED AQUIFERS FREE AND LOWER CONFINED AQUIFERS FREE AQUIFERS CONFINED UPPER AQUIFERS CONFINED LOWER AQUIFERS PLAIN AQUIFERS Samoggia-Ghironda-Reno-Lavino Portate medie per periodo

11 Esempio 2: il modello della Conoide del Marecchia Il contesto territoriale Monitoraggio NIP 1 ADRIATIC SEA Idrogeologia/struttura FIUME MARECCHIA RIDRACOLI DAM CONCA DAM CONOIDE MARECCHIA level, m A.M.S.L Falde riminesi (24%) Altre fonti sotterranee (8%) Diga di Ridracoli (48%) Ye ar Prelievi Altre fonti superficiali (20%) Consumi acquedottistici della Romagna (dato medio , fonte Hera Riimini) Ricariche Modello numerico

12 Esempio 2 : il modello della conoide del Marecchia, cronologia eventi nasce all interno dello Studio della conoide alluvionale del fiume Marecchia: analisi qualiquantitativa a supporto della gestione sostenibile della risorsa idrica primo aggiornamento e attualizzazione del modello (collaborazione con Hera Rimini). Supporto alla gestione operativa dei campi pozzi Hera durante il periodo di scarsità idrica 3 4 dell estate di quello stesso anno aggiornamento continuo a supporto della previsione e gestione delle emergenze idriche per il territorio della Romagna. (Gruppo di lavoro siccità) 2008 utilizzo per la valutazione gli effetti sulle acque sotterranee di un possibile intervento di ricarica artificiale della falda. Nel 2014 la Regione Emilia-Romagna (Servizio Geologico e Servizio Tutela e Risanamento risorsa acqua) ha avviato la fase di sperimentazione della ricarica artificiale della conoide del Marecchia dando così continuità al precedente studio di fattibilità supporto modellistico alla sperimentazione in atto. Approfondimenti specifici sono in corso per migliorare la modellazione della dinamica di interazione falda-fiume-lago di ricarica.

13 Il modello della Conoide del Marecchia: supporto gestione crisi idrica Analisi del bilancio: gli immagazzinamenti d acqua Im mmagazzinamenti netti cumulati da settembre 2007( Mm 3 ) R Pmed R Pmed R Pmed Aggiornamento del modello Anno R 95 Pmax-Pmed R 05 Pmed-Pmin R 33-Pmax R 66-Pmin Immagazzinamenti netti cumulati scenari 2011 Anno 2009 Anno Previsione Scenari di riferimento gen-11 feb-11 mar-11 apr-11 mag-11 giu-11 lug-11 ago-11 set-11 ott-11 nov-11 dic Immagazzinamenti netti cumulat ti da gennaio 2011 (Mm 3 ) Aggiornamento del modello fino a dicembre simulazioni di scenario su diverse condizioni di ricarica e prelievo (2011) Aggiornamento del modello fino a maggio 2011 previsione meteorologica stagionale per i tre mesi successivi (maggiormente probabile intervallo percentile)

14 Il modello della Conoide del Marecchia: supporto gestione crisi idrica Im mmagazzinamenti netti cumulati da settembre 2007( Mm 3 ) Analisi del bilancio: gli immagazzinamenti d acqua R Pmed R Pmed R Pmed Aggiornamento del modello Anno R 95 Pmax-Pmed R 05 Pmed-Pmin R 33-Pmax Immagazzinamenti netti cumulati scenari 2011 Anno 2009 Previsione Aggiornamento del modello Scenari di riferimento R 66-Pmin Immagazzinamenti netti cumulat ti da gennaio 2011 (Mm 3 ) 1. Aggiornamento del modello fino a dicembre simulazioni di scenario su diverse condizioni di ricarica e prelievo (2011) 3. Aggiornamento del modello fino a maggio previsione meteorologica stagionale per i tre mesi successivi (maggiormente probabile intervallo percentile) Anno gen-11 feb-11 mar-11 apr-11 mag-11 giu-11 lug-11 ago-11 set-11 ott-11 nov-11 dic-11 Aggiornamento successivo e conferma della previsione

15 Il modello della Conoide del Marecchia: lago ricarica artificiale Schema impianto MAR (Managed Aquifer Recharge) Channel Villa Verucchio Weir, water intake 2 km Santarcangelo Rimini Splitter MAR dedicated Monitoring network (SGSS) Miglioramento della calibrazione del modello attraverso i nuovi dati della rete di monitoraggio dedicata attorno al lago Modellazione del rapporto falda-fiume con il modulo SFR2 (Stremflow Routing Package) di Modflow Modellazione del rapporto falda-lago con il modulo Lake di Modflow (in corso)

16 Il modello della Conoide del Marecchia: lago ricarica artificiale Confronto tra due simulazioni di scenario in due situazioni diverse: Sarzana - Piezometric Levels m a.s.l MAR attiva (piezometria relativamente bassa) caso1 (MAR) caso 0 (no MAR) MAR attiva (piezometria relativamente alta) caso 2 (MAR) caso 0 (no MAR) m3 3/s STREAM LEAKAGE STORAGE RECHARGE HEAD DEP BOUNDS DRAINS /s m3/ STREAM LEAKAGE STORAGE RECHARGE HEAD DEP BOUNDS DRAINS WB from Feb to Jul MAR_1m3s_2009 from Jan to Dec MAR_1m3s_2009 Effetti sul SFR2 water budget WB from Feb to Jul MAR_1m3s_2014 from Jan to Dec MAR_1m3s_2014 EFFICIENZA ~ 35% EFFICIENZA ~ 23%

17 Sviluppi recenti.. e lavori in corso Modellistica integrata delle acque superficiali e sotterranee (Direzione Tecnica + Servizio IdroMeteoClima) Integrazone nel sistema Fews (Flood Early Warning System) dei dati del monitoraggio e della modellistica (MODFLOW) delle acque sotterranee RER - Servizio Tutela e Risanamento Risorsa Acqua, 2015 Modellistica del flusso e del traporto nelle conoidi modenesi (Direzione Tecnica + Sezione Provinciale di Modena) Atersir, 2016 Aggiornamento del modello di flusso e implementazione del modello di trasporto

18 Conclusioni La tecnologia qui impiegata è il risultato di quasi 15 anni di R&D; Occorre aggiornare/verificare in maniera continua i modelli numerici e mantenere attivo il processo di acquisizione dei dati che ne determinano il funzionamento: livelli piezometrici, prelievi e ricariche; Occorre migliorare nel tempo sia i modelli sia la loro capacità di gestione; I modelli possono essere utilizzati per diversi scopi: progettazione, pianificazione e gestione della risorsa; Il modello viene adattato alla specifica situazione da analizzare ed utilizzato anche con simulazioni di scenario e/o previsionali; I risultati delle simulazioni (livelli piezometrici e bilancio) posso essere riorganizzati nello spazio e nel tempo perseguendo gli obiettivi dell analisi prefissati; Sforzi devono essere dedicati alla comunicazione dei risultati in maniera semplice ed efficace; I modelli numerici possono essere proposti come un vero e proprio servizio anche in termini di previsionali.

19 La modellistica delle acque sotterranee da Arpa ad Arpae I LAVORI. aggiornamento in corso E IL GRUPPO I LAVORO Andrea Chahoud Luca Gelati Giacomo Zaccanti

20 Grazie a tutti per l attenzione Andrea Chahoud Arpae