Thèses sur le sujet « Bilancio delle acque sotterranee »

The aim of the project is the analysis of the groundwater balance in the Lombardy plain. The project is based on the use of methodologies which take into account the aquifer input and output variations according to climate change. The study area is the Lombardy plain (Northern Italy) which extends from the Ticino river (westward) to the Oglio river (towards the East). Prealpine reliefs border the area to the North and the Po river delimits it to the South. It’s about 6.900 Km2. The surface-water network in the study area is very complex with rivers, canals and fontanili (springs). In this area there is a heterogeneous alluvial aquifer. A regional groundwater flow model is used to analyze the groundwater availability in the study area. The developed model uses 3D geostatistical reconstructions of aquifer parameters (hydraulic conductivity and porosity) based on stratigraphic data collected in TANGRAM (a water wells database). Modflow 2005 is used to implement groundwater flow model and Soil Water Balance code is used to calculate aquifer recharge. Both codes have been created by U.S.G.S.. Main steps of the developed project are: • Data collection; • Conceptual model development; • Mathematical model development and calibration. A wide variety of hydrogeologic data have been collected: georeferenced stratigraphic data (8.492), monthly piezometric levels, daily rivers levels and flows, daily meteo-climatic data, study area land use and soil properties. Conceptual model of the study area is based on a detailed data analysis; it has been focused on the study of the temporal correlations between piezometric level and the fluctuations of groundwater budget input and output. Data confirm that groundwater budget varies along the study area. Furthermore, monthly piezometric levels (2001-2005) from Regional Monitoring Network have been interpolated to rebuild regional water table and groundwater flow. On the other hand, as said before, aquifers geometry and hydraulic conductivity distribution have been extracted from 3D geostatistical reconstruction of aquifer characteristics. Main aspects of a mathematical model are: • Grid assessment; • Boundary condition settings; • Hydraulic conductivity distribution. Study area is discretized into 207 rows, 333 columns and 107 changeable thickness layers. Cells are 500 x 500 m. Boundary conditions, from West to East, are the Ticino, Adda and Oglio rivers to act as head dependent flow boundary type (Cauchy); to the South, the Po river is used as specified head boundary type (Dirichlet). Hydraulic conductivity distribution reflects the heterogeneity of the analyzed system. Soil Water Balance (SWB) code has been used to calculate spatial and temporal variations in groundwater recharge. SWB allows to estimate recharge by use of land cover and soil properties in combination with climatological data. Monthly piezometric levels from Regional Monitoring Network have been used as calibration targets. Model results highlight that groundwater flow models are a good method to analyze groundwater budget in Lombardy Plain. At the moment, the model reproduces groundwater natural system well. It results that a detailed evaluation of groundwater recharge is more important to describe groundwater budget than a detailed reconstruction of aquifer heterogeneity. On the other hand, it’s necessary to collect more data regarding withdrawals to analyze more deeply anthropic influences on the system.

Il lavoro di tesi è stato svolto presso l’azienda Ecosurvey® - 3000 Srl, con sede a Bologna. Ecosurvey® fornisce servizi e consulenze nel campo della geologia e delle scienze ambientali e opera in diversi ambiti, tra cui le bonifiche del suolo, del sottosuolo e delle acque sotterranee. L’inquinamento del suolo e del sottosuolo è, infatti, il contesto dello studio di questa tesi. Tale inquinamento è persistente: con riferimento ai fenomeni di contaminazione, il sottosuolo registra la storia industriale di un sito. L’approccio che tenta di coniugare i bisogni dell’uomo nella società con il rispetto dell’ambiente è lo sviluppo sostenibile, ovvero, secondo la World Commission on Environment and Development, uno sviluppo che soddisfa i bisogni del presente senza compromettere la possibilità delle generazioni future di soddisfare i propri. Tra i molti ambiti in cui si applica il concetto di sostenibilità, è da ricordare quello delle bonifiche dei siti contaminati. A tal proposito, l’United States Environmental Protection Agency nel 2008 ha introdotto il concetto di “green remediation” come la pratica del considerare tutti gli effetti ambientali di un’azione di bonifica, includendo nel processo opzioni in grado di minimizzarne l’impronta ambientale. Nel 2013 la società Battelle, con i servizi tecnici ambientali di U.S. Navy, e U.S. Army Corps of Engineers ha sviluppato un applicativo denominato SiteWiseTM per la valutazione degli impatti ambientali associati alle tecnologie di bonifica delle acque sotterranee. Nell’ambito di questa tesi, in riferimento ad un intervento di bonifica presso un impianto di produzione di bitumi in attività, contaminato da idrocarburi, idrocarburi aromatici e composti organo-clorurati, con l’applicativo sono stati esaminati i principali indicatori dell’impronta ecologica (emissioni di gas serra, di ossidi di azoto, di zolfo e di polveri sottili; consumi di acqua, suolo ed energia) per tre diverse opzioni di bonifica, effettuandone poi il confronto.

Ai nostri giorni le aree costiere risultano particolarmente sensibili perché sottoposte ad alcune fonti di stress, quali la salinizzazione degli acquiferi e la naturale ed antropica modificazione del territorio costiero. Questo lavoro indaga gli effetti dell’incendio del 2012 nella Pineta costiera di Lido di Dante (Ravenna) sull’acquifero costiero superficiale. Sono stati effettuati i rilievi in campo della tavola d’acqua, della conduttitivà elettrica e del pH nei mesi di novembre 2014 e luglio 2015. I campioni di acqua sono stati prelevati grazie alla tecnologia dei minifiltri, un sistema di campionamento multilivello molto preciso e rapido. Il campionamento comprende 3 transetti di minifiltri ubicati nella zona bruciata della pineta e un transetto di controllo nella zona verde della pineta, dove la vegetazione è intatta. Dall’elaborazione grafica di questi valori sono state ottenute delle isolinee rappresentative di valori soglia per le acque dolci, salmastre, salate, a pH 7.5 tipico delle acque meteoriche e a pH 8 tipico dell’acqua di mare. I valori di conduttività elettrica rapportati alla topografia e alla tavola d’acqua mostrano la formazione di lenti di acqua dolce nella zona dove la vegetazione è scomparsa a causa dell’incendio. Acque dolci assenti nella zona verde a causa della vegetazione e della sua attività evapotraspirativa. Le isolinee ottenute dal pH spiegano invece l’effetto delle ceneri dell’incendio dilavate dalle acque meteoriche e le differenze con la zona ancora ricoperta da vegetazione. I parametri analizzati risultano determinanti nella valutazione dello stato di salute della risorsa acquifera della costiera romagnola minacciata dalla salinizzazione e dalla modificazione del pH.

The thesis is framed within the field of the stochastic approach to flow and transport themes of solutes in natural porous materials. The methodology used to characterise the uncertainty associated with the modular predictions is completely general and can be reproduced in various contexts. The theme of the research includes the following among its main objectives: (a) the development of a Global Sensitivity Analysis on contaminant transport models in the subsoil to research the effects of the uncertainty of the most important parameters; (b) the application of advanced techniques, such as Polynomial Chaos Expansion (PCE), for obtaining surrogate models starting from those which conduct traditionally developed analyses in the context of Monte Carlo simulations, characterised by an often not negligible computational burden; (c) the analyses and the understanding of the key processes at the basis of the transport of solutes in natural porous materials using the aforementioned technical and analysis resources. In the complete picture, the thesis looks at the application of a Continuous Injection transport model of contaminants, of the PCE technique which has already been developed and applied by the thesis supervisors, by way of numerical code, to a Slug Injection model. The methodology was applied to the aforementioned model with original contribution deriving from surrogate models with various degrees of approximation and developing a Global Sensitivity Analysis aimed at the determination of Sobol’ indices.

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.

Lo scopo di questo elaborato è quello di illustrare le possibili opzioni di mitigazione per far fronte alla problematica dell’inquinamento diffuso delle acque derivato dal rilascio di nitrati di origine prevalentemente agricola. Le opzioni di mitigazione sono necessarie ad evitare il deterioramento sia sotto il profilo qualitativo che quantitativo. Nel primo capitolo vengono presentate le normative di riferimento sia a livello Europeo che a livello Nazionale. A livello Europeo viene esaminata la Direttiva 91/676/CEE “Direttiva sui nitrati”, la Direttiva 75/440/CEE per la qualità delle acque e la Direttiva 2000/60/CEE “Direttiva quadro sulle acque”. A livello Nazionale la Direttiva 2000/60/CE è stata recepita con l’emanazione del Decreto Legislativo 152/2006. Nel secondo capitolo viene presentata una panoramica sulle possibili opzioni di mitigazione per ridurre la quantità di nitrati presenti nelle acque sotterranee e superficiali, provenienti dall’attività agricola. Queste opzioni vengono suddivise in base all’ambito in cui è possibile intervenire per migliorare la qualità dell’acqua e dell’ecosistema.

Il presente lavoro di tesi è stato svolto a seguito delle indagini geognostiche previste per un progetto ingegneristico volto alla riqualificazione con caratteristiche autostradali della SP46 Rho-Monza e del preesistente sistema autostradale A8/A52, la cui area interessata dai lavori è ubicata nella parte Nord del comune di Milano. Lo studio è stato finalizzato alla valutazione, attraverso metodologie e tecnologie specifiche, delle caratteristiche idrodinamiche delle acque sotterranee presenti nella zona oggetto dei lavori. A seguito di misure sul livello piezometrico della falda, compiute dopo la realizzazione di 8 piezometri, è stata realizzata (con l’ausilio del software Surfer 8.0® – Golden Software Inc.) una mappa relativa all’andamento delle isopieze e dei gradienti di flusso, attraverso interpolazione spaziale con metodo Kriging delle misure. La ricostruzione dell’assetto della falda così ottenuto ha permesso di fornire utili indicazioni riguardo le successive scelte progettuali.

La grotta di Bossea si trova nel comune di Frabosa Sottana, in provincia di Cuneo (Piemonte). Fa parte di un sistema carsico caratterizzato da una complessa storia tettonica che ha portato le successioni carbonatiche, originariamente sedimentatesi sopra un substrato di età permocarbonifero (porfiroidi e quarziti impermeabili), a trovarsi segmentate in affioramenti separati tra di loro da lineazioni tettoniche delimitanti compartimenti idrogeologici indipendenti. La grotta ha uno sviluppo complessivo di oltre 2,5 km e ospita un laboratorio scientifico sotterraneo deputato al monitoraggio delle acque sotterranee. Il presente elaborato mira ad interpretare i processi determinanti il comportamento idrologico di una porzione di insaturo, sovrastante una venuta secondaria (stillicidio), tramite l’analisi degli idrogrammi e chemogrammi rilevati in modo continuo tra gli anni 2003 e 2016. All’analisi dei dati continui saranno integrate analisi chimiche delle acque raccolte in modo discreto lungo gli anni esaminati. Saranno determinati, tramite l’utilizzo di due diversi modelli (legge cubica di Darcy e modello frattale), la porosità effettiva del sistema di flusso fratturato, caratterizzando la geometria del reticolo di fratture. Il confronto tra i due modelli mostrerà che la distribuzione della rete di fratture può essere rappresentata tramite un modello frattale, dove gli elementi ad ampiezza maggiore (0,005 m) sono in numero piccolissimo rispetto alle fratture con ampiezza minore (0,0001 m). L’analisi delle curve di recessione della portata hanno mostrato che la risposta idrologica dello stillicidio dipende dalle condizioni di saturazione precedenti l’evento infiltrativo, evidenziando il fenomeno del pistonaggio. I principali eventi di infiltrazione interagiscono con le acque residenti nella rete di fratture solo tramite la manifestazione dell’onda di pressione che rimobilizza l’acqua di ristagno, senza causare mixing tra le acque di neoinfiltrazione e quelle già presenti.

Per la realizzazione di questo studio sono stati cercati i dati riguardanti le caratteristiche chimico-fisiche delle acque sotterranee raccolti dalle ARPA di Piemonte, Lombardia, Veneto, Friuli-Venezia Giulia ed Emilia-Romagna nel 2018. I dati ottenuti sono stati elaborati per costituire un unico database e, per ottenere questo risultato, è stato necessario omogeneizzare il più possibile i dati originali, che erano eterogenei in termini di parametri analizzati, completezza dei dati, coordinate geografiche dei punti di campionamento e limiti di rilevabilità individuati per ciascun elemento. Sono stati stabiliti sei gruppi di campioni, distinti in funzione della tipologia di acquifero in cui circolano le acque (freatico, semiconfinato, confinato) e della stagione di campionamento (primavera-estate, autunno- inverno). I campioni sono stati classificati in funzione della temperatura, del pH, della durezza e della conducibilità elettrica. Le acque sono state classificate in funzione degli ioni dominanti tramite diagrammi di Langelier-Ludwig e sono stati analizzati, tramite cartografie, i principali ioni disciolti, per valutare l’origine delle acque. Sono state valutate anche le concentrazioni di NO3-, NH4+, Fe2+, Mn2+, As3+, Crtotale, Cr VI, Ni2+, Zn2+. Le acque sono state classificate prevalentemente come Ca-HCO3 e Ca-Mg-HCO3 (90%). A livello locale sono state rilevate acque Na-HCO3, Mg-HCO3, Ca-SO4, Na-Cl e Ca-Cl. Negli acquiferi freatici sono state riscontrate contaminazioni da NO3- ed elevate concentrazioni di Na+, K+ e NH4+ attribuibili a fonti antropiche. Negli acquiferi confinati sono stati rilevati valori superiori ai limiti normativi di NH4+, Fe2+, Mn2+, As3+, riconducibili a processi naturali di degradazione della materia organica. Lo stesso è stato riscontrato per il cromo e il nichel, rilevati in concentrazioni elevate in corrispondenza di affioramenti ofiolitici. Non sono state trovate giustificazioni per gli elevati valori di Zn.

Il presente lavoro si propone di descrivere ed analizzare le indagini eseguite in corrispondenza del sito denominato area ex caserma Staveco di Bologna allo scopo di ricostruire il modello idrogeologico dell’area e caratterizzare dal punto di vista qualitativo le acque sotterranee soggiacenti il sito. Per quanto concerne tale aspetto sono stati eseguiti 3 sondaggi a carotaggio continuo successivamente predisposti di piezometro tipo Norton. Per quanto riguarda l'aspetto geologico l'area è stata indagata tramite 15 sondaggi a carotaggio continuo fino a profondità di -5 m dal p.c., 2 sondaggi a 30 m dove è stata svolta la prova S.P.T e 6 prove penetrometriche statiche con piezocono fino a -30 m da p.c. Inoltre, sono state analizzate le caratteristiche idrochimiche delle acque tramite parametri chimici misurati in sito e confrontati con i rispettivi limiti di contaminazione secondo il Decreto Legislativo 152 del 2006. Grazie al campionamento di tali acque sono state svolte anche analisi di laboratorio ai fini di valutare un impatto antropico sulla falda più superficiale, infine, si è proceduto tramite misure freatimetriche alla misura del livello della falda e alla determinazione del gradiente idraulico. Nell'area di studio, è stata riscontrata una concentrazione di idrocarburi totali superiore al limite consentito e grazie allo studio dei livelli piezometrici emerge un basso piezometrico riconducibile ad un effetto drenante attribuibile al canale Aposa.

Per molto tempo le risorse di acque sotterranee e quelle di acque superficiali sono state considerate e gestite come due entità a sé stanti; in realtà questi due corpi d’acqua rappresentano le componenti di un’unica risorsa: qualsiasi genere di impatto su una delle due andrà ad influire inevitabilmente sulla quantità o sulla qualità dell’altra. Lo scopo di questa tesi è quello di comprendere che grado di interazione esiste tra i Fiumi Uniti e l’acquifero costiero ravennate mediante due approcci distinti: (1) con l’analisi di profili termici teorici e ottenuti dal monitoraggio di misure termometriche in quattro piezometri, si intende ottenere informazioni riguardanti i flussi idrici sotterranei, (2) con la modellazione numerica dell’area nei pressi dei Fiumi Uniti (mediante Processing Modflow) è possibile ottenere una stima dei flussi sotterranei dal fiume verso l’acquifero nella zona di riferimento. Inoltre durante il monitoraggio del mese di settembre 2015 è stato installato un diver, ad una profondità di -7,4 m, in uno dei piezometri per ottenere un monitoraggio continuo per tutto il mese di ottobre. I dati termici rilevati in campo hanno permesso di confermare l’esistenza di un’importante interazione tra i corsi d’acqua presi in esame e l’acquifero costiero ravennate, testimoniato dall’ampia variazione di temperatura negli strati più superficiali. Inoltre tra il 10 e l’11 ottobre è stata registrata un’anomalia termica causata da un flusso orizzontale di acqua più calda in prossimità del piezometro proveniente dai Fiumi Uniti mediante trasporto per avvezione: tale anomalia viene registrata circa 2 giorni dopo una piena dei Fiumi Uniti. Grazie alla modellazione numerica è stato possibile confermare le tempistiche con cui l’acqua percorre la distanza tra il fiume e il piezometro preso in considerazione.

Molte attività antropiche danno origine a problemi ambientali per i quali è necessario trovare soluzioni. La presenza di sostanze indesiderabili nell'acqua, infatti, può rappresentare un rischio per la salute e l'igiene sia degli uomini che degli animali. È quindi fondamentale trovare metodi per evitare gli inquinanti di queste matrici, in modo da renderli compatibili con il mantenimento di condizioni ambientali adeguate e salutari. Questa tesi si propone di valutare la qualità delle acque sotterranee di un'area in cui la qualità dell'acqua non è mai stata studiata, in particolare indagando la presenza di pesticidi e nitrati al fine di comprendere l’impatto della viticoltura sull'inquinamento delle acque sotterranee. Questo studio nasce dalla necessità di migliorare la governance delle acque e di implementare le migliori pratiche di gestione e misure di mitigazione per prevenire l'inquinamento delle acque e quello ambientale. I risultati degli studi di monitoraggio hanno mostrato una contaminazione delle acque sotterranee da parte di pesticidi e nitrati e quindi è stata effettuata una valutazione della fonte di contaminazione da pesticidi e nitrati attraverso studi isotopici di N e O di NO3-, e attraverso analisi idrologiche utilizzando il modello CRITERIA 3D. Come una delle principali conclusioni del lavoro si può affermare che la presenza di pesticidi nelle acque sotterranee in un’area ad attività vitivinicola intensa, non può essere correlata solo alle proprietà e al destino chimico-ambientale delle sostanze o alle condizioni pedoclimatiche, ma anche al comportamento dell'utilizzatore finale. In effetti, la fonte di contaminazione valutata, è risultata essere dovuta sia a una contaminazione diffusa che a una contaminazione puntiforme. Per quanto riguarda l'influenza della fertilizzazione a base di azoto sulla presenza di nitrati nelle acque sotterranee, i risultati hanno mostrato un'elevata vulnerabilità dell'acquifero ai cambiamenti esterni. Dalle indagini isotopiche è emerso che la maggior parte dell'NO3- rilevato nelle acque sotterranee, deriva dall'utilizzo di fertilizzanti azotati inorganici, in accordo con le pratiche di uso del suolo e di viticoltura dichiarate dagli agricoltori della zona. Il risultato più importante dello studio, tuttavia, è stato che alla fine del processo, l'approccio multi-actor e la strategia di coinvolgimento adottati, hanno avuto successo nel migliorare gli atteggiamenti verso pratiche più sostenibili.
Many anthropic activities give rise to environmental problems for which it is necessary to find solutions. The presence of undesirable substances in water, indeed, can pose a risk to the health and hygiene of both men and animals. It is, therefore, essential to find methods in order to avoid pollutants from these matrices, so as to make them compatible with the maintenance of healthy environmental conditions. This thesis aims to assessing the groundwater quality of an area in which the quality of water was never studied, particularly investigating the occurrence of pesticides and nitrate in order to understand the grant of viticulture on water pollution. This study derives from the necessity to improve the water governance and to implement the best management practices and mitigation measures to prevent groundwater and environmental pollution. The results of monitoring studies showed a contamination of groundwater by pesticides and nitrate and thus an evaluation of PPPs and nitrates source contamination was carried out through isotopic studies of N and O of NO3- , and through hydrologic analysis by use of the model CRITERIA 3D. As one of the main conclusions of the work, the occurrence of PPPs in groundwater in areas with intensive viticultural activities cannot be related just to chemical environmental fate properties or pedoclimatic conditions, but also to end-user behavior. In fact, the contamination source evaluated, resulted to be due to both diffuse and point-source contamination. For what concerns the influence of nitrogen-based fertilization on nitrate occurrence in groundwater, the results showed a high vulnerability of the aquifer to external changes. Isotopic investigations showed that most of the NO3- detected in the groundwater, derived from the use of inorganic nitrogen fertilizers, in agreement with the land use and viticulture practices declared by the farmers. The most important result of the study, however, was that at the end of the overall process, the multi-actor approach and engagement strategy adopted were successful in improving attitudes to more sustainable practices.

Nel Comune di Ravenna, oltre 6.800 ettari di terreni agricoli sono a rischio salinizzazione, a causa dell’alta salinità delle acque sotterranee presenti all’interno dell’acquifero freatico costiero. L'area è interessata da subsidenza naturale, per compattazione dei sedimenti alluvionali e antropica, causata dall’estrazione di gas e dall’eccessivo sfruttamento delle acque sotterranee. Ne deriva che la maggior parte di questo territorio è sotto il livello medio del mare e l'agricoltura, così come ogni altra attività umana, è possibile grazie ad una fitta rete di canali di drenaggio che garantiscono il franco di coltivazione. L’agricoltura è una risorsa importante per la zona, ma a causa della scarsa disponibilità di acque dolci e per l’aumento dei processi di salinizzazione dei suoli, necessita di un cambiamento. Servono pratiche agricole sostenibili, con idonei requisiti irrigui, di drenaggio del suolo, di resistenza alla salinizzazione e di controllo del suolo. Dopo un’analisi generale sulle condizioni dell’acquifero, è stato monitorato un transetto di 10km rappresentativo della parte costiera di Ravenna. Infine, con l'obiettivo di comprendere l'interazione tra un canale d'irrigazione e le acque sotterranee, una piccola area agricola (12 ettari), è stata monitorata nel corso del 2011 utilizzando metodi idrologici, geochimici e geofisici. I risultati di questo lavoro mostrano una diffusa salinizzazione della falda freatica, ma anche la presenza di una lente d'acqua dolce spessa 5m, a 400m dalla linea di riva, con caratteristiche chimiche (hydrofacies) tipici di acque continentali e con dimensioni variabili stagionalmente. Questa bolla di acqua dolce si è originata esclusivamente dalle infiltrazioni dal canale d’irrigazione presente, in quanto, il contributo dell’irrigazione superficiale è stato nullo. Sfruttando la rete di canali di drenaggio già presente sarebbe possibile estendere questo processo d’infiltrazione da canale in altre porzioni dell’acquifero allo scopo di ricaricare l’acquifero stesso e limitare la salinizzazione dei suoli.
In the municipality of Ravenna, more than 6800 hectares of farmland are at a risk for soil salinization, because of the high groundwater salinity in the coastal aquifer, which is widespread with the exception of some ephemeral freshwater lenses below the dune belts and in areas far from the land reclamation pumping stations. The area is affected by subsidence both natural due to compaction of alluvial sediments and anthropogenic caused by gas and groundwater over-exploitation. As a result, most of this territory is below mean sea level and agriculture as well as any other human activity is possible thanks to a dense network of drainage channels and land reclamation pumping stations. Agricultural activities in the area are an important asset for the local economy but they are challenged by scarce freshwater resources, water logging, and soil salinization. Sustainable agriculture practices need to address irrigation requirements, land drainage, and soil salinization control. With the aim to understand the interaction between irrigation channel and groundwater, a small agricultural area (12 hectares), was monitored during 2011 by using hydrological, geochemical and geophysical methods. The results of this work shows a widespread salinization of the phreatic aquifer but also the presence of a 4-meters-thick freshwater lens, at 400 meters from the shore line, with chemical characteristics (hydrofacies) typical of river water and that increases size in summer period. This fresh water lens has formed due to seepage from an irrigation channel into the aquifer. The contribution of irrigation water sprayed on top of the land to freshwater aquifer recharge is practically zero. By redesigning the network of irrigation channels to store excess river and irrigation water, the amount of freshwater infiltration into the aquifer could be increased and groundwater and soil salinization prevented.

Nel Comune di Ravenna, oltre 6.800 ettari di terreni agricoli sono a rischio salinizzazione, a causa dell’alta salinità delle acque sotterranee presenti all’interno dell’acquifero freatico costiero. L'area è interessata da subsidenza naturale, per compattazione dei sedimenti alluvionali e antropica, causata dall’estrazione di gas e dall’eccessivo sfruttamento delle acque sotterranee. Ne deriva che la maggior parte di questo territorio è sotto il livello medio del mare e l'agricoltura, così come ogni altra attività umana, è possibile grazie ad una fitta rete di canali di drenaggio che garantiscono il franco di coltivazione. L’agricoltura è una risorsa importante per la zona, ma a causa della scarsa disponibilità di acque dolci e per l’aumento dei processi di salinizzazione dei suoli, necessita di un cambiamento. Servono pratiche agricole sostenibili, con idonei requisiti irrigui, di drenaggio del suolo, di resistenza alla salinizzazione e di controllo del suolo. Dopo un’analisi generale sulle condizioni dell’acquifero, è stato monitorato un transetto di 10km rappresentativo della parte costiera di Ravenna. Infine, con l'obiettivo di comprendere l'interazione tra un canale d'irrigazione e le acque sotterranee, una piccola area agricola (12 ettari), è stata monitorata nel corso del 2011 utilizzando metodi idrologici, geochimici e geofisici. I risultati di questo lavoro mostrano una diffusa salinizzazione della falda freatica, ma anche la presenza di una lente d'acqua dolce spessa 5m, a 400m dalla linea di riva, con caratteristiche chimiche (hydrofacies) tipici di acque continentali e con dimensioni variabili stagionalmente. Questa bolla di acqua dolce si è originata esclusivamente dalle infiltrazioni dal canale d’irrigazione presente, in quanto, il contributo dell’irrigazione superficiale è stato nullo. Sfruttando la rete di canali di drenaggio già presente sarebbe possibile estendere questo processo d’infiltrazione da canale in altre porzioni dell’acquifero allo scopo di ricaricare l’acquifero stesso e limitare la salinizzazione dei suoli.
In the municipality of Ravenna, more than 6800 hectares of farmland are at a risk for soil salinization, because of the high groundwater salinity in the coastal aquifer, which is widespread with the exception of some ephemeral freshwater lenses below the dune belts and in areas far from the land reclamation pumping stations. The area is affected by subsidence both natural due to compaction of alluvial sediments and anthropogenic caused by gas and groundwater over-exploitation. As a result, most of this territory is below mean sea level and agriculture as well as any other human activity is possible thanks to a dense network of drainage channels and land reclamation pumping stations. Agricultural activities in the area are an important asset for the local economy but they are challenged by scarce freshwater resources, water logging, and soil salinization. Sustainable agriculture practices need to address irrigation requirements, land drainage, and soil salinization control. With the aim to understand the interaction between irrigation channel and groundwater, a small agricultural area (12 hectares), was monitored during 2011 by using hydrological, geochemical and geophysical methods. The results of this work shows a widespread salinization of the phreatic aquifer but also the presence of a 4-meters-thick freshwater lens, at 400 meters from the shore line, with chemical characteristics (hydrofacies) typical of river water and that increases size in summer period. This fresh water lens has formed due to seepage from an irrigation channel into the aquifer. The contribution of irrigation water sprayed on top of the land to freshwater aquifer recharge is practically zero. By redesigning the network of irrigation channels to store excess river and irrigation water, the amount of freshwater infiltration into the aquifer could be increased and groundwater and soil salinization prevented.

L'acqua non è solo un bene essenziale, è anche una risorsa molto versatile in grado di procurare un'ampia gamma di benefici ma al tempo stesso è importante avere la consapevolezza che si tratti di una risorsa esauribile. Uno dei suoi maggiori utilizzi è quello industriale nel quale non è di fondamentale importanza solo il quantitativo di risorsa idrica sfruttata ma anche le sue caratteristiche qualitative. Obiettivo della tesi è quello di indagare la gestione della risorsa idrica nel contesto dell'industria ceramica cercando di capire quali sono gli utilizzi principali, i quantitativi e lo standard qualitativo dell'acqua al termine del processo industriale. Un ruolo principale nell'ambito della sostenibilità ambientale è svolto dalle aziende ceramiche del territorio che sempre più acquisiscono know-how ambientale e si adottano di procedure e tecnologie in grado di salvaguardare il territorio in cui operano. A tal fine ho condotto uno studio su una delle maggiori aziende del distretto ceramico di Sassuolo: Florim ceramiche s.p.a. analizzando il processo produttivo, quello depurativo e i quantitativi utilizzati cercando di capire gli ambiti di miglioramento attraverso la definizione di interventi sostenibili.

Bussi Officine è tra i più antichi impianti petrolchimici italiani. I residui di produzione venivano sversati nella discarica I Tre Monti sin dagli anni '70. A circa 2 km di distanza dalla discarica si trova il campo pozzi di Colle S’Angelo, che ha erogato acqua potabile alla città di Pescara fino al 2007. Dal 1992, solventi clorurati sono stati sversati in concentrazioni che variavano nell'ordine di 1x10-1 ppb. Lo scopo di questo lavoro è stato quello di effettuare uno studio piezometrico, sullo stato di contaminazione dell’area ed uno studio isotopico sulle unità acquifere contaminate. Nel 2017 è stato effettuato il campionamento delle acque sotterranee coinvolgendo 8 piezometri situati nelle zone di contaminazione più gravi applicandovi poi la tecnica CSIA per le analisi isotopiche sui contaminanti ed è stato rilevato il livello piezometrico dei piezometri insieme al livello idrico del fiume Pescara per ricostruire la relazione fiume-falda che è stata riscontrata su tutta l’area; l’andamento si presenta però differente: per gli acquiferi più superficiali si osserva un effetto alimentante del fiume rispetto alla falda; nel caso dell’acquifero più profondo, questo effetto è confermato solo nell’area della discarica, la falda diventa poi alimentante rispetto al fiume nei pressi del campo pozzi. I dati isotopici mostrano un trend verso l’arricchimento che aumenta con la distanza dalla zona sorgente di contaminazione, indice di un processo di degradazione attribuibile alle opere messe in atto per la Messa in Sicurezza d’Emergenza che nel tempo avrebbero causato una riduzione del flusso di ossigeno cambiando le condizioni redox, come testimoniano i valori fortemente negativi del potenziale. Per gli isotopi del cloro l’andamento è più complesso ed apparentemente anomalo rispetto al carbonio: il trend è in verso opposto con un progressivo impoverimento dalla zona sorgente, imputabile ad una possibile coesistenza di più processi provocati dalle opere costruite nel 2012.

Nella tesi si è svolto un lavoro di tipo bibliografico e rilevamento di campagna, per uno studio idrogeologico preliminare in relazione al progetto di realizzazione di di una vasca di espansione. Sono stati eseguite prove di campagna e misurazioni di livelli freatimetrici con relative elaborazioni grafiche dei dati per la creazione di mappe isofreatiche.

Despite significant efforts have been directed toward reducing waste generation and encouraging alternative waste management strategies, landfills still remain the main option for Municipal Solid Waste (MSW) disposal in many countries. Hence, landfills and related impacts on the surroundings are still current issues throughout the world. Actually, the major concerns are related to the potential emissions of leachate and landfill gas into the environment, that pose a threat to public health, surface and groundwater pollution, soil contamination and global warming effects. To ensure environmental protection and enhance landfill sustainability, modern sanitary landfills are equipped with several engineered systems with different functions. For instance, the installation of containment systems, such as bottom liner and multi-layers capping systems, is aimed at reducing leachate seepage and water infiltration into the landfill body as well as gas migration, while eventually mitigating methane emissions through the placement of active oxidation layers (biocovers). Leachate collection and removal systems are designed to minimize water head forming on the bottom section of the landfill and consequent seepages through the liner system. Finally, gas extraction and utilization systems, allow to recover energy from landfill gas while reducing explosion and fire risks associated with methane accumulation, even though much depends on gas collection efficiency achieved in the field (range: 60-90% Spokas et al., 2006; Huitric and Kong, 2006). Hence, impacts on the surrounding environment caused by the polluting substances released from the deposited waste through liquid and gas emissions can be potentially mitigated by a proper design of technical barriers and collection/extraction systems at the landfill site. Nevertheless, the long-term performance of containment systems to limit the landfill emissions is highly uncertain and is strongly dependent on site-specific conditions such as climate, vegetative covers, containment systems, leachate quality and applied stress. Furthermore, the design and operation of leachate collection and treatment systems, of landfill gas extraction and utilization projects, as well as the assessment of appropriate methane reduction strategies (biocovers), require reliable emission forecasts for the assessment of system feasibility and to ensure environmental compliance. To this end, landfill simulation models can represent an useful supporting tool for a better design of leachate/gas collection and treatment systems and can provide valuable information for the evaluation of best options for containment systems depending on their performances under the site-specific conditions. The capability in predicting future emissions levels at a landfill site can also be improved by combining simulation models with field observations at full-scale landfills and/or with experimental studies resembling landfill conditions. Indeed, this kind of data may allow to identify the main parameters and processes governing leachate and gas generation and can provide useful information for model refinement. In view of such need, the present research study was initially addressed to develop a new landfill screening model that, based on simplified mathematical and empirical equations, provides quantitative estimation of leachate and gas production over time, taking into account for site-specific conditions, waste properties and main landfill characteristics and processes. In order to evaluate the applicability of the developed model and the accuracy of emissions forecast, several simulations on four full-scale landfills, currently in operative management stage, were carried out. The results of these case studies showed a good correspondence of leachate estimations with monthly trend observed in the field and revealed that the reliability of model predictions is strongly influenced by the quality of input data. In particular, the initial waste moisture content and the waste compression index, which are usually data not available from a standard characterisation, were identified as the key unknown parameters affecting leachate production. Furthermore, the applicability of the model to closed landfills was evaluated by simulating different alternative capping systems and by comparing the results with those returned by the Hydrological Evaluation of Landfill Performance (HELP), which is the most worldwide used model for comparative analysis of composite liner systems. Despite the simplified approach of the developed model, simulated values of infiltration and leakage rates through the analysed cover systems were in line with those of HELP. However, it should be highlighted that the developed model provides an assessment of leachate and biogas production only from a quantitative point of view. The leachate and biogas composition was indeed not included in the forecast model, as strongly linked to the type of waste that makes the prediction in a screening phase poorly representative of what could be expected in the field. Hence, for a qualitative analysis of leachate and gas emissions over time, a laboratory methodology including different type of lab-scale tests was applied to a particular waste material. Specifically, the research was focused on mechanically biologically treated (MBT) wastes which, after the introduction of the European Landfill Directive 1999/31/EC (European Commission, 1999) that imposes member states to dispose of in landfills only wastes that have been preliminary subjected to treatment, are becoming the main flow waste landfilled in new Italian facilities. However, due to the relatively recent introduction of the MBT plants within the waste management system, very few data on leachate and gas emissions from MBT waste in landfills are available and, hence, the current knowledge mainly results from laboratory studies. Nevertheless, the assessment of the leaching characteristics of MBT materials and the evaluation of how the environmental conditions may affect the heavy metals mobility are still poorly investigated in literature. To gain deeper insight on the fundamental mechanisms governing the constituents release from MBT wastes, several leaching experiments were performed on MBT samples collected from an Italian MBT plant and the experimental results were modelled to obtain information on the long-term leachate emissions. Namely, a combination of experimental leaching tests were performed on fully-characterized MBT waste samples and the effect of different parameters, mainly pH and liquid to solid ratio (L/S,) on the compounds release was investigated by combining pH static-batch test, pH dependent tests and dynamic up-flow column percolation experiments. The obtained results showed that, even though MBT wastes were characterized by relatively high heavy metals content, only a limited amount was actually soluble and thus bioavailable. Furthermore, the information provided by the different tests highlighted the existence of a strong linear correlation between the release pattern of dissolved organic carbon (DOC) and several metals (Co, Cr, Cu, Ni, V, Zn), suggesting that complexation to DOC is the leaching controlling mechanism of these elements. Thus, combining the results of batch and up-flow column percolation tests, partition coefficients between DOC and metals concentration were derived. These data, coupled with a simplified screening model for DOC release, allowed to get a very good prediction of metal release during the experiments and may provide useful indications for the evaluation of long-term emissions from this type of waste in a landfill disposal scenario. In order to complete the study on the MBT waste environmental behaviour, gas emissions from MBT waste were examined by performing different anaerobic tests. The main purpose of this study was to evaluate the potential gas generation capacity of wastes and to assess possible implications on gas generation resulting from the different environmental conditions expected in the field. To this end, anaerobic batch tests were performed at a wide range of water contents (26-43 %w/w up to 75 %w/w on wet weight) and temperatures (from 20-25 °C up to 55 °C) in order to simulate different landfill management options (dry tomb or bioreactor landfills). In nearly all test conditions, a quite long lag-phase was observed (several months) due to the inhibition effects resulting from high concentrations of volatile fatty acids (VFAs) and ammonia that highlighted a poor stability degree of the analysed material. Furthermore, experimental results showed that the initial waste water content is the key factor limiting the anaerobic biological process. Indeed, when the waste moisture was lower than 32 %w/w the methanogenic microbial activity was completely inhibited. Overall, the obtained results indicated that the operative conditions drastically affect the gas generation from MBT waste, in terms of both gas yield and generation rate. This suggests that particular caution should be paid when using the results of lab-scale tests for the evaluation of long-term behaviour expected in the field, where the boundary conditions change continuously and vary significantly depending on the climate, the landfill operative management strategies in place (e.g. leachate recirculation, waste disposal methods), the hydraulic characteristics of buried waste, the presence and type of temporary and final cover systems.