Il modello concettuale: motore primo dei procedimenti di valutazione ed intervento delle matrici ambientali Maurizio Guerra ISPRA Dipartimento Difesa del Suolo/ Servizio Geologico d Italia 1
Argomenti Cos è il modello concettuale A cosa serve Modello concettuale e inquinamento diffuso Che cosa serve per un modello concettuale affidabile, alcuni esempi (idrochimica di base, geofisica, isotopia, geostatistica) Conclusioni 2
Cos è il modello concettuale Il modello concettuale è una rappresentazione di come funziona il sito in termini di: sorgenti di (potenziale) contaminazione trasporto e destino dei contaminanti bersagli (umani e ambientali) Oggetto reale: il sito Relazione che descrive il sito 3
Cos è il modello concettuale Il percorso di descrizione dell oggetto reale (il sito) avviene utilizzando i dati di campo (es. la stratigrafia, la distribuzione dei contaminanti nelle diverse matrici ambientali il nostro database) I dati sperimentali sono i mattoni del processo conoscitivo ma. 4
la scienza è fatta di dati, come una casa di pietre. Ma un ammasso di dati non è scienza più di quanto un mucchio di pietre sia una casa Henry Poincaré 5
A cosa serve il modello concettuale in sostanza dobbiamo interpretare i dati, metterli in relazione fra loro e in relazione alle conoscenze non numerabili che abbiamo del sito permeabilità isotopia 6
A cosa serve il modello concettuale Progettazione Interventi bonifica MISP/MISO piani di inquinamento diffuso monitoraggio ambientale Gestione del rischio Piano di indagini (PI) Risultati del PI Valutazione dei valori di fondo Analisi di rischio 7
A cosa serve il modello concettuale 8
A cosa serve il modello concettuale Progettazione Interventi bonifica MISP/MISO piani di inquinamento diffuso monitoraggio ambientale Gestione del rischio Piano di indagini (PI) Risultati del PI Valutazione dei valori di fondo Analisi di rischio 9
A cosa serve il modello concettuale IL modello concettuale è fondamentale per indirizzare e sviluppare le attività di caratterizzazione/intervento ambientale; d altra parte i dati/elaborazioni che derivano dall espletamento di queste attività possono modificare il modello concettuale stesso 10
Esempio : determinazione dei valori di fondo nei terreni > fenomeni di ricaduta di polveri contenenti metalli (As, Cr,Pb, Zn, Cd, Hg). Valutazione del tenore dei metalli nei suoli anche al fine di determinare un fondo antropizzato Indagini (che prendono in considerazione la profondità come fattore di controllo) risultati 11
As Cr Pb Cd 12
Modello concettuale e inquinamento diffuso I contenuti del modello concettuale comprendono l individuazione della sorgente della contaminazione ed i processi di trasporto dei contaminanti. Questi temi a loro volta si legano a quello dell inquinamento diffuso. Nell inquinamento diffuso è insito nel termine "diffuso" una distribuzione spaziale della contaminazione su ampia scala. Nella realtà rapporti fra contaminazione puntuale e contaminazione diffusa sono molto più complessi 13
Modello concettuale e inquinamento diffuso Le criticità nel definire il rapporto fra contaminazione puntuale e contaminazione diffusa sono: La distinzione fra le distribuzioni spaziali della contaminazione puntuale e della contaminazione diffusa dipende dalla scala di campionamento; Nel dettato normativo il concetto di inquinamento diffuso non è legato alla distribuzione del contaminante, ma alla sorgente ( la contaminazione o le alterazioni chimiche, fisiche o biologiche delle matrici ambientali determinate da fonti diffuse non imputabili ad un singola origine ) 14
Modello concettuale e inquinamento diffuso direzione falda direzione falda 0 5 10 km 0 5 10 km La distribuzione della contaminazione non è sempre sufficiente per distinguere fra contaminazione puntuale e contaminazione diffusa. E sempre necessario contestualizzare 15
Modello concettuale e inquinamento diffuso A questa scala di campionamento sembrerebbe esserci una distribuzione diffusa della contaminazione 0 2,5 km 16
Modello concettuale e inquinamento diffuso 0 2,5 km 0 2,5 km 17
Modello concettuale e inquinamento diffuso Rispetto alla definizione normativa di inquinamento diffuso ( la contaminazione o le alterazioni chimiche, fisiche o biologiche delle matrici ambientali determinate da fonti diffuse non imputabili ad un singola origine ) nei GdL ARPA-ISPRA ci si sta indirizzando verso una lettura leggermente più ampia che include oltre sorgenti diffuse (es. attività agricola, aree urbane, ricarica da corpi idrici compromessi) più sorgenti puntuali per le quali non sia possibile discriminare il contributo delle singole fonti alla contaminazione riscontrata 18
Modello concettuale e inquinamento diffuso In questa accezione più ampia lo spartiacque fra inquinamento diffuso e puntuale sta anche nella capacità di chi conduce le indagini nell individuare le sorgenti puntiformi e il nesso di causalità che hanno con lo stato qualitativo delle matrici ambientali Diffuso Puntuale 19
Modello concettuale e inquinamento diffuso S2 20 m slm S1 S3 10 m slm Mw1 Mw3 Mw2 20
Che cosa serve per un modello concettuale affidabile Con riferimento alla falda, in situazioni complesse l identificazione delle sorgenti puntuali di contaminazione e dei fattori che controllano il transport and fate dei contaminanti (cioè il modello concettuale) richiede strumenti conoscitivi (dati e tecniche) più sofisticati che integrano l ambito idrogeologico classico quali ad esempio aspetti di natura idrochimica, isotopica, geofisica, geostatistica. Ad esempio, nella valutazione del fondo di metalli e metalloidi nelle acque, devono è necessario avere un quadro chiaro del chimismo delle acque di falda (facies geochimica) 21
Ca M a g n e s i u m ( M g ) S u l f a t e ( S O 4 ) + C h l o r i d e ( C l ) 2 0 4 0 6 0 8 0 C a l c i u m ( C a ) + M a g n e s i u m ( M g ) 8 0 6 0 4 0 2 0 P G 1 0 M g P Z 3 P Z 2 P G 6 SO P G 2 3 4 P G 1 1 P G 5 P G 1 6 P G 0 6 P G 2 2 P G 9 P Z 1 P G 2 0 P G 8 P G 1 2 P Z 5 P G 0 4 P G 2 4 P G 2 5 4 0 6 0 8 0 S o d i u m ( N a ) + P o t a s s i u m ( K ) 2 0 4 0 6 0 8 0 P G 2 7 P Z 5 P Z P2 C 4 P G 1P 3G 2 0 P Z 1 P G 1 1 P G 2 9 S W P Z 3 G 1 3 P G 1 7 P G 5 P G 1 2 P G 1 1 P G 1 6 P Z 3 P G 0 2 P G 2 3 P G P 2 G 5 0 4 P G 2 2 P G 0 6 P G 0 2 P G 9 P G 2 6 P G 1 P G 0 6 P5 G 2 9 P C 4 P G 1 5 P G 8 P G P2 G4 P2 G0 5 S W P Z 1 P G 8 P G P 1G 0 1 7 P G 2 2 P G 9 P G 0 4 P G 1 2 P G 2 3 P G 2 6 P Z 5 P G 1 0 8 0 6 0 4 0 0 PN Ga + 1KH 6C O 3 + C3O 2 0 4 P0 G 2 4 P G 2 5 6 0 8 0 P Z 2 P G 2 7 Cl C a lc iu m ( C a ) C h lo r id e ( C l) % m e q / l 2 0 4 0 6 0 8 0 2 0 P G 1 6 P G 1 7 S W P G 2 0 P G 2 2 P G 2 3 P C 4 P G 2 4 P G 1P 5G 2 9 P G 2 5 P G P G 2 7 P 1 G 3 0P 2G 1 7 P G 2 6 8 0 6 0 4 0 2 0 C a r b o n a t e ( C O 3 ) + B i c a r b o n a t e ( H C O 3 ) 8 0 6 0 4 0 2 0 S u l f a t e ( S O 4 ) 8 0 6 0 4 0 2 0 C A T I O N S A N I O N S P G 0 2 P G 2 7 P G 0 4 P G 2 9 P G 5 P Z 1 P G 0 6 P Z 2 P G 8 P Z 3 P G 9 P Z 5 P G 1 0 P C 4 P G 1 1 S W P G 1 2 P G 1 3 P G 1 5 22
PC4 Facies PC4 Temperatura 4521000 4521000 4520800 4520800 4520600 4520600 PZ1 PZ1 PZ2 PZ2 4520400 PZ5 4520400 PZ5 PG17 PG16 PZ3 PG17 PG16 PZ3 4520200 PG02 4520200 PG02 4520000 PG5 PG20 PG04 PG06 4520000 PG5 PG20 PG04 PG06 4519800 PG8 PG23 PG9 PG22 PG25 PG24 PG10 4519800 PG8 PG23 PG9 PG22 PG25 PG24 PG10 4519600 PG11 PG29 PG12 PG26 4519600 PG11 PG29 PG12 PG26 PG13 PG13 PG15 4519400 2445400 2445600 2445800 2446000 2446200 2446400 PG27 PG15 4519400 2445400 2445600 2445800 2446000 2446200 2446400 23 PG27
idrochimica PC4 Facies PC4 As 4521000 4521000 4520800 4520800 4520600 4520600 PZ1 PZ1 PZ2 PZ2 4520400 PZ5 4520400 PZ5 PG17 PG16 PZ3 PG17 PG16 PZ3 4520200 PG02 4520200 PG02 4520000 PG5 PG20 PG04 PG06 4520000 PG5 PG20 PG04 PG06 4519800 PG8 PG23 PG9 PG22 PG25 PG24 PG10 4519800 PG8 PG23 PG9 PG22 PG25 PG24 PG10 4519600 PG11 PG29 PG12 PG26 4519600 PG11 PG29 PG12 PG26 PG13 PG13 PG15 4519400 2445400 2445600 2445800 2446000 2446200 2446400 PG27 PG15 4519400 2445400 2445600 2445800 2446000 2446200 2446400 24 PG27
In altri casi la geofisica può dare indicazioni sulle modalità di ricarica della falda (che potenzialmente possono introdurre contaminanti A B Questi strumenti sono anche utili nella costruzione di un modello idrogeologico quantitativo 25
Nel caso delle sostanza organiche in falda (composti alogenati, idrocarburi aromatici, alcool, aldeidi) le tecniche isotopiche avanzate es. (CSIA Compound specific isotope analysis) basate sulle abbondanze isotopiche di d 2 H, d 13 C, d 18 O, d 15 N e d 37 Cl possono contribuire alla individuazione delle sorgenti puntuali e dei processi di trasporto e degradazione dei composti anche se presenti in concentrazioni piuttosto basse 26
sorgenti 27
I dati di campo suggeriscono che MTBE è soggetto a processi di biodegradazione anaerobici. Ciò consente di stimare meglio il tasso di biodegradazione del composto. 28
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Development of a conceptual model based on: Diagramma per l identificazione delle sorgenti di contaminazione basato sull analisi degli isotopi stabili 30
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Che cosa serve per un modello concettuale affidabile Con la geostatistica recuperiamo e valorizziamo il dato spaziale. L obiettivo del trattamento geostatistico dei dati è quello di quantificare il continuo spaziale a partire dai dati puntuali. Questo consente a sua volta di stimare il valore di una variabile spaziale nelle aree dove tale variabile non è stata misurata 32
Il fondo non più come numero, ma come distribuzione spaziale ottenuta dall analisi geostatistica. In questo modo non diventa solo la nuova CSC ma un indicatore di processi naturali (fondo naturale) o antropici (fondo antropizzato) che insistono sulla porzione di territorio indagato. 33
Per suonare una buona partitura di caratterizzazione e bonifica ci vogliono dati buoni e completi (i musicisti) ben integrati, organizzati e coerenti ad un modello concettuale (il direttore di orchestra). 34
Conclusioni Multidisciplinarietà - confronto con altri specialisti Aggiornamento professionale - analisi di casi di studio affrontati da altri Visione laterale - collegamento dei dati numerici fra di loro e con i dati non numerabili, seguire l intuito 35
Grazie per l attenzione! Ogniqualvolta una teoria ti sembra essere l'unica possibile, prendilo come un segno che non hai capito né la teoria né il problema che si intendeva risolvere (K. Popper) maurizio.guerra@isprambiente.it http://www.isprambiente.gov.it 36