Modelli di flusso acque sotterranee: cosa fanno?

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1 RICARICA DELLA CONOIDE DEL MARECCHIA Rimini 15 aprile 2016 Modellistica del flusso delle acque sotterranee della conoide del Marecchia Andrea Chahoud, Arpae

2 Modelli di flusso 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. ED EVENTUALMENTE. 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 Il modello di flusso delle acque sotterranee della conoide del Marecchia Con: Regione Emilia-Romagna Provincia di Rimini Autorità di Bacino del Marecchia-Conca AMIR S.p.A. (ora Hera S.p.A) Romagna Acque NIP 1 ADRIAT ATIC SEA CONCA DAM RIDRACOLI DAM Bologna, luglio 2006

4 Il contesto della modellistica in Emilia-Romagna 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 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 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 aggiornamentodei 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); utilizzo del modello in situazioni specifiche.

6 Costruzione delmodello dellaconoide delmarecchia Il contesto territoriale Monitoraggio NIP 1 ADRIATIC C 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 Modello numerico Prelievi Altre fonti superficiali (20%) Consumi acquedottistici della Romagna (dato medio , fonte Hera Riimini) Ricariche

7 Utilizzo delmodello dellaconoide delmarecchia 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 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) 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.

8 Utilizzo del modello attraverso simulazioni di scenario dedicate Premessa metodologica per l analisi I dati sperimentali si riferiscono all assetto corrente dell impianto di ricarica Il modello numerico è in grado di ricostruire l assetto corrente dell impianto di ricarica La modellistica permette di ricostruire diverse situazioni attraverso ipotesi di scenario (ad es. variazioni della portata della ricarica controllata) DATI SPERIMENTALI DATI SPERIMENTALI RICOSTRUITI COL MODELLO Scenario 2 Scenario 3 Scenario 4 Livello piezometrico Quantificazione delle differenze tra scenari Livello piezometrico misurato sul pozzo Oppure Voce di bilancio Livello piezometrico calcolato dal modello Altra grandezza Quantificazione delle differenze tra scenari tempo Livello piezometrico calcolato dal modello (scenari)

9 Utilizzo del modello a supporto dello studio di fattibilità della ricarica controllata della falda Realizzazione di simulazioni modellistiche dedicate e finalizzate alla valutazione dell effetto della ricarica controllata sull intero sistema di flusso sotterraneo della conoide. L effetto della ricarica controllata può essere misurato: in termini di incremento dei livelli piezometrici (nello spazio e nel tempo) in termini di bilancio idrogeologico ovvero dei quantitativi di acqua ricaricata che effettivamente rimangono disponibili all interno degli immagazzinamenti degli acquiferi Bologna, luglio 2008 Viene quindi fornita una stima dell efficienza dell impianto di ricarica (valutazione quantitativa)

10 Utilizzo del modello a supporto dello studio di fattibilità della ricarica controllata della falda Caso1: presenzadiricarica(mar) daottobrea maggioper due anniconsecutivi. Portatadiinfiltrazioneipotizzata1 m3/s. Caso 0: assenza della ricarica(mar) m3/s Bilancio annuale (m 3 /s) Anno1 (ott-06-sett-07) Anno2 (ott-07-sett-08) Recharge-IN Storage-IN General heads-in Wells-OUT General heads-out Storage-OUT Acquain ingressocon la ricaricacontrollata: 0.67 m 3 /s(dagen a dic) Variazioneimmagazzinamenti: 0.36 m 3 /s (/0.67 m 3 /s dagen a dic) Variazioneflussilaterali: 0.32 m 3 /s (/0.67 m 3 /s dagen a dic) STIMA EFFICIENZA MEDIA ~ 53% LEGENDA Bilancio mensile (m 3 /s) Storage-IN General heads-in Recharge-IN Storage-OUT General heads-out Wells-OUT 0.50 m3/s set- ott- nov- dic- gen- feb- mar- apr- mag- giu- lug- ago- set- ott- nov- dic- gen- feb- mar- apr- mag- giu- lug- ago- set

11 Utilizzo del modello a supporto della sperimentazione della ricarica controllata della falda MAR SCHEME Channel Villa Verucchio Santarcangelo Rimini Splitter OBIETTIVO miglioramentodelleperformance specifiche del modello utilizzato a supporto della sperimentazione della ricarica controllata della falda 2 km Weir, water intake MAR dedicated Monitoring network (SGSS) PERSEGUIBILE ATTRAVERSO 1. Il continuo aggiornamento dati del modello di flusso delle acque sotterranee; 2. la verifica di dettaglio del comportamento del modello di flusso nella zona dei laghi attraverso le nuove disponibilità di dati del monitoraggio dedicato; 3. l utilizzo di un nuovo modulo dedicato per la simulazione specifica della interazione falda-fiume; 4. l utilizzo di un nuovo modulo dedicato per la simulazione specifica della interazione falda-lago; 5. l utilizzo del modello attraverso simulazioni di scenario dedicate

12 Continuo aggiornamento del modello di flusso delle acque sotterranee 2014 set ott nov dic gen feb mar apr mag giu lug ago set ott nov dic Simulazioni di scenario 12 mesi 2015 set ott nov dic gen feb mar apr mag giu lug ago set Aggiornamento del modello 2015 Ultimo aggiornamento dati effettuato: settembre 2015 Prelievi Prelievi Civili Conoide Marecchia 3.5 Ricariche Perc Perc <05 Perc Perc portate di ricarica complessive (m3/s) gen feb mar apr mag giu lug ago set ott nov dic Il modello per poter efficacemente supportare la sperimentazione (e l eventuale futura gestione) dell impianto di ricarica controllata delle falde, deve essere aggiornato quasi in tempo reale ott dic gen feb mar apr mag giu lug ago set nov 2003 (Hera) Aggiornamento (Hera) del 1.81 modello (Hera) (Hera) Milioni di m (Hera) (Hera) (Hera) (Romagna Acque) (Romagna Acque) (Romagna Acque) (Romagna Acque) (Romagna Acque) (Romagna Acque) Immagazzinamenti netti cumulati da settembre 2007 ( Mm3) Mesi Immagazzinamenti netti cumulati da gennaio 2015 ( Mm3) Il modello deve via via seguire l arco temporale di riferimento dedicato alla sperimentazione Risultati del bilancio gen-15 feb mar-15 apr-15 mag-15 giu-15 lug-15 ago-15 set-15 ott-15 nov-15 dic-15

13 Verifica di dettaglio del comportamento del modello di flusso nella zona dei laghi Importazione dei nuovi dati del monitoraggio dedicato per una migliore calibrazione del modello in prossimità del lago RM8 Head_L7 RM8 Lower Interval RM8 Upper Interval RM5 Head_L7 21 RM5 Lower Interval RM5 Upper Interval RM3 Head_L7 RM3 Lower Interval RM3 Upper Interval LOCAL MONITORING NETWORK MONITORING NETWORK

14 Utilizzo di un nuovo modulo dedicato per la simulazione specifica della interazione falda-fiume Modellazione esplicita dell interazione falda-fiume : Modflow SFR2, (Stream-flow routing package) ARCO 1 NODO 2 ARCO 2 NODO 3 ARCO Il modulo SFR2 tiene conto della portata fluente in alveo, di eventuali apporti e/o diversioni (split) e della direzione del flusso 60 Il tirante idraulico è calcolato a partire dalla portata fluente in alveo ed in funzione della morfologia dell alveo -20 (perimetro bagnato) Marecchia River Flow Rate Q-SIMC -imposta sul nodo più a monte Media di Qfiu quote alveo assolute (m s.l.m.) Archi river MAR_A_01 MAR_A_ quote min. (m s.l.m.) Profilo topografico F. Marecchia: quote minime di fondo alveo - Rilievo "Marecchia_RN1994_1_46" quote min. fondo alveo NODO 1 Nodi "river" Profilo schematizzato "river " - Sezione di riferimento arco "river" MAR_A_01 Fiume Marecchia / Rilievo Marecchia_RN1994_1_46 / Sezione s quote alveo assolute (m s.l.m.) distanze progressive da inizio sezione alveo (m) quote relative "river" da fondo alveo Profilo schematizzato "river " -Sezione di riferimento arco "river" MAR_A_02 Fiume Marecchia / Rilievo Marecchia_RN1994_1_46 / Sezione s distanze progressive da inizio sezione alveo (m) distanze progressive monte-valle da inizio rilievo (km) quote relative rispetto a fondo alveo (m) quote relative "river" da fondo alveo quote relative rispetto a fondo alveo (m) quote alveo assolute (m s.l.m.) MAR_A_03 Profilo schematizzato "river " - Sezione di riferimento arco "river" MAR_A_03 Fiume Marecchia / Rilievo Marecchia_RN1994_1_46 / Sezione s distanze progressive da inizio sezione alveo (m) quote relative "river" da fondo alveo schematizzazione dell alveo per l SFR2, quote minime alveo, morfologie sezioni alveo quote relative rispetto a fondo alveo (m)

15 Risultati: analisi del comportamento del fiume al variare della portata di ricarica controllata della falda Analisi del bilancio del modulo SFR2: ricarica operata dai diversi tratti del fiume. 2.0 SFR2-Totale V2_1m3s ARCO 1 V2_1m3s ARCO 2 V2_1m3s ARCO 3 SFR2 FLOW TO AQUIFER WATER BALANCE 1.5 q MAR =1 m 3 /s 1.0 m3/s Incidenza di una diversa ricarica controllata operata dal lago sulla ricarica naturale operata dal fiume V2_2m3s ARCO 1 V2 ARCO 1 V1 ARCO 1 Analisi di dettaglio del bilancio dell arco 1 (acquifero libero) Al crescere della portata di alimentazione del lago cala l alimentazione operata dal fiume m3/s q MAR =1 m 3 /s V2_1m3s ARCO 1 q MAR =0 Valutazione valida per lo specifico contesto idrogeologico (anno 2014) L analisi può essere ulteriormente sviluppata q MAR =2 m 3 /s

16 Risultati: analisi del comportamento del fiume al variare della portata di ricarica controllata della falda 1.8 Analisi di dettaglio del bilancio dell arco 1 (acquifero libero) V2_2m3s ARCO 1 V2 ARCO 1 V1 ARCO 1 V2_1m3s ARCO 1 m3/s Ricarica operata dal fiume nel tratto in prossimità del lago Ricarica operata dal fiume nel tratto a valle del lago V1-3 celle (lago) V1-14 celle (valle lago) m3/s ott dic gen feb mar apr mag giu lug ago set ott nov dic V2_0.1m3s -3 celle (lago) V2_1m3s -3 celle (lago) V2_2m3s -3 celle (lago) m3/s V2_1m3s -14 celle (valle lago) V2_2m3s -14 celle (valle lago) ott dic gen feb mar apr mag giu lug ago set ott nov dic Celle del fiume adiacenti al lago (3/22) Celle del fiume a valle del lago (14/22)

17 Risultati: esempio di MAR in condizioni diverse di altezza della falda 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) 1.50 MAR attiva (piezometria relativamente alta) caso 2 (MAR) caso 0 (no MAR) 0.50 STREAM LEAKAGE 1.00 m3/s WB from Feb to Jul MAR_1m3s_2009 from Jan to Dec MAR_1m3s_2009 STORAGE RECHARGE HEAD DEP BOUNDS DRAINS m3/s STREAM LEAKAGE STORAGE RECHARGE HEAD DEP BOUNDS DRAINS EFFICIENZA ~ 35% Effetti sul SFR2 water budget WB from Feb to Jul MAR_1m3s_2014 from Jan to Dec MAR_1m3s_2014 EFFICIENZA ~ 23%

18 Conclusioni Latecnologiaquiimpiegataèilrisultatodiquasi15annidiR&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; Occorremigliorareneltemposiaimodellisialalorocapacitàdigestione; 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 Grazie per l attenzione. Ringraziamenti Luca Gelati, Giacomo Zaccanti Arpae Emilia-Romagna, Direzione Tecnica Paolo Severi Luciana Bonzi Venusia Ferrari Lorenzo Calabrese Regione Emilia-Romagna, Servizio Geologico Sismico e dei Suoli Contatti Andrea Chahoud Arpae Emilia-Romagna, Direzione Tecnica Centro Tematico Regionale Sistemi Idrici achahoud@arpa.emr.it