Modellazione del flusso idrico nel sottosuolo dell'area industriale ravennate
Autore
Stefano Bulgarelli - Università degli Studi di Bologna - [2000-01]
Documenti
Abstract
In questo studio si sono cercati di illustrare tutti i passi e gli accorgimenti necessari nell’allestimento di un modello numerico atto a simulare e verificare un ambiente idrogeologico complesso e prevederne le eventuali risposte in seguito a variazioni delle condizioni al contorno.
Partendo dalla trattazione teorica dei modelli numerici con particolare riferimento a quelli per lo studio del flusso delle acque sotterranee, si è proposto un esempio concreto di discretizzazione di un’area ritagliata all’interno del complesso sistema idrografico ravennate, nei pressi dell’importante distretto chimico, con la determinazione in regime stazionario dei parametri idrogeologici.
L’elaborazione delle equazioni fondamentali del flusso nel mezzo poroso, assunto tale per semplicità di calcolo con ausilio di adeguate approssimazioni, vengono risolte da algoritmi iterativi, che hanno lo scopo di raggiungere una convergenza progressiva dei risultati, fino a definire la più probabile delle soluzioni possibili (in termini di livelli piezometrici) per il modello avente le condizioni al contorno impostate.
Per modellizzare un’area è necessario conoscere, nel miglior modo possibile, tutti gli elementi che intervengono sul sistema idrogeologico. La continua mutevolezza del sistema fisico studiato e i contrasti profondi che vi sono al suo interno (importanti zona umide naturali affiancate da un polo petrolchimico di importanza mondiale) ha reso non pochi problemi in fase preliminare di acquisizione dei dati utili per la modellazione.
Nello studio si sono analizzati i vari elementi che definiscono il sistema per permettere la costruzione del modello concettuale del territorio. Di ogni elemento è stata ricostruita la distribuzione spaziale (sia orizzontale sia verticale) grazie alle tecnologie GIS, direttamente integrate nel software grafico utilizzato (GMS).
Gli elementi che definiscono la struttura del sistema idrogeologico sono i parametri geometrici (profondità e spessore delle stratificazioni, localizzazione spaziale dei contorni della zona, posizionamento delle idrovore presenti sul territorio) ed i parametri idrogeologici (permeabilità del terreno, conduttanza del fondo degli scoli e altezza dei livelli nei corpi d’acqua).
La definizione di questi parametri, durante il processo di calibrazione in regime permanente, ha lo scopo di rendere il più possibile confrontabili le risposte del modello numerico rispetto a quanto osservato sul terreno, definito tramite la simulazione del “modello concettuale” della zona in studio.
È stata posta particolare attenzione alla ricostruzione delle geometrie dei corpi geologici sottostanti la zona, attraverso l’analisi di una serie di colonne litostratigrafiche, derivati dalla costruzione dei pozzi piezometrici. La ricostruzione tridimensionale del suolo ha permesso una miglior corrispondenza dei risultati alla realtà fisica in esame.
Dopo aver caratterizzato il sistema idrogeologico, è stato applicato il modello matematico di flusso tridimensionale a differenze finite, con l’impiego del software più utilizzato in questo campo: MODFLOW.
Sono state ricostruite varie situazioni, utilizzando diverse condizioni al contorno, si sono ipotizzati stress esterni riconducibili a situazioni reali nel corso dell’anno. Si sono supposte condizioni medie e di magra delle altezze d’acqua nei canali e condizioni “estreme” di marea (massimo positivo e minimo negativo).
L’applicazione del modello all’area in studio ha così permesso di valutare quale delle caratteristiche idrogeologiche incida maggiormente e in che proporzione, o meglio, quali siano le interazioni tra le varie componenti che determinano l’evoluzione della falda.
La potenzialità di applicazione del modello è quella di essere un valido strumento di controllo, cioè utilizzabile per la simulazione dell’evoluzione della falda con diverse condizioni al contorno.
L’obiettivo di questo lavoro è stato, dunque, quello di fornire una serie di indicazioni di massima in merito alle possibili applicazioni dei modelli numerici sul territorio analizzato, con particolare riguardo ai limiti ed ai rischi che l’uso di questo strumento informatico può comportare, a fronte di innegabili vantaggi interpretativi ottenibili eseguendo la simulazione correttamente e nel modo più accurato possibile.
Questo esempio non solo costituisce un punto di partenza per future simulazioni in regime transitorio e modelli previsionali, ma evidenzia quanto sia operazione delicata l’allestimento di un modello numerico e quanto l’accuratezza nella definizione dei suoi parametri di base sia direttamente proporzionale ai potenziali successi interpretativi che possano scaturire.
In conclusione dell’elaborato, si riportano i risultati di uno studio di trasporto di inquinanti in falda sulla stessa zona tramite, infine si faranno ipotesi di bonifica, facendo diretto riferimento al D.M. 471/99.
Partendo dalla trattazione teorica dei modelli numerici con particolare riferimento a quelli per lo studio del flusso delle acque sotterranee, si è proposto un esempio concreto di discretizzazione di un’area ritagliata all’interno del complesso sistema idrografico ravennate, nei pressi dell’importante distretto chimico, con la determinazione in regime stazionario dei parametri idrogeologici.
L’elaborazione delle equazioni fondamentali del flusso nel mezzo poroso, assunto tale per semplicità di calcolo con ausilio di adeguate approssimazioni, vengono risolte da algoritmi iterativi, che hanno lo scopo di raggiungere una convergenza progressiva dei risultati, fino a definire la più probabile delle soluzioni possibili (in termini di livelli piezometrici) per il modello avente le condizioni al contorno impostate.
Per modellizzare un’area è necessario conoscere, nel miglior modo possibile, tutti gli elementi che intervengono sul sistema idrogeologico. La continua mutevolezza del sistema fisico studiato e i contrasti profondi che vi sono al suo interno (importanti zona umide naturali affiancate da un polo petrolchimico di importanza mondiale) ha reso non pochi problemi in fase preliminare di acquisizione dei dati utili per la modellazione.
Nello studio si sono analizzati i vari elementi che definiscono il sistema per permettere la costruzione del modello concettuale del territorio. Di ogni elemento è stata ricostruita la distribuzione spaziale (sia orizzontale sia verticale) grazie alle tecnologie GIS, direttamente integrate nel software grafico utilizzato (GMS).
Gli elementi che definiscono la struttura del sistema idrogeologico sono i parametri geometrici (profondità e spessore delle stratificazioni, localizzazione spaziale dei contorni della zona, posizionamento delle idrovore presenti sul territorio) ed i parametri idrogeologici (permeabilità del terreno, conduttanza del fondo degli scoli e altezza dei livelli nei corpi d’acqua).
La definizione di questi parametri, durante il processo di calibrazione in regime permanente, ha lo scopo di rendere il più possibile confrontabili le risposte del modello numerico rispetto a quanto osservato sul terreno, definito tramite la simulazione del “modello concettuale” della zona in studio.
È stata posta particolare attenzione alla ricostruzione delle geometrie dei corpi geologici sottostanti la zona, attraverso l’analisi di una serie di colonne litostratigrafiche, derivati dalla costruzione dei pozzi piezometrici. La ricostruzione tridimensionale del suolo ha permesso una miglior corrispondenza dei risultati alla realtà fisica in esame.
Dopo aver caratterizzato il sistema idrogeologico, è stato applicato il modello matematico di flusso tridimensionale a differenze finite, con l’impiego del software più utilizzato in questo campo: MODFLOW.
Sono state ricostruite varie situazioni, utilizzando diverse condizioni al contorno, si sono ipotizzati stress esterni riconducibili a situazioni reali nel corso dell’anno. Si sono supposte condizioni medie e di magra delle altezze d’acqua nei canali e condizioni “estreme” di marea (massimo positivo e minimo negativo).
L’applicazione del modello all’area in studio ha così permesso di valutare quale delle caratteristiche idrogeologiche incida maggiormente e in che proporzione, o meglio, quali siano le interazioni tra le varie componenti che determinano l’evoluzione della falda.
La potenzialità di applicazione del modello è quella di essere un valido strumento di controllo, cioè utilizzabile per la simulazione dell’evoluzione della falda con diverse condizioni al contorno.
L’obiettivo di questo lavoro è stato, dunque, quello di fornire una serie di indicazioni di massima in merito alle possibili applicazioni dei modelli numerici sul territorio analizzato, con particolare riguardo ai limiti ed ai rischi che l’uso di questo strumento informatico può comportare, a fronte di innegabili vantaggi interpretativi ottenibili eseguendo la simulazione correttamente e nel modo più accurato possibile.
Questo esempio non solo costituisce un punto di partenza per future simulazioni in regime transitorio e modelli previsionali, ma evidenzia quanto sia operazione delicata l’allestimento di un modello numerico e quanto l’accuratezza nella definizione dei suoi parametri di base sia direttamente proporzionale ai potenziali successi interpretativi che possano scaturire.
In conclusione dell’elaborato, si riportano i risultati di uno studio di trasporto di inquinanti in falda sulla stessa zona tramite, infine si faranno ipotesi di bonifica, facendo diretto riferimento al D.M. 471/99.
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