Risorsa idrica sotterranea: un approccio integrato per l analisi della disponibilità Elisa BRUSSOLO, ricercatrice SMAT S.p.A. Torino Antonello PROVENZALE, direttore CNR-IGG Pisa Stefano FERRARIS, professore DIST, Politecnico di Torino BRESSANONE, 13 maggio 2019 Aula Magna
Valutazione della vulnerabilità ai cambiamenti climatici delle risorse idriche sotterranee (80% in volume degli approvvigionamenti totali di SMAT) utilizzate per scopi idropotabili in area ATO3 Torinese Evoluzione di tale vulnerabilità da utilizzare come supporto agli sviluppi strategici di SMAT 2
Metodologia Valutazione dei termini di bilancio idrico sull area di studio e scelta della scala spazio temporale di riferimento per le analisi; Analisi statistica dei termini di bilancio per stimare la frazione di acqua che ricarica l acquifero, identificare se e come i vari termini del bilancio idrico dipendano dalle variabili meteoclimatiche misurate e/o stimate per i prossimi decenni dai modelli climatici regionali; Proiezioni climatiche regionali delle variabili meteoclimatiche per un orizzonte temporale compatibile con quello gestionale; Valutazione dell evoluzione futura dei parametri di bilancio idrico in funzione delle proiezioni climatiche fornite dai modelli; Analisi dei livelli piezometrici; Modello numerico di flusso delle acque sotterranee in area test. 3
Valutazione dei termini di bilancio idrico sull area di studio e scelta della scala spazio temporale di riferimento per le analisi BILANCIO IDRICO bilancio fra input e output di acqua p q variabili meteo climatiche modello acqua suolo vegetazione idrometri ARPA Piemonte p + Nf + Qin = AET + Q + Ric Evapotraspirazione Potenziale (PET) Evapotraspirazione Effettiva (AET) Deflusso superficiale in ingresso Dr Percolazione sotto il livello delle radici: Ricarica dell acquifero Precipitazione Precipitazione: Pioggia, neve Fusione della neve al suolo Percolazione + deflusso: DRENAGGIO Irrigazione Deflusso superficiale in uscita 4
Valutazione dei termini di bilancio idrico sull area di studio e scelta della scala spazio temporale di riferimento per le analisi Anno idrologico: 1 ottobre 30 settembre 4 trimestri: JFM, AMJ, JAS, OND Bacini idrologici chiusi da un idrometro ARPA Piemonte Aggregando le informazioni su di un intero bacino idrologico, l afflusso in ingresso per l'intero bacino diventa nullo*, mentre il deflusso in uscita può essere fornito dalla misura di portata a nostra disposizione. Sono stati utilizzati i dati di livelli e portata fluviale disponibili da ARPA Piemonte per una trentina di bacini e sottobacini in Provincia di Torino, estesi a bacini di provincie limitrofe per il caso del bacino del Po anno idrologico p q AET = Q + Ric = DRENAGGIO *questo ragionamento assume che il bacino idrologico superficiale coincida con quello idrogeologico dei flussi subsuperficiali e di falda, un fatto non sempre verificato. trimestre p + Nf AET = Q + Ric = DRENAGGIO 5
Valutazione dei termini di bilancio idrico sull area di studio e scelta della scala spazio temporale di riferimento per le analisi p q AET = Q + Ric = DRENAGGIO PERCOLAZIONE DEFLUSSO DRENAGGIO Percolazione sotto il livello delle radici: Ricarica dell acquifero Percolazione + deflusso: DRENAGGIO Deflusso superficiale in uscita Deflussi misurati disponibili in un intervallo temporale di meno di due decenni (2000 2017) non è stato possibile costruire modelli empirici sufficientemente robusti per stimare quantitativamente la percolazione al di fuori dell intervallo temporale di disponibilità dei dati. Le relazioni empiriche ottenute per il periodo 2000 2017 indicano però che il rapporto deflusso/drenaggio (e percolazione/drenaggio) risulta sostanzialmente costante stimare il drenaggio permette di dare una stima anche della ricarica. 6
Analisi statistica dei termini di bilancio per stimare la frazione di acqua che ricarica l acquifero, identificare se e come i vari termini del bilancio idrico dipendano dalle variabili meteoclimatiche Dati storici 1959 2017 Stazione 66: Dora Riparia a Torino Ponte Washington (anno idrologico) T max p q Lieve tendenza all aumento della ricarica con maggiore p q, alla diminuzione con maggiore T max Aumento significativo di T e AET Diminuzione significativa di p q e p q AET AET p q AET Forte variabilità interannuale precipitazione 7
Analisi statistica dei termini di bilancio per stimare la frazione di acqua che ricarica l acquifero, identificare se e come i vari termini del bilancio idrico dipendano dalle variabili meteoclimatiche Trend stagionali sono significativamente negativi soprattutto nel primo (gen feb mar) e secondo (apr mag giu) trimestre. 8
Proiezioni climatiche regionali delle variabili meteoclimatiche per un orizzonte temporale compatibile con quello gestionale La stima del drenaggio per i prossimi decenni è stata ottenuta utilizzando, come forzanti meteo climatiche (temperatura e precipitazione), le proiezioni fornite dai modelli climatici. L orizzonte temporale su cui sono state analizzate le proiezioni è stato scelto in funzione della compatibilità gestionale (tipicamente di alcuni decenni), analizzando quindi le proiezioni fino al 2050. Un singolo modello climatico regionale (RCA4) guidato da 5 simulazioni di altrettanti modelli globali: ensemble omogeneo a livello locale (essendo state RCP8.5 prodotte con lo stesso modello regionale) che rappresenta in modo ottimale anche l incertezza di modello nelle proiezioni future catturata dai diversi modelli globali che guidano il modello regionale Per ogni simulazione due scenari futuri di emissione, uno di stabilizzazione e uno di alte emissioni e di concentrazione in atmosfera di gas a effetto serra tra quelli definiti dall IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change), denominati rispettivamente RCP4.5 e RCP8.5 RCP4.5 9
Valutazione dell evoluzione futura dei parametri di bilancio idrico in funzione delle proiezioni climatiche fornite dai modelli Proiezioni di disponibilità di risorsa idrica sotterranea al 2050: modelli diversi forniscono risultati a volte contrastanti itrend per lo scenario RCP4.5 sono generalmente non significativi i trend negativi diventano significativi per lo scenario RCP8.5 Anno idrologico: situazione stazionaria del drenaggio fino al 2050. Aumento del drenaggio con maggiore precipitazione, diminuzione con maggiore temperatura massima. Forte variabilità da un anno all altro. Trimestri: non concordanza tra i modelli, generalizzata tendenza all incremento nel primo trimestre (fine inverno/inizio primavera) e al decremento nel Q4 (periodo autunnale). 10
Analisi dei livelli piezometrici DB ARPA Piemonte 2009 2010 2011 aumento dei livelli 2008 2009 2009 2017 significativa diminuzione livelli criticità del 2017 Livello idrico falda superficiale è generalmente connesso direttamente ai corsi d acqua superficiali. Il sistema acquifero presenta una elevata suscettibilità alle condizioni idroclimatiche medie annuali 11
Modello numerico di flusso delle acque sotterranee in area test inquadramento idrogeologico + analisi di livello piezometrico + analisi geochimiche modello concettuale acquifero modello numerico su area test dati di emungimenti parametri idraulici ricarica da bilancio idrico principali input e output al sistema acquifero parametri idraulici (conducibilità, coeff. Immagazzinamento) Modello numerico sviluppato in condizioni stazionarie e in transitorio (dal gennaio 2011 al dicembre 2015). 12
Modello numerico di flusso delle acque sotterranee in area test Zone centrali e meridionali: il modello descrive in modo affidabile la variazione del carico idraulico (P18, P10, P26, SI2) Area nord occidentale: il modello non riesce a simulare in maniera ottimale le variazioni registrate in alcune delle stazioni di monitoraggio (PZ SL5, PZ SL6, P30). Presenza di variabili non note che influenzano il carico e il flusso delle acque sotterranee nel sistema acquifero (prelievi ad uso agricolo, ecc): queste aree dovrebbero essere oggetto di ulteriori indagini e analisi per migliorare il modello concettuale e, successivamente, il modello numerico. 13
Modello numerico di flusso delle acque sotterranee in area test Utilizzando il modello calibrato sono state in effettuate alcune simulazioni previsionali per verificare il comportamento del sistema acquifero in risposta alle variazioni previste di precipitazione e temperatura in scenari di cambiamento climatico. Si è scelto di utilizzare la previsione guidata dal modello MOHC HadGEM2 ES (considerando lo scenario RCP8.5) perché è risultata l'unica caratterizzata da un trend negativo di drenaggio, anche se non statisticamente significativo. I risultati del modello previsionale per i livelli piezometrici di due pozzi rappresentativi all interno dell area in cui è stato sviluppato il modello numerico conferma come il tasso di infiltrazione locale influisce significativamente sul comportamento del livello piezometrico nel sistema freatico. 14
Suggerimenti e conclusioni Le proiezioni climatiche suggeriscono una situazione per lo più stazionaria di drenaggio nell area della città Metropolitana di Torino. potenziale criticità (deficit di drenaggio) nella seconda metà dell anno e in particolare per il quarto trimestre. le proiezioni confermano la forte variabilità interannuale delle precipitazioni, che perdura anche nei prossimi decenni. Il gestore deve continuare ad essere pronto ad affrontare situazioni potenzialmente critiche a causa della variabilità delle precipitazioni da un anno all altro. Si suggerisce: monitorare più frequente la risorsa, specialmente nel periodo autunnale stilare dei piani d azione preventivi per l approvvigionamento da fonti alternative a quelle sotterranee che possano essere messi tempestivamente in atto per sopperire ad eventuali emergenze idriche. 15
Suggerimenti e conclusioni 250 350 Ma: i trend non sono tutto. 300 200 300 250 precipitazione nel mese 150 100 250 200 150 100 200 150 100 50 50 50 0 0 0 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020 anno anno anno Settembre Ottobre Novembre La precipitazione di settembre e di ottobre è assai diminuita negli ultimi 10 12 anni, mentre è aumentata quella di novembre. Dicembre non mostra grandi cambiamenti. La situazione è comune ai principali bacini dell area torinese: analisi per associare modifiche nei pattern di circolazione atmosferica a cambiamenti della precipitazione e della ricarica. 16
Suggerimenti e conclusioni Il sistema acquifero indagato presenta: una elevata suscettibilità alle condizioni idroclimatiche una corrispondenza tra il regime pluviometrico e la risposta dell acquifero, in termini di livello piezometrico Il modello fisicamente basato è risultato avere in generale una buona affidabilità strumento utile ed efficace ai fini gestionali della risorsa. Il modello numerico sviluppato su un area test ha permesso di evidenziare che laddove le informazioni non sono del tutto sufficienti non è possibile avere una simulazione ottimale del sistema acquifero. Considerato che le due zone identificate come più vulnerabili ospitano campi pozzi e che un modello numerico opportunamente sviluppato costituisce un utile strumento gestionale soprattutto in aree particolarmente sensibili, sarebbe opportuno andare ad indagare con nuove campagne di misura dei livelli piezometrici, e prelievo di campioni per effettuare definite analisi chimiche ed isotopiche, al fine di costruire un solido modello concettuale sulla base del quale sviluppare un modello numerico maggiormente affidabile ed utilizzabile al meglio a fini gestionali. 17
SMAT Dott.ssa Elisa Brussolo CNR IGG Prof. Antonello Provenzale Dott. Geol. Giulio Masetti Dott. Geol. Marco Doveri Dott. Geol. Matia Menichini Dott. Geol. Andrea Irace Dott. Geol. Brunella Raco Dott.ssa Gianna Vivaldo CNR ISAC Dott. Jost von Hardenberg Dott.ssa Elisa Palazzi DIST Prof. Ing. Stefano Ferraris Prof. Davide Canone Dott. For. Maurizio Previati Dott. For. Ivan Bevilacqua Dott. Davide Gisolo Ing. Giulia Raffelli Dott. Agr. Stefano Bechis Arch. Francesco Fiermonte 18