la modellazione numerica degli acquiferi
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SOLVENTI CLORURATI NELLE FALDE ACQUIFERE: IL PROGETTO “AMIIGA” INTERREG CENTRAL EUROPE E ALTRE ESPERIENZE REGIONALI
Parma, 4 maggio 2018
La modellazione numerica degli acquiferi
Andrea Zanini, Dipartimento di Ingegneria e Architettura, Università degli Studi di Parma
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TAKING COOPERATION FORWARD 2
INDICE
Introduzione ai modelli
Esempio sintetico Modello preliminare dell’acquifero Parmense
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TAKING COOPERATION FORWARD 3
OBIETTIVI DELLA MODELLAZIONE NUMERICA
¢ Fornire uno strumento che permette di prendere decisioni mirate al raggiungimento di un determinato obiettivo, senza violare vincoli sia tecnici che legislativi. Per esempio:¨ Valutazione della posizione ottimale e quantificazione
dell’emungimento di un campo pozzi a scopo idropotabile;
¨ Valutazione dell’impatto di un’opera su un acquifero;
¨ Progettazione di opere di controllo idraulico in siti contaminati (barriere idrauliche, pump and treat, …);
¨ …
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TAKING COOPERATION FORWARD 4
¢ Un modello può essere definito come la versione semplificata della realtà che permette di analizzare le risposte a date sollecitazioni.
¢ Vista la complessità dei fenomeni naturali, il modello richiede la necessità di alcune semplificazioni relative alla geometria del problema, la natura del mezzo poroso, le proprietà del fluido, le condizioni al contorno, …
¢ Differenti ipotesi portano a modelli e risultati differenti.
¢ Il primo passo nella modellazione è la costruzione di un
modello concettuale mirato allo studio di un preciso
problema.
OBIETTIVI DELLA MODELLAZIONE NUMERICA
I modelli numerici forniscono sempre un risultato
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TAKING COOPERATION FORWARD 5
APPROCCIO METODOLOGICO
Obiettivi
Analisi dei dati disponibili
Modello Concettuale
Codice di calcolo
Raccolta dati di campo
Modello Numerico
Calibrazione e analisi di sensitività
Simulazioni di scenari
Analisi incertezza
Mig
lior
amen
to d
el m
odel
lo c
once
ttua
le
Rac
colt
a di
ult
erio
ri d
ati
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TAKING COOPERATION FORWARD 6
MODELLO CONCETTUALE
¢ La selezione di un modello concettuale appropriato e il grado di semplificazione dipende da:1. Obiettivo dello studio
2. Livello di dettaglio dello studio (locale/regionale)
3. Risorse disponibili
4. Dati disponibili
5. Normativa di riferimento
Una volta completato il modello concettuale lo si trasforma in numerico
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TAKING COOPERATION FORWARD 7
MODELLO CONCETTUALE
¢ Geometria dell’acquifero in studio: Confini, Topografia, Stratigrafia
¢ Tipologia del mezzo poroso: Omogeneo? Isotropo? proprietà idrauliche, …
¢ Tipologia di flusso: 1-D, 2-D, 3-D
¢ Proprietà dell’acqua (densità, comprimibilità, …)
¢ Tipologia di acquifero: Confinato, Libero, Semi-confinato
¢ Presenza di sorgenti o di prelievi sia di acqua che di contaminanti all’interno del dominio in studio
¢ Condizioni iniziali
¢ Condizioni al contorno
¢ Analisi in stazionario o in transitorio
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TAKING COOPERATION FORWARD 8
MODELLO NUMERICO
¢ Definizione della geometria e confini (Semplificazioni)¨ Dimensioni planimetriche maglie della griglia di calcolo¨ Numero di strati e loro spessore¨ Condizioni al contorno¨ Stazionario/transitorio¨ Parametri idraulici
¢ Equazioni di bilancio delle variabili in oggetto¢ Equazioni di moto delle variabili in oggetto¢ Equazioni che definiscono il comportamento dei fluidi¢ Equazioni che definiscono le condizioni iniziali (stato di
fatto ad un certo tempo per una determinata variabile, per esempio livello, concentrazione, …)
¢ Equazioni che definiscono le condizioni al contorno (interazioni del dominio oggetto di studio con l’ambiente circostante)
¢ Scelta del software di calcolo
th
SWzh
Kzy
hK
yxh
Kx szzyyxx ¶
¶=-÷
øö
çèæ
¶¶
¶¶
+÷÷ø
öççè
涶
¶¶
+÷øö
çèæ
¶¶
¶¶
( ) ssiij
iji
CqCvxx
CD
xtC
+¶¶
-÷÷ø
öççè
æ
¶¶
¶¶
=¶¶
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TAKING COOPERATION FORWARD 9
INDICE
Introduzione ai modelli
Esempio sintetico Modello preliminare dell’acquifero Parmense
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TAKING COOPERATION FORWARD 10
ESEMPIO: STUDIO DEL MOTO ALL’INTERNO DELL’ACQUIFERO
Can
ale
Flusso
h = 12m
L’acquifero è confinato da due orizzonti impermeabiliLago
h = 12.5 m
Area da studiare Acquifero100 m
100 m
Vista in pianta
Vista in sezione
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TAKING COOPERATION FORWARD 11
ESEMPIO: STUDIO DEL MOTO ALL’INTERNO DELL’ACQUIFERO
Can
ale
Flusso
h = 12m
Definizione della griglia di calcolo 3D:planimetrica e in sezione
Lagoh = 12.5 m
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TAKING COOPERATION FORWARD 12
ESEMPIO: STUDIO DEL MOTO ALL’INTERNO DELL’ACQUIFERO
Vista in pianta
Vista in sezione
Flusso
Ipotesi• Acquifero confinato• Omogeneo, isotropo (Txx = Tyy)• Stazionario (¶h/¶t = 0)• Assenza di termini sorgente (Q=0)
Qth
Syh
Tyx
hT
x yyxx +¶¶×=÷÷
ø
öççè
涶
¶¶
+÷øö
çèæ
¶¶
¶¶
0
0
2
2
2
2
2
=Ñ
=¶¶
+¶¶
h
yh
xh
100 m
100 m
x
y
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TAKING COOPERATION FORWARD 13
ESEMPIO: STUDIO DEL MOTO ALL’INTERNO DELL’ACQUIFERO
Vista in pianta
Vista in sezione Condizione al contorno
Flusso
m100x12m,m0x12.5m,
m100,0,0
====
===¶¶
hh
yyxh
02 =Ñ h
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TAKING COOPERATION FORWARD 14
ESEMPIO: STUDIO DEL MOTO ALL’INTERNO DELL’ACQUIFERO
Vista in pianta
Vista in sezione
Flusso
100 m
100 m
10 m
Proprietà idrauliche:Trasmissività o permeabilità
02 =Ñ h
m100x12m,m0x12.5m,
m100,0,0
====
===¶¶
hh
yyxh
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TAKING COOPERATION FORWARD 15
ESEMPIO: STUDIO DEL MOTO ALL’INTERNO DELL’ACQUIFERO
Acquifero omogeneo e isotropoPermeabilità = 10-4 m/sFlusso = 5·10-4 m3/s = 43 m3/d
02 =Ñ h
m100x12m,m0x12.5m,
m100,0,0
====
===¶¶
hh
yyxh
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TAKING COOPERATION FORWARD 16
ESEMPIO: STUDIO DEL MOTO ALL’INTERNO DELL’ACQUIFERO
Acquifero eterogeneoPermeabilità media = 10-4 m/s
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TAKING COOPERATION FORWARD 17
ESEMPIO: STUDIO DEL MOTO ALL’INTERNO DELL’ACQUIFERO
Traiettorie in avanti
0=÷÷ø
öççè
涶
¶¶
+÷øö
çèæ
¶¶
¶¶
yh
Tyx
hT
x yyxx
m100x12m,m0x12.5m,
m100,0,0
====
===¶¶
hh
yyxh
Acquifero eterogeneo
x
y
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TAKING COOPERATION FORWARD 18
ESEMPIO: STUDIO DEL MOTO ALL’INTERNO DELL’ACQUIFERO
Pozzo in fase di estrazioneFlusso = 115 m3/d
Traiettorie in avanti
Qyh
Tyx
hT
x yyxx =÷÷ø
öççè
涶
¶¶
+÷øö
çèæ
¶¶
¶¶
/d43m Q
m100x12m,m0x12.5m,
m100,0,0
3=
====
===¶¶
hh
yyxh
x
y
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TAKING COOPERATION FORWARD 19
ESEMPIO: STUDIO DEL MOTO ALL’INTERNO DELL’ACQUIFERO
Pozzo in fase di estrazioneTraiettorie all’indietro
Qyh
Tyx
hT
x yyxx =÷÷ø
öççè
涶
¶¶
+÷øö
çèæ
¶¶
¶¶
/d43m Q
m100x12m,m0x12.5m,
m100,0,0
3=
====
===¶¶
hh
yyxh
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TAKING COOPERATION FORWARD 20
ESEMPIO: STUDIO DEL MOTO ALL’INTERNO DELL’ACQUIFERO
Pozzo in fase di immissione
Qyh
Tyx
hT
x yyxx =÷÷ø
öççè
涶
¶¶
+÷øö
çèæ
¶¶
¶¶
/d43m- Q
m100x12m,m0x12.5m,
m100,0,0
3=
====
===¶¶
hh
yyxh
![Page 21: La modellazione numerica degli acquiferi](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081606/62c3a3972c3e4955aa645713/html5/thumbnails/21.jpg)
TAKING COOPERATION FORWARD 21
ESEMPIO: STUDIO DEL MOTO ALL’INTERNO DELL’ACQUIFERO
Barriera fisica
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TAKING COOPERATION FORWARD 22
ESEMPIO: STUDIO DEL MOTO ALL’INTERNO DELL’ACQUIFERO
Barriera fisica con elemento di barriera reattiva centrale
Areacontaminata
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TAKING COOPERATION FORWARD 23
SIMULAZIONE DI TRASPORTO DI CONTAMINANTE
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TAKING COOPERATION FORWARD 24
INDAGINI
All’aumentare del livello di dettaglio aumentano le informazioni necessarie per completare il modello
¢ Ricostruzione geologica e idrostratigrafica
¢ Realizzazione nuovi sondaggi
¢ Analisi dei livelli osservati nei punti di monitoraggio
¢ Analisi dei livelli dei corsi d’acqua
¢ Studio delle influenze tra corpi idrici superficiali e sotterranei
¢ Individuazione delle direzioni dei flussi e loro quantificazione
¢ Prove sugli acquiferi
¢ Stima dei parametri idraulici
¢ Analisi isotopiche
¢ Analisi dei contaminanti eventualmente presenti
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TAKING COOPERATION FORWARD 25
INDICE
Introduzione ai modelli
Esempio sintetico Modello preliminare dell’acquifero Parmense
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TAKING COOPERATION FORWARD 26
MODELLO NUMERICO PRELIMINARE A GRANDE SCALA
FUA: 580 km2
Parma: 260 km2
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TAKING COOPERATION FORWARD 27
SEZIONI GEOLOGICHE
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TAKING COOPERATION FORWARD 28
MODELLO NUMERICO PRELIMINARE A GRANDE SCALA
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TAKING COOPERATION FORWARD 29
SONDAGGIO
Acquifero oggetto dello studio
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TAKING COOPERATION FORWARD 30
GRIGLIA DI CALCOLO
Celle totali: 50000Celle attive: 30934
righe: 200colonne: 125
DX = DY = 200 m
strati:2
Area attiva: 612 km2 25 km40 k
m
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TAKING COOPERATION FORWARD 31
MODELLO REGIONALE DTM
![Page 32: La modellazione numerica degli acquiferi](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081606/62c3a3972c3e4955aa645713/html5/thumbnails/32.jpg)
TAKING COOPERATION FORWARD 32
BASE STRATO 2
A
A’
A A’
![Page 33: La modellazione numerica degli acquiferi](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081606/62c3a3972c3e4955aa645713/html5/thumbnails/33.jpg)
TAKING COOPERATION FORWARD 33
DETTAGLIO GRIGLIA DI CALCOLO
![Page 34: La modellazione numerica degli acquiferi](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081606/62c3a3972c3e4955aa645713/html5/thumbnails/34.jpg)
TAKING COOPERATION FORWARD 34
CONDIZIONI AL CONTORNO
Po River Station
Upstream BC
![Page 35: La modellazione numerica degli acquiferi](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081606/62c3a3972c3e4955aa645713/html5/thumbnails/35.jpg)
TAKING COOPERATION FORWARD 35
RISULTATI CALIBRAZIONE
![Page 36: La modellazione numerica degli acquiferi](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081606/62c3a3972c3e4955aa645713/html5/thumbnails/36.jpg)
TAKING COOPERATION FORWARD 36
RISULTATI CALIBRAZIONE
![Page 37: La modellazione numerica degli acquiferi](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081606/62c3a3972c3e4955aa645713/html5/thumbnails/37.jpg)
TAKING COOPERATION FORWARD 37
RISULTATI CALIBRAZIONE
111 osservazioni
m18.01ME1
-=-= å=
N
iii HoHc
N
m82.01MAE1
=-= å=
N
iii HoHc
N
( ) m31.11RMSE1
2 =-= å=
N
iii HoHc
N
( )%36.1
1
nRMSE 1
2
=-
-=
å=
MINHoMAXHo
HoHcN
N
iii
![Page 38: La modellazione numerica degli acquiferi](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081606/62c3a3972c3e4955aa645713/html5/thumbnails/38.jpg)
TAKING COOPERATION FORWARD 38
RISULTATI CALIBRAZIONE
![Page 39: La modellazione numerica degli acquiferi](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081606/62c3a3972c3e4955aa645713/html5/thumbnails/39.jpg)
TAKING COOPERATION FORWARD 39
RISULTATI CALIBRAZIONE
Primavera 2016
![Page 40: La modellazione numerica degli acquiferi](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081606/62c3a3972c3e4955aa645713/html5/thumbnails/40.jpg)
TAKING COOPERATION FORWARD 40
TRACCIAMENTO ALL’INDIETRO
![Page 41: La modellazione numerica degli acquiferi](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081606/62c3a3972c3e4955aa645713/html5/thumbnails/41.jpg)
TAKING COOPERATION FORWARD 41
ATTIVITÀ FUTURE
• Utilizzo dei nuovi sondaggi realizzati nel 2017 per migliorare il modello concettuale
• Sviluppo di un modello numerico di dettaglio sull’area pilota di Parma
• Taratura del modello numerico utilizzando i dati raccolti in campo nel 2017-2018
• Analisi delle potenziali aree sorgenti della contaminazione
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TAKING COOPERATION FORWARD 42
GRAZIE PER L’ATTENZIONE
Ing. Andrea ZaniniDipartimento di Ingegneria Civile, dell’Ambiente, del Territorio e Architettura, Università degli Studi di Parma
Harlow Shapley
+0521 905931