TECNOLOGIE DIGITALI PER LA GOVERNANCE DELLE ACQUE SOTTERRANEE

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1 DISAT-UNIMIB CNR-DTA TECNOLOGIE DIGITALI PER LA GOVERNANCE DELLE ACQUE SOTTERRANEE Angelo Cavallin, Tullia Bonomi, Letizia Fumagalli Dipartimento di Scienze dell Ambiente e del Territorio Università degli Studi di Milano-Bicocca, Milano Ricerca e Innovazione per la Governance Ambientale - Ministero Ambiente Roma 18 maggio 2012

2 L acqua è l elemento che garantisce la vita nella sua complessità a livello planetario; è essenziale per soddisfare le necessità umane fondamentali, come la salute, la produzione alimentare, l energia ed il mantenimento degli ecosistemi regionali e globali.

3 LE RISORSE IDRICHE SONO FONTE DI BENESSERE E DI SVILUPPO SOSTENIBILE Gli usi plurimi delle acque hanno rappresentato e rappresentano una straordinaria opportunità per lo sviluppo: l utilizzo irriguo è stato e continua ad essere il motore principale dello sviluppo agricolo della pianura; l utilizzo per la produzione di energia ha permesso un elevato sviluppo industriale e continua a fornire un notevole contributo in termini di apporti energetici da fonti rinnovabili; la diffusa disponibilità di acque ha costituito una risorsa essenziale per l insediamento industriale e continua ad alimentare i processi produttivi grande rilievo assumono sul territorio gli aspetti ricreativi delle acque, con la presenza di laghi ad elevata attrattiva turistica e di ambienti naturali di pregio. 3

4 IL CICLO IDROLOGICO E UN SISTEMA COMPLESSO CHE REGOLA, IN FUNZIONE DELLE CARATTERISTICHE DEL TERRITORIO, LA DISTRIBUZIONE SPAZIALE E TEMPORALE DELLE RISORSE IDRICHE E 4 NE CONDIZIONA LA LORO DISPONIBILITA.

5 CAMBIAMENTI CLIMATICI: PRECIPITAZIONI E TEMPERATURA I cambiamenti climatici provocano: - VARIABILITA delle PRECIPITAZIONI,, sia come frequenza che come intensità,, pur mantenendo quasi costante la quantità di annua. In particolare si RIDUCE la DISPONIBILITA nel periodo aprile-giugno critico per gli usi irrigui; - AUMENTO della TEMPERATURA ed in particolare nei valori minimi. E E quindi AUMENTA la IDROESIGENZA e anche la RICHIESTA DI ENERGIA per l uso l dei condizionatori.

6 Precipitazioni mensili (minime, massime e medie) registrate alla stazione di Brera dal 1865 al 2006 (da Forealps Arpa lombardia) Precipitazione Milano-Brera 1400 Precipitazione (mm) P tot P max P min Anno

7 Temperature mensili (minime, massime e medie) registrate alla stazione di Brera dal 1865 al 2006 (da Forealps Arpa lombardia). 30 Temperatura Milano-Brera 25 Temperatura ( C) T max T media T min Anno

8 LE RISORSE IDRICHE IN LOMBARDIA (BLU BOOK REGIONE LOMBARDIA 2008) MILANO PRECIPITAZIONI: 27 MILIARDI DI MC/ANNO CONCESSIONI: 130 MILIARDI DI MC/ANNO

9 RISORSE IDRICHE DISPONIBILITA, IDROESIGENZA, CRITICITA Quando la IDROESIGENZA supera la DISPONIBILITA si verificano situazioni di CRITICITA (tarda primavera estate del 2003 e del 2006) con conseguenti danni socio-economici (minori produzioni agricole, blackout nella fornitura di energia elettrica). Per superare le criticità è necessario: Ridurre le IDROESIGENZE: risparmio, riuso, riciclo Aumentare le DISPONIBILITA : utilizzo delle ACQUE SOTTERRANEE. IDROESIGENZA> DISPONIBILITA = CRITICITA DISPONIBILITA CRITICITA IDROESIGENZA TEMPO

10 DISAT- UNIMIB CNR-DTA ACQUE SOTTERRANEE: RISORSA STRATEGICA E possibile mitigare gli effetti socio-economici nelle situazioni di CRITICITA utilizzando le acque sotterranee a condizione di conoscere: DOVE sono disponibili; QUANTA risorsa è disponibile; TEMPO di utilizzo; QUALITA della risorsa per il suo utilizzo. Ricerca e Innovazione per la Governance Ambientale - Ministero Ambiente Roma 18 maggio

11 DISAT- UNIMIB Ciclo delle acque sotterranee: lento e complesso CNR-DTA Uso Suolo Ricarica INPUT Precipitazioni DINAMICI Dati Pedologici Dati irrigui Prelievi OUTPUT Idrometrie Risposta del sistema Livello della falda/e Geometrie STATICI Caratteristiche degli acquiferi e acquitardi Ricerca e Innovazione per la Governance Ambientale - Ministero Ambiente Roma 18 maggio 2012

12 DISAT- UNIMIB Gestione dei dati idrogeologici CNR-DTA Dati DATI SPAZIALI Topografia Base acquifero/i DATI PUNTUALI POZZI Dati amministrativi Stratigrafia, Carat.idrogeol. Elaborazioni 2D GIS Banca dati TANGRAM Banche dati Elaborazioni 3D Geometrie sistema GOCAD Griglia 3D Punti di tessiture e parametri Ricostruzione caratteristiche Tessiture Porosità, Permeabilità Caso di Milano Caso di Lodi e Cremona Modelli di Gestione Stima della disponibilità idrica Modelli flusso e trasporto Ricerca e Innovazione per la Governance Ambientale - Ministero Ambiente Roma 18 maggio

13 Banca dati per pozzi TANGRAM

14 LOCALIZZAZIONE DI POZZI PER ACQUA DA TANGRAM

15 DISAT- UNIMIB Dati stratigrafici 10 m 20 m 23 m 30 m 34 m 44 m Sabbia ghiaiosa con limo verde Limo Ghiaia con sabbia Argilla Sabbia ghiaiosa con limo verde CNR-DTA Codici stratigrafici B B A B Ricerca e Innovazione per la Governance Ambientale - Ministero Ambiente Roma 18 maggio 2012

16 Estrazione dato stratigrafico 16

17 Superfici con intervalli stratigrafici nei pozzi topografia base acquifero

18 Banca dati per pozzi TANGRAM Pozzi archiviati nella banca dati TANGRAM georeferenziati 3493 con stratigrafia 2114 senza stratigrafia PROVINCIA DI MILANO Pozzi in provincia di Milano numero privati 2107 pubblici

19 Codifica della stratigrafia ogni 2 m lungo i profili dei pozzi medi grossolani fini

20 Geometrie del serbatoio Sup.topografica m s.l.m. Base acquiferi m s.l.m. Spessore sistema (m)

21 CALCOLO della DISTRIBUZIONE della POROSITA EFFICACE GOCAD: creazione delle superfici e importazione dei punti 220 m s.l.m. 155 m s.l.m. 105 m s.l.m. 84 m s.l.m. 86 m s.l.m. -41 m s.l.m. Istogramma delle frequenze 3772 pozzi con stratigrafia, archiviati e codificati 21

22 CALCOLO della DISTRIBUZIONE della POROSITA EFFICACE GOCAD: creazione della griglia tridimensionale (SGRID) 220 m s.l.m. 155 m s.l.m. 105 m s.l.m. 84 m s.l.m. 86 m s.l.m. CELLE: 250*250*~3 m -41 m s.l.m. VOLUME ACQUIFERO: m3 22

23 CALCOLO della DISTRIBUZIONE della POROSITA EFFICACE GOCAD: calcolo della distribuzione della porosità efficace (DSI) 220 m s.l.m. 155 m s.l.m. VOLUME dei PORI: 105 m s.l.m. 86 m s.l.m. 84 m s.l.m m3 (circa il 22% del volume totale) -41 m s.l.m. POROSITA (%) FREQUENZA Minimo: 12,49 25 percentile: 19,33 Mediana: 21,04 75 percentile: 22,58 Massimo: 27, POROSITA (%) 23

24 SUPERFICI PIEZOMETRICHE CALCOLATE dal 1977 al

25 Esempio: DICEMBRE 1977 DETERMINAZIONE del VOLUME di TERRENO SATURO VOLUME di TERRENO SATURO: m 3 25

26 Esempio: DICEMBRE 1977 DETERMINAZIONE del VOLUME di ACQUA DICEMBRE 1977: volume di acqua vs classi di porosità POROSITA 5,E+09 (%) m3 acqua 7,E+09 6,E+09 4,E ,E+09 2,E+09 VOLUME dei PORI = VOLUME ACQUA: m 3 1,E+09 1,E porosità (%) 26

27 DISTRIBUZIONE SPAZIALE delle CLASSI di POROSITA (da 12% a 27%) Esempio: SETTEMBRE 2004 Classi di porosità Classi Classi di porosità Classi di di porosità porosità 19% 24% 17% 25% 27% 12% 15% 20% 21% 23% 22% 18% 13% 14% 26% 16% 27

28 VARIAZIONE del TERRENO SATURO e della DISPONIBILITA IDRICA 28

29 VARIAZIONE del TERRENO SATURO e della DISPONIBILITA IDRICA Volume Acqua nel sottosuolo milanese m3 acqua Miliardi 38 37, , , , , anni 29

30 3 L ultimo non è un deficit particolarmente intenso ma lungo, in grado di 2 2 SPI in 10 stazioni di pianura ( ) Alcuni picchi Due di periodi siccitàcon particolarmente precipitazioni pronunciati: superiori alla media: SPI 12 mesi dal 1959 tra il alla ; fine del 1961; dal quello 1975 del al 1983; dal 1989 al Cremona MilanoBrera BustoArsizio Casalmaggiore Chiari Codogno Lodi Pavia Treviglio Monza ripercuotersi anche sulle risorse idriche sotterranee SPI-Index Anni Valori dell indice superiori a 2 indicano un evento estremamente umido, inferiori a 2 indicano un evento estremamente secco e deficit di precipitazioni.

31 Volume di acqua stoccata nell acquifero e piezometria Volumi di acqua disponibile Livello piezometrico a Cinisello B. Livello piezometrico a Muggiò m s.l.m

32 Mappe di distribuzione 3D che riproducono l eterogeneità del sistema CONDUCIBILITA IDRAULICA POSSIBILI APPLICAZIONI DEI RISULTATI OTTENIBILI Attribuzione delle proprietà in un modello di flusso S SEZIONE N Realizzazione del modello di flusso, con riproduzione della piezometria reale PIANTA Realizzazione del modello di trasporto, con riproduzione dei pennacchi inquinanti PIANTA 0.01 m/g PERMEABILITA 465 m/g N S SEZIONE POROSITA EFFICACE 0.1% POROSITA 28% Ricostruzione della piezometria Volume saturo potenziale Porosità efficace Volume dei pori = volume effettivo d acqua 32

33 Per poter utilizzare la risorsa sotterranea in situazioni di criticità, si deve conoscere per ogni serbatoio idrico: la struttura idrogeologica con le proprie caratteristiche Il bilancio idrogeologico sito specifico, dai quali deriva la potenzialità idrica del sistema (QUANTO e DOVE). TEMPO: Le acque sotterranee rispondono in tempi sufficientemente lunghi: il singolo evento meteorico, siccitoso o eccessivo, giornaliero o mensile o anche annuale, non riesce a riflettersi sulle acque sotterranee in modo marcato. Quando la situazione si ripete invece per più anni, allora anche il sistema sotterraneo ne risente positivamente o negativamente e vengono modificati i quantitativi stoccati nel sottosuolo. La superficie piezometrica è la risposta del sistema al bilancio sotterraneo, in funzione della struttura: NECESSARIE LE RETI DI MONITORAGGIO (OPEN DATA).

34 LA PIANIFICAZIONE DELLE RISORSE IDRICHE PREVEDE LA SINERGIA TRA ENTI DI RICERCA, ENTI DI GESTIONE E UTILIZZATORI MONITORAGGIO UTILIZZATORI PIANIFICAZIONE ENTI DI MONITORAGGIO MILAN O ENTI DI GESTIONE BANCHE DATI ENTI DI RICERCA MODELLI 34

35 DISAT- UNIMIB TECNOLOGIE DIGITALI PER LA GOVERNANCE DELLE ACQUE SOTTERRANEE CNR-DTA LA GOVERNANCE DELLE RISORSE IDRICHE SI DEVE BASARE SU OPEN DATA, OPEN SOURCE E OPEN GOVERNMENT OPEN DATA PARTI INTERESSATE MONITORAGGIO GOVERNANCE BANCHE DATI MILANO VENEZIA PIANIFICAZIONE ENTI DI GESTIONE OPEN SOURCE MODELLI ENTI DI RICERCA OPEN GOVERNMENT Ricerca e Innovazione per la Governance Ambientale - Ministero Ambiente Roma 18 maggio

36 DISAT- UNIMIB CNR-DTA E possibile una GOVERNANCE delle risorse idriche programmando gli interventi sul sistema con modalità strategiche e coordinate soprattutto con la partecipazione dei vari soggetti interessati, dal livello nazionale a quello locale, in accordo con la Direttiva Comunitaria 2000/60/CE, al fine di raggiungere l obiettivo della sostenibilità ambientale nell utilizzo delle risorse idriche. E quindi necessario realizzare una rete di rapporti tra PA, enti di ricerca, e utilizzatori delle acque (OPEN GOVERNMENT), allargando le possibilità di accesso alle informazioni (OPEN DATA), sviluppando su basi scientifiche studi, ricerche, progetti, esperienze pilota utilizzando software (OPEN SOURCE), finalizzate alla GOVERNANCE delle risorse idriche.

37 DISAT- UNIMIB TECNOLOGIE DIGITALI PER LA GOVERNANCE DELLE ACQUE SOTTERRANEE CNR-DTA Con tale obiettivo sono in corso attività di ricerca relative al Protocollo d Intesa operativo tra l Università degli Studi di Milano Bicocca, Il Dipartimento di Scienze del sistema Terra e Tecnologie per l'ambiente del CNR, e la Autorità del Bacino del Fiume Po, per la realizzazione, mediante l uso delle tecnologie digitali, di un modello 3D a piccola scala del sottosuolo della Pianura Padana che permetta la parametrizzazione dei corpi idrogeologici per l analisi delle problematiche delle acque sotterranee sia a livello globale di Pianura sia a livello territoriale locale, mediante modelli interconnessi di dettaglio e specifiche applicazioni tematiche. Ricerca e Innovazione per la Governance Ambientale - Ministero Ambiente Roma 18 maggio 2012

38 DISAT- UNIMIB TECNOLOGIE DIGITALI PER LA GOVERNANCE DELLE ACQUE SOTTERRANEE CNR-DTA Il primo prodotto di tale attività, in fase di realizzazione, è un SISTEMA INFORMATIVO ACQUE SOTTERRANEE SIAS che utilizza software OPEN SOURCE per archiviare OPEN DATA relativi al monitoraggio delle voci di bilancio del CICLO DELLE ACQUE Ricerca e Innovazione per la Governance Ambientale - Ministero Ambiente Roma 18 maggio 2012

39 DISATDISATUNIMIB TECNOLOGIE DIGITALI PER LA GOVERNANCE DELLE ACQUE SOTTERRANEE CNRCNR-DTA Stazioni meteorologiche: Reti regionali di controllo della Lombardia, del Piemonte e del Veneto Ricerca e Innovazione per la Governance Ambientale - Ministero Ambiente Roma 18 maggio 2012

40 DISAT- UNIMIB TECNOLOGIE DIGITALI PER LA GOVERNANCE DELLE ACQUE SOTTERRANEE CNR-DTA Misure piezometriche: Rete regionale di controllo della Lombardia Ricerca e Innovazione per la Governance Ambientale - Ministero Ambiente Roma 18 maggio 2012

41 DISAT- UNIMIB TECNOLOGIE DIGITALI PER LA GOVERNANCE DELLE ACQUE SOTTERRANEE OPEN DATA (MONITORAGGIO) CNR-DTA dalla INFORMAZIONE: TIPOLOGIA, LOCALIZZAZIONE, PERIODO, FREQUENZA MISURE FORMATI alla APPLICAZIONE: VALIDAZIONE, CERTIFICAZIONE, ELABORAZIONE CON MODELLI, TRASFERIMENTO AGLI UTILIZZATORI Ricerca e Innovazione per la Governance Ambientale - Ministero Ambiente Roma 18 maggio 2012

42 ENTI DI GESTIONE: distribuzione territoriale nelle regioni Piemonte, Lombardia, Emilia Romagna, Veneto.

43 DISATDISATUNIMIB TECNOLOGIE DIGITALI PER LA GOVERNANCE DELLE ACQUE SOTTERRANEE ENTI DI GESTIONE: CNRCNR-DTA Particolare della distribuzione territoriale nella regione Piemonte Ricerca e Innovazione per la Governance Ambientale - Ministero Ambiente Roma 18 maggio 2012

44 DISAT- UNIMIB TECNOLOGIE DIGITALI PER LA GOVERNANCE DELLE ACQUE SOTTERRANEE CNR-DTA ENTI DI GESTIONE Frammentazione territoriale, Differenti livelli di Competenze Difficoltà di reperimento dati utilizzabili Ricerca e Innovazione per la Governance Ambientale - Ministero Ambiente Roma 18 maggio 2012

45 DISAT- UNIMIB TECNOLOGIE DIGITALI PER LA GOVERNANCE DELLE ACQUE SOTTERRANEE CNR-DTA LA GOVERNANCE DELLE RISORSE IDRICHE SI DEVE BASARE SU OPEN DATA, OPEN SOURCE E OPEN GOVERNMENT OPEN DATA PARTI INTERESSATE MONITORAGGIO GOVERNANCE BANCHE DATI MILANO VENEZIA PIANIFICAZIONE ENTI DI GESTIONE OPEN SOURCE MODELLI ENTI DI RICERCA OPEN GOVERNMENT Ricerca e Innovazione per la Governance Ambientale - Ministero Ambiente Roma 18 maggio