L'oggetto dello studio è stato la valutazione del bilancio di massa delle acque sotterranee nel sistema idrogeologico nell'area milanese utilizzando i SIT ed applicando un modello di flusso, con particolare riguardo alla ricostruzione delle caratteristiche idrogeologiche del sistema. La zona in esame viene considerata, da un punto di vista idrogeologico, come sede di un acquifero monostrato salvo locali situazioni con presenza di intervalli argillosi che ne interrompono la continuità. I corpi presenti costituiscono una litozona rappresentata, da un punto di vista tessiturale, prevalentemente da termini ghiaiosi e ghiaioso-sabbiosi, con locali e discontinui livelli argillosi, geneticamente attribuiti a depositi fluvioglaciali ed alluvionali. Data l'estensione dell'area di studio, 1989 km2, che interessa il territorio di 189 comuni compreso quello di Milano, con quasi quattro milioni di abitanti ed un prelievo idrico complessivo annuo per tutta l'area superiore al miliardo di m3, è stato necessario mettere a punto un sistema informatizzato di gestione ed elaborazione dei dati. Tale attività è stata realizzata all'interno di un sistema integrato di hardware e software (SIT) che permette di operare sia con formati vettoriali che raster. Per la valutazione del bilancio idrogeologico è stato necessario valutare la distribuzione territoriale degli elementi e dei fattori del sistema sia per quanto riguarda le geometrie ed i parametri idrogeologici dei corpi interessati, sia relativamente alla variazione, nel tempo e nello spazio, dei fattori dinamici relativi alle entrate ed alle uscite dal sistema. Sono stati elaborati i dati relativi ai pozzi pubblici (1858) e privati (3001) raccolti, georeferenziati ed archiviati in un database associato a programmi per l'elaborazione statistica. Sono stati utilizzati software realizzati allo scopo, per ricostruire la distribuzione di classi granulometriche significative ai fini del modello idrogeologico, nell'intervallo di sottosuolo definito dalla litozona ghiaioso-sabbiosa. Sono state anche effettuate elaborazioni per definire con precisione le geometrie della zona. E' stata inoltre messa a punto una tecnica di elaborazione che consente, tramite estrazione dal database dei dati relativi a tutti i pozzi che captano solamente l'acquifero interessato e dei quali fossero contemporaneamente presenti i dati idraulici, di valutare la distribuzione della permeabilità e della trasmissività dell'acquifero. E' stata verificata una buona corrispondenza tra le zone interessate da elevate percentuali di termini grossolani e le zone ad elevata permeabilità e portata specifica. La ricostruzione dell'andamento della falda libera, nel tempo e nello spazio, è stata effettuata mediante elaborazione dei dati piezometrici mensili archiviati nel database. Sono stati raccolti ed inseriti nel database i dati piezometrici mensili storici di 92 stazioni, relativi agli ultimi 18 anni, e per alcune di esse quelli dal 1936. Per tutte le stazioni della rete CAP, inoltre, sono stati raccolti ed archiviati i dati relativi al quadriennio 1990-1993. Il livello della falda è funzione dei parametri idrogeologici dell'acquifero e dei fattori dinamici che agiscono sul sistema. In particolare la risposta della falda rappresenta l'effetto dinamico dell'interazione delle masse d'acqua in entrata ed in uscita variabili nel tempo e nello spazio. Per valutare l'evoluzione sinergica degli elementi che caratterizzano il bilancio del sistema, sono state considerate le sequenze storiche rappresentate da precipitazioni ed irrigazioni per le entrate e da prelievi dai pozzi e venute a giorno dai fontanili per le uscite. I trend socio-economici, indicativi di un diverso uso del territorio, agricolo e/o industriale, sono stati confrontati con l'andamento piezometrico per valutarne le connessioni ed i rapporti. Si e' riscontrato che non vi e' una corrispondenza univoca tra uno solo dei fattori in entrata o in uscita con l'evoluzione della falda, ma che invece tutti i fattori concorrono sinergicamente a determinarne l'andamento; inoltre l'influenza dei vari fattori varia nell'ambito del sistema idrogeologico considerato nel tempo e nello spazio. E' stato quindi applicato un modello matematico numerico di flusso delle acque sotterranee a differenze finite tridimensionale (Modflow) per la valutazione del bilancio di massa del sistema idrogeologico considerato e la simulazione della superficie piezometrica. Per l'inserimento dei dati nel modello, sono state messe a punto diverse tecniche informatiche che permettono di interfacciare tra loro i numerosi sistemi utilizzati. I dati reali sono stati georeferenziati ed interpolati per tutta l'area previa discretizzazione con una griglia a maglie quadrate di 500 m di lato, costituita da 136 colonne e 104 righe pari a 14144 celle, per poterli importare direttamente nel modello.. Per tutti gli elementi che caratterizzano le geometrie, i parametri e le voci del bilancio del sistema idrogeologico sono state elaborate le matrici relative alla loro distribuzione spaziale e temporale. Il modello è stato tarato per il 1990, ultimo anno del quale sono disponibili tutti i dati del bilancio idrogeologico. Questi sono complessivamente costituite da poco meno di un miliardo di m3/a in entrate, di cui un 30% dovuto alle precipitazioni ed il rimanente alle irrigazioni, e poco più di un miliardo di m3/a in uscita, legati essenzialmente a prelievi pubblici e privati. La distribuzione delle quantità relative alle varie voci è stata differenziata all'interno dell'area in base: alle diverse quantità di erogazioni effettuate dai consorzi irrigui sia arealmente che mensilmente; alle percentuali di territorio effettivamente irrigato, valutando cella per cella la percentuale di aree urbanizzata e quella agricola; al regime dei prelievi durante l'intero arco dell'anno. I limiti del modello applicato al sistema sono stati così definiti: a potenziale controllato rappresentato dai Fiumi Ticino ed Adda, ad Ovest e ad Est; a potenziale controllato nella zona meridionale lungo la linea dei fontanili; di ricarica nella zona settentrionale. In base alle elaborazioni effettuate ed alla conseguente calibratura del modello, sono state simulate le piezometrie nell'arco di tempo del 1990, con passi di tempo mensili. Le piezometrie così ottenute sono risultate essere analoghe con quelle reali, sia per le oscillazioni mensili che per la loro distribuzione areale. Il modello ha simulato le direzioni di flusso, il gradiente piezometrico e le quote della falda con una variazione complessiva, dopo un intero anno, riferita alle differenze tra piezometrie reali e quelle simulate del mese di dicembre sull'ordine di 2 m al massimo per l'80% dell'area. Successivamente, visti i buoni risultati ottenuti, è stata effettuata una simulazione su 2 anni consecutivi, il '90 e il '91 con passi di tempo mensili, ipotizzando i dati non disponibili relativi ad alcuni fattori di bilancio. La piezometria così simulata alla fine dei 2 anni, dicembre 1991, è risultata essere analoga come distribuzione territoriale ed oscillazioni mensili con quella reale, mentre sono risultate essere più marcate, in senso negativo, le differenze tra quella reale e quella simulata, comunque sull'ordine di 2 m sul 70% dell'intera area considerata. I risultati ottenuti dall'elaborazione del modello devono essere valutati tenendo presente che vi sono delle disomogeneità dei dati e/o delle imprecisioni riferite a: - distribuzione spaziale di alcuni parametri idrogeologici in quanto desunti indirettamente dalla distribuzione delle tessiture dei corpi costituenti il sottosuolo; - distribuzione spaziale e temporale di alcuni fattori di bilancio, di cui sono note solo le quantità complessive annue e le attribuzioni a generiche entità territoriali; - distribuzione della piezometria reale iniziale riferita a misure effettuate in condizioni statiche, mentre quella simulata si riferisce a condizioni dinamiche; - distribuzione piezometrica reale iniziale con locali anomalie cui non corrispondono analoghe anomalie nei valori dei parametri idrogeologici considerati; - problemi strettamente connessi alla modellistica non facilmente adattabile a complesse situazioni reali, per cui vi sono alcune schematizzazioni riferite, per esempio, alle geometrie dei corpi interessati. L'integrazione e la omogeneizzazione di tali informazioni richiederebbe un notevole dispendio sia in termini di risorse economiche che di tempo per poterle adeguatamente effettuare, probabilmente però senza riuscire ad ottenere un proporzionale miglioramento dei risultati. Data la metodologia adottata è comunque possibile aggiornare, integrare, omogeneizzare i dati in qualsiasi momento. In ogni caso i risultati ottenuti con le simulazioni sono i migliori possibili, in funzione dei dati attualmente disponibili, e comunque validi in base al confronto con la realtà. Si ritiene quindi che in una analisi costi benefici i risultati ottenuti siano buoni. Lo sviluppo di un database e di software originali ha anche permesso di ricostruire, in base ad un notevole numero di pozzi e relative stratigrafie (2784), la distribuzione delle tessiture nei corpi idrogeologici considerati. L'utilizzo di un SIT ha permesso di poter applicare in modo adeguato un modello di simulazione in quanto è stato possibile valutare in modo ottimale la distribuzione dei vari elementi del sistema idrogeologico che sono estremamente articolati sia spazialmente che temporalmente. Inoltre è stato possibile, in tempi relativamente brevi, aggiornare, integrare, migliorare, correggere i dati e conseguentemente la loro relativa distribuzione matriciale.

(1995). Sistemi Informativi Territoriali per la valutazione del bilancio del sistema idrogeologico milanese. (Tesi di dottorato, Università degli Studi di Milano, 1995).

Sistemi Informativi Territoriali per la valutazione del bilancio del sistema idrogeologico milanese

BONOMI, TULLIA
1995

Abstract

L'oggetto dello studio è stato la valutazione del bilancio di massa delle acque sotterranee nel sistema idrogeologico nell'area milanese utilizzando i SIT ed applicando un modello di flusso, con particolare riguardo alla ricostruzione delle caratteristiche idrogeologiche del sistema. La zona in esame viene considerata, da un punto di vista idrogeologico, come sede di un acquifero monostrato salvo locali situazioni con presenza di intervalli argillosi che ne interrompono la continuità. I corpi presenti costituiscono una litozona rappresentata, da un punto di vista tessiturale, prevalentemente da termini ghiaiosi e ghiaioso-sabbiosi, con locali e discontinui livelli argillosi, geneticamente attribuiti a depositi fluvioglaciali ed alluvionali. Data l'estensione dell'area di studio, 1989 km2, che interessa il territorio di 189 comuni compreso quello di Milano, con quasi quattro milioni di abitanti ed un prelievo idrico complessivo annuo per tutta l'area superiore al miliardo di m3, è stato necessario mettere a punto un sistema informatizzato di gestione ed elaborazione dei dati. Tale attività è stata realizzata all'interno di un sistema integrato di hardware e software (SIT) che permette di operare sia con formati vettoriali che raster. Per la valutazione del bilancio idrogeologico è stato necessario valutare la distribuzione territoriale degli elementi e dei fattori del sistema sia per quanto riguarda le geometrie ed i parametri idrogeologici dei corpi interessati, sia relativamente alla variazione, nel tempo e nello spazio, dei fattori dinamici relativi alle entrate ed alle uscite dal sistema. Sono stati elaborati i dati relativi ai pozzi pubblici (1858) e privati (3001) raccolti, georeferenziati ed archiviati in un database associato a programmi per l'elaborazione statistica. Sono stati utilizzati software realizzati allo scopo, per ricostruire la distribuzione di classi granulometriche significative ai fini del modello idrogeologico, nell'intervallo di sottosuolo definito dalla litozona ghiaioso-sabbiosa. Sono state anche effettuate elaborazioni per definire con precisione le geometrie della zona. E' stata inoltre messa a punto una tecnica di elaborazione che consente, tramite estrazione dal database dei dati relativi a tutti i pozzi che captano solamente l'acquifero interessato e dei quali fossero contemporaneamente presenti i dati idraulici, di valutare la distribuzione della permeabilità e della trasmissività dell'acquifero. E' stata verificata una buona corrispondenza tra le zone interessate da elevate percentuali di termini grossolani e le zone ad elevata permeabilità e portata specifica. La ricostruzione dell'andamento della falda libera, nel tempo e nello spazio, è stata effettuata mediante elaborazione dei dati piezometrici mensili archiviati nel database. Sono stati raccolti ed inseriti nel database i dati piezometrici mensili storici di 92 stazioni, relativi agli ultimi 18 anni, e per alcune di esse quelli dal 1936. Per tutte le stazioni della rete CAP, inoltre, sono stati raccolti ed archiviati i dati relativi al quadriennio 1990-1993. Il livello della falda è funzione dei parametri idrogeologici dell'acquifero e dei fattori dinamici che agiscono sul sistema. In particolare la risposta della falda rappresenta l'effetto dinamico dell'interazione delle masse d'acqua in entrata ed in uscita variabili nel tempo e nello spazio. Per valutare l'evoluzione sinergica degli elementi che caratterizzano il bilancio del sistema, sono state considerate le sequenze storiche rappresentate da precipitazioni ed irrigazioni per le entrate e da prelievi dai pozzi e venute a giorno dai fontanili per le uscite. I trend socio-economici, indicativi di un diverso uso del territorio, agricolo e/o industriale, sono stati confrontati con l'andamento piezometrico per valutarne le connessioni ed i rapporti. Si e' riscontrato che non vi e' una corrispondenza univoca tra uno solo dei fattori in entrata o in uscita con l'evoluzione della falda, ma che invece tutti i fattori concorrono sinergicamente a determinarne l'andamento; inoltre l'influenza dei vari fattori varia nell'ambito del sistema idrogeologico considerato nel tempo e nello spazio. E' stato quindi applicato un modello matematico numerico di flusso delle acque sotterranee a differenze finite tridimensionale (Modflow) per la valutazione del bilancio di massa del sistema idrogeologico considerato e la simulazione della superficie piezometrica. Per l'inserimento dei dati nel modello, sono state messe a punto diverse tecniche informatiche che permettono di interfacciare tra loro i numerosi sistemi utilizzati. I dati reali sono stati georeferenziati ed interpolati per tutta l'area previa discretizzazione con una griglia a maglie quadrate di 500 m di lato, costituita da 136 colonne e 104 righe pari a 14144 celle, per poterli importare direttamente nel modello.. Per tutti gli elementi che caratterizzano le geometrie, i parametri e le voci del bilancio del sistema idrogeologico sono state elaborate le matrici relative alla loro distribuzione spaziale e temporale. Il modello è stato tarato per il 1990, ultimo anno del quale sono disponibili tutti i dati del bilancio idrogeologico. Questi sono complessivamente costituite da poco meno di un miliardo di m3/a in entrate, di cui un 30% dovuto alle precipitazioni ed il rimanente alle irrigazioni, e poco più di un miliardo di m3/a in uscita, legati essenzialmente a prelievi pubblici e privati. La distribuzione delle quantità relative alle varie voci è stata differenziata all'interno dell'area in base: alle diverse quantità di erogazioni effettuate dai consorzi irrigui sia arealmente che mensilmente; alle percentuali di territorio effettivamente irrigato, valutando cella per cella la percentuale di aree urbanizzata e quella agricola; al regime dei prelievi durante l'intero arco dell'anno. I limiti del modello applicato al sistema sono stati così definiti: a potenziale controllato rappresentato dai Fiumi Ticino ed Adda, ad Ovest e ad Est; a potenziale controllato nella zona meridionale lungo la linea dei fontanili; di ricarica nella zona settentrionale. In base alle elaborazioni effettuate ed alla conseguente calibratura del modello, sono state simulate le piezometrie nell'arco di tempo del 1990, con passi di tempo mensili. Le piezometrie così ottenute sono risultate essere analoghe con quelle reali, sia per le oscillazioni mensili che per la loro distribuzione areale. Il modello ha simulato le direzioni di flusso, il gradiente piezometrico e le quote della falda con una variazione complessiva, dopo un intero anno, riferita alle differenze tra piezometrie reali e quelle simulate del mese di dicembre sull'ordine di 2 m al massimo per l'80% dell'area. Successivamente, visti i buoni risultati ottenuti, è stata effettuata una simulazione su 2 anni consecutivi, il '90 e il '91 con passi di tempo mensili, ipotizzando i dati non disponibili relativi ad alcuni fattori di bilancio. La piezometria così simulata alla fine dei 2 anni, dicembre 1991, è risultata essere analoga come distribuzione territoriale ed oscillazioni mensili con quella reale, mentre sono risultate essere più marcate, in senso negativo, le differenze tra quella reale e quella simulata, comunque sull'ordine di 2 m sul 70% dell'intera area considerata. I risultati ottenuti dall'elaborazione del modello devono essere valutati tenendo presente che vi sono delle disomogeneità dei dati e/o delle imprecisioni riferite a: - distribuzione spaziale di alcuni parametri idrogeologici in quanto desunti indirettamente dalla distribuzione delle tessiture dei corpi costituenti il sottosuolo; - distribuzione spaziale e temporale di alcuni fattori di bilancio, di cui sono note solo le quantità complessive annue e le attribuzioni a generiche entità territoriali; - distribuzione della piezometria reale iniziale riferita a misure effettuate in condizioni statiche, mentre quella simulata si riferisce a condizioni dinamiche; - distribuzione piezometrica reale iniziale con locali anomalie cui non corrispondono analoghe anomalie nei valori dei parametri idrogeologici considerati; - problemi strettamente connessi alla modellistica non facilmente adattabile a complesse situazioni reali, per cui vi sono alcune schematizzazioni riferite, per esempio, alle geometrie dei corpi interessati. L'integrazione e la omogeneizzazione di tali informazioni richiederebbe un notevole dispendio sia in termini di risorse economiche che di tempo per poterle adeguatamente effettuare, probabilmente però senza riuscire ad ottenere un proporzionale miglioramento dei risultati. Data la metodologia adottata è comunque possibile aggiornare, integrare, omogeneizzare i dati in qualsiasi momento. In ogni caso i risultati ottenuti con le simulazioni sono i migliori possibili, in funzione dei dati attualmente disponibili, e comunque validi in base al confronto con la realtà. Si ritiene quindi che in una analisi costi benefici i risultati ottenuti siano buoni. Lo sviluppo di un database e di software originali ha anche permesso di ricostruire, in base ad un notevole numero di pozzi e relative stratigrafie (2784), la distribuzione delle tessiture nei corpi idrogeologici considerati. L'utilizzo di un SIT ha permesso di poter applicare in modo adeguato un modello di simulazione in quanto è stato possibile valutare in modo ottimale la distribuzione dei vari elementi del sistema idrogeologico che sono estremamente articolati sia spazialmente che temporalmente. Inoltre è stato possibile, in tempi relativamente brevi, aggiornare, integrare, migliorare, correggere i dati e conseguentemente la loro relativa distribuzione matriciale.
CAVALLIN, ANGELO
modelli,acque sotterranee, Sistemi Informativi territoriali, banche dati
Italian
Scienze della terra
7
1994/1995
Università degli Studi di Milano
(1995). Sistemi Informativi Territoriali per la valutazione del bilancio del sistema idrogeologico milanese. (Tesi di dottorato, Università degli Studi di Milano, 1995).
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