UNIVERSITA' DEGLI STUDI DI PISA

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1 UNIVERSITA' DEGLI STUDI DI PISA FACOLTA DI SCIENZE MATEMATICHE FISICHE E NATURALI E FACOLTA DI AGRARIA Corso di Laurea interfacoltà In Scienze ambientali TESI DI LAUREA IN FORMA ELETTRONICA (http//etd.adm.unipi.it/etd-db/etd-search/search) (etd ) Modellazione del flusso e del trasporto di inquinanti provenienti da discarica: il caso de "Le Strillaie" Relatore Chiar.mo Prof. Ing. Riccardo Corsi Candidato Letizia Martelli Anno Accademico

2 INDICE PREMESSA E OBIETTIVI CAPITOLO 1 LA NORMATIVA ITALIANA IN MATERIA DI MESSA IN SICUREZZA, BONIFICA E RIPRISTINO AMBIENTALE DI SITI CONTAMINATI 1 CAPITOLO 2 CASO DI STUDIO: LA DISCARICA DE "LE STRILLAIE"- GROSSETO CARATTERIZZAZIONE GEOLOGICA E IDROGEOLOGICA DELLA PIANURA GROSSETANA Considerazioni geologiche Considerazioni stratigrafiche Considerazioni sull'utilizzo del suolo Considerazioni idrogeologiche Ricostruzione della superficie piezometrica LA DISCARICA DE "LE STRILLAIE" Sintesi della redazione del progetto di bonifica per la discarica Caratterizzazione dell'area di studio Descrizione del sito Storia del sito Descrizione dell'area circostante Descrizione dei corpi idrici superficiali Caratterizzazione geologica e stratigrafica del sito di interesse Caratterizzazione idrogeologica del sito di interesse Sintesi del piano di caratterizzazione e indagini integrative Attuazione Piano di Caratterizzazione, come previsto dal DM 471/99 (agosto-settembre 2001) Analisi chimica delle acque superficiali, di falda e del percolato, Ottobre Analisi dei terreni, Ottobre Indagini Integrative al Piano di Caratterizzazione (febbraio-aprile 2002) Monitoraggio della qualit delle acque di falda e superficiali 51

3 Campagne di misura anno Campagne di misura anno 2003 e Analisi delle acque di falda Analisi del percolato Modello concettuale definitivo Ricostruzione stratigrafica Ricostruzione idrogeologica Dinamica del livello acquifero in sabbie Analisi chimiche delle acque 65 CAPITOLO 3 I MODELLI DI FLUSSO E TRASPORTO PER LE ACQUE SOTTERRANEE COSA SONO I MODELLI FASI DI ELABORAZIONE DI UN MODELLO Fase di caratterizzazione Fase di verifica e calibrazione Fase di applicazione MODELLI ANALITICI E NUMERICI METODI NUMERICI DI RISOLUZIONE Metodo delle differenze finite (FDM) Metodo degli elementi finiti (FEM) CONSIDERAZIONI SULL'UTILIZZO DI MODELLI NELLO STUDIO DEL FLUSSO E DEL TRASPORTO DELLE ACQUE SOTTERRANEE CLASSIFICAZIONE DI MODELLI DI FLUSSO E TRASPORTO NELLO STUDIO DELLE ACQUE SOTTERRANEE Modflow Mt3dms Biomoc Bioplume III (Versione 1.0) d Fatmic (versione 1.0) Hidrus 2d (Versione 2.0) Moc3d Sutra 85

4 CAPITOLO 4 IL MODELLO DI FLUSSO: MODFLOW PERCHÈ MODFLOW DERIVAZIONE DELLA EQUAZIONE ALLE DIFFERENZE FINITE Equazioni di flusso 88 * la legge di Darcy 88 * l'equazione di continuit Condizioni iniziali Condizioni al contorno 88 1) Condizione di Dirichlet 89 2) Condizione di Neumann 89 3) Condizione di Cauchy Discretizzazione dell'equazione di flusso L'equazione alle differenze finite Processo iterativo Tipi di celle e simulazione dei confini dell'acquifero Discretizzazione spaziale Discretizzazione orizzontale Discretizzazione verticale Discretizzazione temporale ESPRESSIONE DELL'EQUAZIONE FINALE PER LA SOLUZIONE Come si arriva alla soluzione BILANCIO VOLUMETRICO DISEGNO DEL PROGRAMMA Programma principale Tipologia dei pacchetti PACCHETTI PRINCIPALI BAS ( Basic Package) L'array IBOUND Condizioni iniziali Discretizzazione del tempo Struttura dell'output BCF ( Block-centered flow package) L'equazione di base della conduttanza Dati richiesti dal pacchetto BCF 130

5 Pacchetti di risoluzione SIP ( Strongly Implicit Procedure) Input per il pacchetto SIP SSOR (Slice Successive Overrelaxation Package) 140 CAPITOLO 5 IL MODELLO DI TRASPORTO: MT3DMS INTRODUZIONE L'EQUAZIONE DI TRASPORTO Condizioni iniziali Condizioni al contorno Discretizzazione spaziale Discretizzazione temporale MECCANISMI DI TRASPORTO DEI SOLUTI Convezione Dispersione Sinks e Sources Reazioni chimiche Assorbimento lineare di equilibrio Assorbimento lineare di non equilibrio Decadimento radioattivo o biodegradazione TECNICHE DI SOLUZIONE Il metodo delle differenze finite standard Il metodo TVD I metodi Euleriani-Lagrangiani Metodo delle caratteristiche (MOC) Metodo delle caratteristiche modificato (MMOC) Metodo delle caratteristiche ibrido (HMOC) BILANCIO DI MASSA DISEGNO DEL PROGRAMMA Programma principale PACCHETTI PRINCIPALI BNT (Basic Trasport Package) Discretizzazione del tempo L'array ICBUND Condizioni iniziali 183

6 Struttura dell'output Definizione delle componenti di trasporto GCG (Generalized Conjugate Gradient Solver) 184 CAPITOLO 6 APPLICAZIONE DEI MODELLI DI FLUSSO E TRASPORTO AL CASO DI STUDIO: FASE DI CALIBRAZIONE TIPOLOGIE DI APPROCCIO PER LA COSTRUZIONE DEL MODELLO Grid approach Conceptual model approach IMPLEMENTAZIONE DEL MODELLO DI FLUSSO MODFLOW Modello concettuale Layer coverage Sources e sinks coverage Canale San Rocco Pozzi emungimento Recharge coverage Pozzi di osservazione Creazione della griglia Conversione del Modello Concettuale al modello di flusso Modflow Basic package Stress Period (periodi di stress) Ibound (condizioni al contorno) Starting Heads (altezze iniziali) Top elevation e bottom elevation (spessore degli strati) Layer Property Flow package (LPF ) Tipologia di strati Sources/Sinks package (sorgenti e emungimenti) River package Recharge package Well package CALIBRAZIONE DEL MODELLO DI FLUSSO IMPLEMENTAZIONE DEL MODELLO DI TRASPORTO MT3DMS Modello concettuale 219

7 Sources e sinks coverage: canale San Rocco Pozzi di osservazione per il trasporto Conversione del Modello Concettuale al modello di trasporto Mt3dms Basic Transport package Stress Period Definizione delle specie chimiche Icbund (condizioni al contorno) Starting concentration (concentrazioni iniziali) Source/sink mixing package Advection package CALIBRAZIONE DEL MODELLO DI TRASPORTO RISULTATI DELLA FASE DI CALIBRAZIONE 236 CAPITOLO 7 APPLICAZIONE DEI MODELLI DI FLUSSO E TRASPORTO AL CASO DI STUDIO: FASE PREVISIONALE IMPLEMENTAZIONE DEL MODELLO DI FLUSSO Basic package Stress Period (periodi di stress) Starting Heads (altezze iniziali) Sources/Sinks package (sorgenti ed emungimenti) River package Recharge package (ricarica meteorica) IMPLEMENTAZIONE DEL MODELLO DI TRASPORTO MT3DMS Basic Transport package Stress Period Icbund e starting concentration (condizioni al contorno e concentrazioni iniziali) Source/sink mixing package SIMULAZIONE FINALE 245 CONCLUSIONI RINGRAZIAMENTI BIBLIOGRAFIA

8 ALLEGATO A ALLEGATO B ALLEGATO C ALLEGATO D ALLEGATO E ALLEGATO F ALLEGATO G ALLEGATO H ALLEGATO I ALLEGATO L