STRADA - STRATEGIE DI ADATTAMENTO AI CAMBIAMENTI CLIMATICI PER LA GESTIONE DEI RISCHI NATURALI NEL TERRITORIO TRANSFRONTALIERO: Asse: Ambiente e Territorio OBIETTIVI OPERATIVI DI PERTINENZA DELLE AZIONI PROPOSTE: MISURA 1.1: INCENTIVARE UNA GESTIONE CONGIUNTA DEI RISCHI NATURALI (GEOLOGICO, IDRAULICO E VALANGHIVO) ED AMBIENTALI (ECOLOGICO) COMITATO DI PILOTAGGIO MILANO 18.04.2013
Regione Autonoma Valle d Aosta Dipartimento difesa del suolo e risorse idriche Coordinatore attività Cantone del Vallese Département des Transports, de l'equipement et de l'environnement, Service de la protection de l'environnement, Section déchets et eaux souterraines Azione 3.1 - Caratterizzazione e monitoraggio dell evoluzione temporale della copertura nevosa in relazione alla risorsa idrica in essa contenuta (Snow Water Equivalent). Azione 3.2 - Salvaguardia delle sorgenti di montagna
Azione 3.1 Caratterizzazione e monitoraggio dell'evoluzione temporale della copertura nevosa in relazione alla risorsa idrica in essa contenuta (Snow Water Equivalent) AZIONI PREVISTE a) caratterizzazione del manto nevoso in bacini pilota RILIEVI A TERRA b) realizzazione di mappe di SWE SVILUPPO / APPLICAZIONE MODELLI c) caratterizzazione dei parametri meteo di interesse per il manto nevoso ACQUISIZIONE DI PARAMETRI METEO d) valutazione e applicazione di nuove metodologie per il monitoraggio dello SWE in ambienti alpini PERFEZIONAMENTO DI RILIEVI GEORADAR
Timorion (Valsavarenche - I) ~ 0,5 Kmq, bacino interamente glacializzato range quota - 3.050 3.500 m
Vallone di Mascognaz (Val d Ayas - I) ~ 10 Kmq, NO contributo glaciale ai deflussi range quota - 1.950 3.000 m
Vallon de Réchy (Valais - CH)
Le attività sono state sviluppate seguendo suddette indicazioni: MISURE - ove esistenti: impiego di tecniche di misura e procedure consolidate (ITA e CH) - sviluppo sperimentale: impiego operativo di tecnologie innovative (ITA e CH) MODELLI - sviluppo e applicazione modelli ( tipologia) su SITI ITA - condivisione con partner CH - esportazione "guidata" da SITI ITA SITI CH IN GENERALE - collaborazione sinergica con i partner di progetto (=ottimizzazione delle risorse) - definizione di quadro metodologico per il monitoraggio dello SWE sostenibile per le PP.AA. (long term monitoring) - attività su (ridotti) siti pilota
Prelievo con tubo carotatore (Réchy, 15 marzo 2013) AWS Timorion equipaggiata con OTT Pluvio2 Snow Scale (Sommer) installato a Mascognaz (foto E. Suozzi, POLITO) Trincea per campionamento orizzontale
SIMULAZIONE (=STIMA) PUNTUALE La stima dello SWE prevede l'impiego di modelli empirici o fisicamente basati che simulano lo stato del manto nevoso sulla base di equazioni che descrivono (semplificandoli) i processi che ne regolano le caratteristiche. (empirici / GEOtop) Applicazione nella versione puntuale 2D e distribuita 3D: Timorion (I) Mascognaz (I) Réchy (CH)
APPLICAZIONE MODELLO SWE TERRITORIO REGIONALE Caratteristiche dataset di base Dati disponibili sul sito ARPA VdA (www.arpa.vda.it)
Ground Penetrating Radar eliportato - MOTIVAZIONE La "qualità" della simulazione tramite il modello SWE dipende dalla numerosità dei dataset di input e della distribuzione dei valori rispetto alle variabili impiegate per la spazializzazione. Le caratteristiche morfologiche dei bacini alpini possono non consentire la realizzazione di campagne di terreno "ottimali" metodi indiretti di misura
Ground Penetrating Radar eliportato PROSPETTIVE L'impiego del GPR eliportato è operativo, in Valle d'aosta, dal 2010. Le migliorie previste consistono in: a) ottimizzare lo schema di campionamento ( costi) b) automatizzare la fase di processamento dati ( tempi di rilascio dati) c) "esplorare" le condizioni che possono determinare sovrastime: - presenza di acqua in fase liquida (anticipare rilievi!) - effetto combinato della morfologia e dell'assetto dell'elicottero - individuazione di nevato PROGETTO STRADA INTERCONFRONTO VALLONE DI RECHY 15 MARZO 2013!! - 9 tecnici (ARPA VDA CREALP)
Azione 3.2 - Salvaguardia delle sorgenti di montagna 5 sources de montagne (environnements géologiques contrastés) intégrées au réseau de surveillance de base Comportements hydrogéologiques caractéristiques? Influence des zones de montagne sur la dynamique des eaux souterraines en plaine? Gestion des ressources en eau pour le futur? STRADA: Mise en évidence objective des effets du changement climatique? DONNÉES GÉOLOGIQUES RÉSEAU DE MESURE DONNÉES HYDROGÉOLOGIQUES DONNÉES MÉTÉOROLOGIQUES
LA LÉ 1 550 msm LE BROCARD 620 msm LA VOUETTE 730 msm LA DILOGNE VISSE 1 605 msm BALTSCHIE DER 1 460 msm AZIONE 3 GESTIONE DELLE SORGENTI DI MONTAGNA CONTEXTE RÉGIME GÉOLOGIQUE Moraine + alluvions Cristallin (gneiss) Grès (Permo-Carbonifère) Calcaire (Malm) + Eboulis Cristallin (granite) + Couverture morainique TYPE AQUIFÈR E Poreux mixte Nival (Forte influence des eaux de surface) PÉRIODE D OBSERVATION 2008-2013 Fissuré Nival 1981-2013 Fissuré Nival 2010-2013 Karstique Fissuré + poreux Pluvio-Nival (Contribution glaciaire à la recharge) 2010-2013 Pluvio-Nival 2010-2013 Effet piston (ρ = 1) Substitution (ρ = -1) Homogénéisation (ρ = 0) Galleani et al., 2011 STRADA: SURVEILLANCE DE SOURCES DE MONTAGNE
CAPTAGE AZIONE 3 GESTIONE DELLE SORGENTI DI MONTAGNA MODE D ÉCOULEMENT QUALITATIF «SUISSE» RISQUE VESPA (V) QUANTITATIF INDICE VULNÉRABILIT É LA LÉ Substitution et homogénéisation 5.7 DILOGNE Substitution 10.2 BALTSCHIEDER Substitution - - BROCARD Homogénéisation 0.016 VOUETTE Homogénéisation et substitution 0.002 «ITALIE» Très élevé Élevé Faible Fort risque de pollution par infiltration et/ou forte réaction aux événements climatiques Risque de pollution par infiltration et/ou réaction aux événements climatiques Couverture protectrice et/ou réservoir de dimensions importantes V = c(ρ )β γ Estimation de la vulnérabilité des sources sur la base d une relation entre c(ρ ) Comportement aquifère (corrélation Q K) β γ Variabilité annuelle de la température T Variabilité annuelle du débit Q Faible V 0.1 Moyenne 0.1 < V 1 Haute 1 < V 10 Élevée V > 10 CARACTÉRISATION ET COMPRÉHENSION DE LA VULNÉRABILITÉ ES SOURCES
Da 1731 sono state scelte 41 sorgenti Dopo aver effettuato i vari sopralluoghi 13 sorgenti sono state strumentate, tra queste 9 sono state inserite nel progetto INTERREG STRADA
In figura si riporta la schermata generale del Geodatabase nel quale si evidenzia l ubicazione delle sorgente monitorate ed i punti delle stazioni meteo di controllo.
Struttura del Geodatabase sorgenti (4) AZIONE 3 GESTIONE DELLE SORGENTI DI MONTAGNA Dal Geodatabase è possibile consultare i grafici, i fogli di calcolo e le elaborazioni derivanti dal monitoraggio della sorgente mediante sonde multiparametriche, o altra strumentazione eventualmente installata.
Tipologie di stramazzi. Trapezoidale (Cipolletti) Triangolare (Thompson) Rettangolare (Bazin) Slide 7
Stramazzi sorgenti (2) AZIONE 3 GESTIONE DELLE SORGENTI DI MONTAGNA Sistemazione vasca e stramazzo. Esempio di profilo irregolare e relativo intervento di riprofilatura per consentirne la strumentazione. Esempio di sorgente non strumentabile Profilo irregolare Esempio vasca di raccolta in acciaio
Sonda OTT Sonda STS Sonda Greenspan Le sonde multiparametriche permettono di acquisire con cadenza oraria i seguenti parametri: Livello idrico [m]; Temperatura [ C]; Conducibilità elettrica [µs/cm]. Durante l installazione della sonda è necessario prevedere un posto per il suo alloggiamento (tubo in PVC finestrato) che sia in grado di preservarla dalle eventuali turbolenze: l alloggiamento della sonda deve essere distante dallo stramazzo per un valore pari a 3 4 h max (altezza max su sfioratore); l alloggiamento della sonda deve avere una distanza sufficiente dal dreno di immissione così da non risentire delle turbolenze generate da questi;
Si è scelto di applicare tre metodi differenti per la valutazione della vulnerabilità della sorgente: Metodo Civita o del tempo di dimezzamento (Civita, 2005; Civita, 2008); Metodo Indice V.E.S.P.A. (Vigna et alii, 2011); Analisi statistica mediante l uso di una funzione di cross correlation (Kresic et alii, 2010). Metodo Civita Metodo Indice V.E.S.P.A. Funzione di cross correlation Tale funzione è stata applicata per cercare la correlazione tra due parametri (x e y), ossia tra precipitazioni (x) portate (y) e tra precipitazioni (x) conducibilità elettrica (y). Velocità di Classe T D flusso Vulnerabilità (m/s) (m/d) A t D <5 >10-2 >1000 B 5 t D 20 10-2 -10-3 100 Classe Vulnerabilità Indice di vulnerabilità [V] A V>10 B 1<V 10 C 0.1<V 1 D V 0.1 C 20<t D 50 10-3 -10-4 10 D t D >50 10-4 -10-5 1
Vulnerabilità della sorgente AZIONE 3 GESTIONE DELLE SORGENTI DI MONTAGNA Dall analisi svolta su tutte le sorgenti studiate si è visto come il Metodo Civita tenda in generale a sottostimare il grado di vulnerabilità. Per tanto, si è scelto di escluderlo dalla procedura statistica che è stata implementata per arrivare a definire un grado finale di vulnerabilità. Procedura seguita: 1. Si è scelto di attribuire alle quattro classi definite dall Indice V.E.S.P.A. un punteggio da 1 a 4; 2. Per rendere il risultato ottenuto dalla funzione di cross correlation paragonabile con quello ricavato dall applicazione dell Indice V.E.S.P.A. sono state create quattro classi di time lag; Time lag Grado di Vulnerabilità 0-4 A 5-9 B 10-20 C >20 D Grado di Vulnerabilità Relazione precipitazione - portata Relazione precipitazione - conducibilità A 2 2 B 1,5 1,5 C 1 1 D 0,5 0,5 Classe finale di Vulnerabilità Grado finale di Vulnerabilità 2-3 D 3,5-4,5 C 5-6 B 6,5-8 A 3. Si è scelto di attribuire ai quattro gradi di vulnerabilità per la funzione di cross correlation un valore che va da 0,5 a 2 (step 0,5) sia per la relazione precipitazione portata che per la relazione precipitazione conducibilità elettrica; 4. Con l uso di Matlab sono state ricavate tutte le possibili permutazioni derivanti dalla combinazione dei risultati dell Indice V.E.S.P.A. e della funzione di cross correlation; 5. Avendo ricavato tutte le permutazioni si è ottenuta una distribuzione gaussiana dalla quale sono state ricavate quattro classi finali di vulnerabilità a cui è associato il relativo grado finale di vulnerabilità.
Dimensionamento aree di salvaguardia AZIONE 3 GESTIONE DELLE SORGENTI DI MONTAGNA In funzione del grado di Vulnerabilità si determina la dimensione delle aree di salvaguardia della sorgente, composte da: ZTA, ZR e ZP. D d Situazione (m) (m) A 40 10 B 30 5 C 20 5 D 10 2 Zona Tutela Assoluta (ZTA) Situazione Estensione a monte Note A Tutta l area di alimentazione Efficacia limitata B C D Tutta l area di alimentazione L=400m L=200m Zona di Rispetto (ZR) Riducibile a 2000 m in caso di acquifero protetto in superficie La Zona di Protezione (ZP) corrisponde all intero bacino idrogeologico della sorgente.
Check list per la delimitazione dell area di salvaguardia Stemma Comune I STEP Acquisizione studio idrogeologico e progetto opera di presa II STEP Acquisizione dati da stazione meteorologica termopluviometrica all'interno del bacino idrografico della sorgente III STEP Presenza di vasche (sedimentazione, misura e carico) con installazione di stramazzo III STEP Installazione sonda multiparametrica con passo di acquisizione orario di: livello, temperatura e conducibilità elettrica IV STEP Acquisizione di almeno un anno idrologico di dati derivanti dal monitoraggio della sonda multiparametrica CHECK LIST PER LA CORRETTA DELIMITAZIONE DELLE AREE DI SALVAGUARDIA DELLA SORGENTE V STEP Applicazione del software per il calcolo della funzione di cross correlation. Valutare se il risultato è attendibile, se si vado allo step VI, se no vado allo step VII. VI STEP In base al risultato della funzione di cross correlation ottengo il grado di vulnerabilità secondo il quale si delimita l'area di salvaguardia (parametri d, D ed eventualmente L) VII STEP Applico il metodo dell'indice V.E.S.P.A. mediante apposito software. In base al grado di vulnerabilità ricavato si delimita l'area di salvaguardia (parametri d, D ed eventualmente L) Si No Note
Software per la delimitazione delle aree di salvaguardia delle sorgenti montane (1) Il software ha bisogno per funzionare correttamente che tra la vasca di sedimentazione e quella di presa sia installato uno stramazzo di tipo: Triangolare (Thompson); Rettangolare (Bazin); Trapezoidale (Cipolletti). Inoltre, nella vasca di sedimentazione deve essere correttamente installata una sonda CTD, con passo di acquisizione orario, necessaria per la misura della Conducibilità elettrica (C), della Temperatura (T) e del Livello (D) dell'acqua. Per il funzionamento del software si richiede di installare python e di preperare il file excel composto da due fogli (Cross e VESPA) conformi a quanto riportato. Schermata iniziale del programma Foglio Cross
Software per la delimitazione delle aree di salvaguardia delle sorgenti montane Il programma terminerà con una finestra in cui vengono indicate tutte le informazioni derivanti dall elaborazione quali: 1."Grado di Vulnerabilita' Vespa" 2."Grado di Vulnerabilita' Cross-Correlation Conducibilita'" 3."Grado di Vulnerabilita' Cross-Correlation Portata" 4."Grado di Vulnerabilita' finale della sorgente" 5."Valori di D e d per il dimensionamento della ZTA" 6."Estensione della ZR e della ZP"
Software per la delimitazione delle aree di salvaguardia delle sorgenti montane - esempio Grado di Vulnerabilità finale: D (basso). Dimensioni ZTA: d=2 m D=10 m ZR: L=200 m
Esempio scheda sorgente AZIONE 3 GESTIONE DELLE SORGENTI DI MONTAGNA
Esempio scheda sorgente (9) AZIONE 3 GESTIONE DELLE SORGENTI DI MONTAGNA Slide 31
Vulnerabilità delle sorgenti studiate Indice VESPA Funzione di Cross Correlation Vulnerabilità finale Nome sorgente Grado Vulnerabilità VESPA Punteggio CC-Portata Punteggio CC-Conducibilità Punteggio Punteggio Totale Grado di Vulnerabilità Alpe_Perrot D 1 0 2 1 2 5 B Cheserod_bassa D 1 Entrebin C 2 28 0,5 23 0,5 3 D Grangette D 1 Mascognaz_1 B 3 0 2 0 2 7 A Mascognaz_2 0 2 Pianet A 4 1 2 1 2 8 A Promiod B 3 5 1,5 1 2 6,5 A Valmeriana_2 C 2 0 2 2 2 6 B Dallo studio è emerso come gran parte delle sorgenti monitorate siano soggette ad una vulnerabilità alta ed elevata. Per poter applicare tali metodologie è stato necessario: Acquisire un anno idrologico di dati con cadenza oraria; Avere nelle vicinanze dell opera di captazione, o comunque nel bacino idrogeologico in cui è ubicata la sorgente o nelle zone limitrofe, una stazione termopluviometrica.
Température Température [ C] Conductivité Conductivité électrique [µs/cm] Débit Débit [l/s] h [m] AZIONE 3 GESTIONE DELLE SORGENTI DI MONTAGNA RÔLE DU MANTEAU NEIGEUX DANS LA RECHARGE AQUIFÈRE COMPORTEMENT DES SOURCES ET EFFET DE LA COMPOSANTE CLIMATIQUE STRADA Action 3.1 STRADA Action 3.2 Evolution du captage La Lé sur la période de suivi STRADA Basé sur les valeurs horaires 80 Captages de La Lé: évolution des débits et hauteurs de neige 2007-2012 0.4 Q La Lé 70 Q La Lé man. h La Lé 0.35 h La Lé man. 60 0.3 50 0.25 40 0.2 30 0.15 20 0.1 10 0.05 0 0 01.oct..10 31.déc..10 01.avr..11 02.juil..11 01.oct..11 01.janv..12 01.avr..12 02.juil..12 01.oct..12 31.déc..12 450 Captages de La Lé: évolution des conductivités et températures 2007-2012 K20 La Lé 400 K20 La Lé man. 350 03.04.2012 14.05.2012 25.05.2012 300 250 200 150 01.oct..10 31.déc..10 01.avr..11 02.juil..11 01.oct..11 01.janv..12 01.avr..12 02.juil..12 01.oct..12 31.déc..12 8 Captages de La Lé: évolution des conductivités et températures 2007-2012 T La Lé 7 T La Lé man. 6 5 4 3 2 01.oct..10 31.déc..10 01.avr..11 02.juil..11 01.oct..11 01.janv..12 01.avr..12 02.juil..12 01.oct..12 31.déc..12
Débit [l/s] Pluviométrie [mm/j] H neige [cm] Débit [l/s] H neige [cm] 2012 AZIONE 3 GESTIONE DELLE SORGENTI DI MONTAGNA LA LÉ Données cumulées 2007-2012 2012-80 - 60 2011 2011-40 - 20-0 LE BROCARD Observations hivers 2011 et 2012 2010-2011 Pas de réponse à la source 2011-2012 Pas de réponse à la source STRADA: RÔLE DE LA NEIGE DANS LA RECHARGE AQUIFÈRE
CARACTÉRISATION DE LA VULNÉRABILITÉ DES EAUX SOUTERRAINES Cartographie (hydro)géologique de terrain Interprétation morphométrique 3D de bassins versants Description de sources par milieux hydrogéologiques Comportements physico-chimique types (Q, K, T) Statistique des données météorologiques Comparaison avec les pronostics climatologiques Analyse corrélatoire entre données météorologiques et hydrogéologiques Détermination objective de la vulnérabilité à long terme GESTION ET AIDE À LA DÉCISION STANDARD en matière de caractérisation Formulation d indicateurs environnementaux pour les eaux souterraines (p.ex. VESPA, Potentiel de résistance à la sécheresse ) OPTIMISATION des besoins en matière de protection qualitative + quantitative Organisation du territoire, Restrictions d utilisation du sol, Utilisation optimisée des ressources CONCLUSIONS & PERSPECTIVES
Prodotti 1) Report tecnico su tecniche di rilevamento dello SWE 2) Redazione di una scheda tipo per la caratterizzazione di una sorgente 3) Linee guida per la delimitazione delle aree di salvaguardia delle sorgenti montane +software (http://www.progettostrada.net/38,news.html) 4) Rapporto tecnico di sintesi tra attività 3.1 e 3.2 5) 2 workshop: 1 in Italia (VDA 19 marzo 2013) e 1 in CH (maggio 2013) (a breve sul sto le resentazioni) 6) Pubblicazioni su riviste scientifiche e partecipazioni a convegni (Global warming in the Alps: vulnerability and climatic dependency of alpine springs in Italy, Regione Valle d Aosta and Switzerland, Canton Valais - EGM35 ).
Grazie a: Switzerland: Service de la Protection de l environnement du Canton du Valais (SPE), Alpgeo Hydrogéologues conseils Centre de Recherche sur l environnement alpin (CREALP). Italy: Dipartimento difesa del suolo e risorse idriche ARPA Regione Valle d Aosta, Dipartimento di Ingegneria dell Ambiente, del Territorio e delle Infrastrutture (DIATI), Politecnico di Torino. D. Bertolo, L. P. Lodi, M. De Maio, G. Bianchetti, U. Morra di Cella, P. Christe, G. Amanzio, E. Suozzi, E. Mignot, P. Ornstein.