Caratterizzazione del profilo e SVILUPPO DI UN SISTEMA DI … · 2011-10-25 · Adriatico. Il...

SVILUPPO DI UN SISTEMA DI PREVISIONE DELL’INQUINAMENTO OCCASIONALE DELLE ACQUE DI BALNEAZIONE DELL’EMILIA-

ROMAGNA(PROGETTO “PREVIBALNEAZIONE”)

Caratterizzazione del profilo e modellazione della qualità delle acque

di balneazione in Emilia-Romagna.

Marinella Natali, Servizio Sanità Pubblica Marco Deserti, ARPA-SIMC

28 gennaio 2011 ISPRA, Roma

• linea progettuale 1 - modelli numerici, SIMC: Andrea Valentini(coordinatore); A. Selvini, M.S. Tesini,

• linea progettuale 2 - profilo delle acque di balneazione, Direzione Tecnica: Gabriele Bardasi (coordinatore), D. Errigo

• linea progettuale 3 - flussi dati e operatività del sistema SIMC : Stefano Cattani(coordinatore), F Bordini.

• linea progettuale 4 - verifica dei modelli, sezione di Rimini: Alberto Capra(coordinatore), D. Lev , P. Pellegrino;

• A.M. Casadei, ARPA-FC, S. Giaquinta, ARPA-RA, S. Bignami, ARPA-FE

Collaborazioni:• Associazione Volontari Soccorso in Mare di Rimini, collaborazione alle attività

a campo della linea progettuale 4.• Hera Rimini, informazioni sui sistemi di raccolta e depurazione dei reflui ed il

supporto di sala operativa.

• Contatti: [email protected] www.arpa.emr.it

Gruppo di progetto e collaborazioni

mailto:[email protected]



http://www.arpa.emr.it/



contenuti

• Profilo delle acque di balneazione: raccolta e organizzazione dei dati;

• Fenomenologia degli episodi di breve durata: campagne sperimentali;

• Predicibilità degli episodi: bollettini di previsione estate 2010 e loro verifica;

• Modellazione della dispersione in mare: disegno del sistema prototipale e applicazione in test;

• Ipotesi di procedure di gestione degli episodi di breve durata;

• Cenni sul progetto “previbalneazione”

Le acque di balneazione in Emilia-Romagna

La costa dell’Emilia-Romagna comprende 96 acque di balneazione di ampiezza compresa tra 6500 e 80 m (RA).

Il progetto “Previbalneazione”• Le acque di balneazione dell’Emilia-Romagna sono

generalmente prive di contaminazione microbiologica, come hanno dimostrato anni di controlli sistematici;

• occasionalmente si possono verificare episodi di inquinamento che si presume non influiscano sulla balneabilità per più di 72 ore.

• Per studiare queste situazioni la Regione Emilia –Romagna, ha affidato ad ARPA lo sviluppo di un servizio di previsione dell’inquinamento di breve durata che risponda ai requisiti stabiliti dalle nuove disposizioni in materia:

“progetto per la realizzazione di un sistema di previsione dell’inquinamento di breve durata

delle acque di balneazione”

Obiettivi del progetto PREVIBALNEAZIONE

• Ob. 1) Sviluppo di un servizio previsionale operativoatto a fornire indicazioni sulle possibilità di occorrenza di episodi di inquinamento di breve durata nelle acque di balneazione della costa Romagnola

• Ob. 2) Realizzazione di un database contenente le informazioni necessarie a definire il profilo delle acque di balneazione della regione, con particolare attenzione all’inventario delle sorgenti che possono causare inquinamenti di breve durata

Profilo delle acque di balneazione: raccolta e organizzazione dei dati

Organizzazione dei dati:

Molte informazioni diverse: 96, acque, 80 campi per acqua, testi, mappe, dati;

Incertezze sui criteri di compilazione di alcuni campi e modalità di caricamento sul portale;

Necessità di poter consultare i dati e compilare il portale acque,

1 file per ogni campo (flessibilità) + strumento web di navigazione e reportistica

Bellariva - Colonnella 202, Id:IT008099014014

Descrizione dell’area

RN-25_E32 Mappa

• Limiti dell’area di balneazione

• Infrastrutture e servizi

• Principali fonti di inquinamento situate lungo la linea di riva

RN-25_E51_identificazione_cause_inquinamento

• L’area di influenza del profilo 25 coincide con il bacino scolante della fossa Macanno, che sfocia nel mare Adriatico. Il bacino urbano afferisce ad una rete fognaria di tipo misto, dotata di vasca di prima pioggia, impianto di sollevamento per il pompaggio dei liquami di tempo secco all’impianto di Rimini via Marecchiese, e sfioratore di emergenza.

• Durante gli eventi meteorici, quando il livello idrico raggiunge la quota corrispondente alla diluizione prestabilita, mediante telecontrollo, viene aperta una paratoia dal gestore del SII, permettendo così lo scarico a mare delle acque. Le acque sfiorate si intendono pretrattate, vale a dire prive della quota corrispondente alla prima pioggia.

RN-25_E51Identificazione cause inquinamento

Scheda tecnica sfioratoreScarico n. 47Tipologia SFEMRete MistaSuperficie bacino scolante 618.9Q media estiva sfiorata [m3/sec] 1,1

4.1 Impatti sulle acque di balneazione

RN-25_E54_metodologia_stima_impatti.doc• Dalla stagione balneare 2011, conformemente a quanto

indicato dalle Linee di indirizzo “Valutazione dell’impatto di inquinanti sulle acque di balneazione tramite l’utilizzo di metodi numerici” viene utilizzato un modello di trasporto e dispersione degli inquinanti per eseguire simulazioni di scenario meteomarinofinalizzate a stimare la massima estensione di acqua di mare interessata dal superamento dei limiti e la durata attesa degli eventi di inquinamento di breve durata.

• La metodologia che è stata utilizzata prima del 2011 per la stima dell’impatto dello scarico presente nell’acqua di balneazione è basata su una formulazione empirica.

•

..\..\Progetto\WEB\Per Modello.kmz

Fenomenologia degli episodi di breve durata: campagne sperimentali;

MAX= 10 mmMED = 5 mm

Le barre nere indicano il massimo di precipitazione, i punti rossi la media.Le linee verticali azzurre indicano i giorni di apertura delle paratoie

Precipitazione osservata - Rimini

Gli eventi di apertura degli scarichi nel triennio 2007-2009 avvengono in corrispondenza di precipitazioni media su 24

h di 5mm e massima su 24 h di 10mm.

20090810 1530

20090810 151520090810 1500

20090810 1530 20090810 1545

Gli eventi estivi sono spesso caratterizzati da una marcata variabilità spaziale

Siti di studio e loro caratteristicaFoce Marecchiascarico su corpo idrico in prossimità della foce

Branconascarico in battigia in acque confinate da barriere frangiflutti

Colonnella-IIscarico in battigia in acque libere.

Campagne sperimentali su 3 siti di studio:

2009: protocollo semplificato (3 punti)• 28-29 maggio• 11-12 agosto• 31-1 agosto-settembre• 15-16 settembre2010: protocollo completo (9 punti + sequenziale)• 10-15 aprile: campionamenti su 3 punti• 03-07 agosto: campionamenti su area estesa • 03 novembre: campionamento sequenziale allo

scarico

Prelievo dei campioni

Test predicibilità meteo

RISULTATI

Previsione delle acque di balneazione• Nelle acque soggette ad inquinamento di breve

durata è necessario predisporre procedure per prevedere e affrontare gli episodi di inquinamento

• Le procedure devono consentire un allarme rapido (previsione e comunicazione) ed attivare il monitoraggio

• La previsione attiva il monitoraggio ed aiuta la pianificazione dei monitoraggi durante gli episodi

Obs VS COSMO-I7 Precipitazione cumulata

Il modello meteorologico descrive correttamente l’andamento generale e la precipitazione cumulata.

Le previsioni a 72 ore presentano la massima incertezza mentre le previsioni a 48 ore risultano le più affidabili

Bollettino quotidianoemesso nei giorni

feriali dal 17 maggioal 15 settembre 2010

Previsione formulatada previsore esperto

(previsioni soggettive)

Bollettino di previsionehttp://www.smr.arpa.emr.it/balneazione/

sito intranet

http://www.smr.arpa.emr.it/balneazione/

Aperture degli scarichi 2010

• Nella stagione balneare 2010 i giorni nei quali la pioggia ha determinato l’apertura di almeno 1 scarico sono stati 8 su 14 giorni con pioggia

• La precipitazione cumulata registrata a RN (stazione urbana) nel 2010 è stata in linea col clima:

• Giu: 68.6 mm, clima 51.9 mm• Lug: 21.2 mm, clima 57.0 mm• Ago: 68.4 mm, clima 70.0 mm• Set: 81.2 mm, clima 67.2 mm• Totale: 239.4 mm, clima 246.3 mm

Riepilogo dei risultati, (riferiti a soglia 5 mm +2 e +3 gg)• Prevista pioggia ed è

piovuto (A): 12 su 14• Prevista pioggia ma non è

piovuto (C): 7-8 su 14 eventi

• Non prevista pioggia ma èpiovuto (B): 2-2

Previsione

d+2 d+3POD 0.86 0.86FAR 0.37 0.40

Risultati

Test previsioni di diffusione inquinanti

Processi che devono essere modellati:

• correnti costiere in acque libere ed in acque confinate da barriere frangiflutti

• effetto delle onde nell’area di frangenza• effetti sulle correnti e sulle onde delle barriere

frangiflutti e delle opere di difesa (pennelli, dighe foranee, ecc.).

• trasporto e diffusione di inquinanti, in particolare degli inquinanti microbiologici

• decadimento dei contaminanti microbiologici nelle acque di mare e per effetto degli agenti atmosferici

• variazione nel tempo delle sorgenti inquinanti (carico inquinante, portata, velocità di deflusso, ecc.).

Modello dispersione

Correnti ROMS

Onde SWAN

meteo COSMO

Modello idraulico

Modello dispersione

Modello idrologico

Modello idraulico

Bacino idrologico, precipitazioni areali

WP1: il sistema previsionale - schema

Il modello meteorologicoCOSMO-I7 Limited Area Model Italy

Fornisce quotidianamente (2 volte al giorno) la previsione di tutte le variabili meteorologiche fino a 72 ore in avanti.

Di particolare interesse la pioggia arealeprevista sulla zona di interesse per

l’attivazione della modellistica ai fini della balneazione

ECMWF

www.cosmo‐model.orgCOSMO‐I7 dominio

http://www.cosmo-model.org/

Dati topografici• DEM 90m• Sezioni topograficheDati idrologici• Dati pluvio-termometrici (P,T)• Dati idrometrici (H)• Scala di deflusso “RiminiSS16” calcolata

appositamenteSCHEMATIZZAZIONE• Il modello idrologico è stato suddiviso in 5

microbacini come da immagine (3 Marecchia+ 2 Ausa)

• Il modello idraulico è stato realizzato dove disponibili informazioni sulla geometria dell’alveo (sezioni) sia sul fiume Marecchiasia sul fiume Ausa

AREA kmqNOME

45.749MARECCHIA_05

203.674MARECCHIA_04

259.344MARECCHIA_03

24.674MARECCHIA_02

58.949MARECCHIA_01

Il modello Marecchia: il bacino

AREA kmqNOME

45.749MARECCHIA_05

203.674MARECCHIA_04

259.344MARECCHIA_03

24.674MARECCHIA_02

58.949MARECCHIA_01

Il modello Marecchia: i modelli utilizzati• Modello idrologico (NAM) e idrodinamico (MikeHD) della DHI

un modello idrologico afflussi-deflussi concettuale, completo di tipo concentrato. Sono rappresentati i processi di formazione e fusione della neve, l’invaso ed il ruscellamentodi parte dell’acqua piovana sulla superficie del bacino, l’imbibizione dello strato superficiale del terreno, la raccolta ed il rilascio nel sistema delle falde sotterranee dell’acqua che percola nel terreno..

Il modello Marecchia: la calibrazione

Statistiche

Correlation coeficient 0.947

Peak error -0.088

Wave error type 1 0.002

Wave error type 2 0.132

Volume error 0.247

Peak time error -0.042

Max. positive difference 101.109

Max. negative difference 78.204

Risultati calibrazione (2009)

● - Simulato

● - Osservato

I modelli meteo-marini offshoreOnde – SWAN MEDITAREFornisce quotidianamente previsione del moto ondoso (altezze, periodi, direzione)

AdriaROMS circolazioneFornisce quotidianamente previsione delle correnti, temperatura, salinità, ecc.

Importazione del DB cartografico delle informazioni di RETE:• POZZETTI (tipo, profondità, caratteristiche soglie di sfioro, …);• CONDOTTI (sezioni, lunghezze, materiali, pendenze);• IMPIANTI (numero pompe, tipologia, curve caratteristiche)

Importazione delle informazioni relative ai SOTTOBACINI:• Dati di popolazione, per le portate nere;• Curve di consumo;• Caratterizzazione idrologica delle superfici

% Imp.% Imp.

DATI DI CALIB./INPUT

Dati per la calibrazione delle condizioni di esercizio:• Piogge;• Attivazione scarichi, funzionamento impianti;• Dati di marea;• Campagne sperimentali di misura

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

23/12 22/01 21/02 23/03 22/04 22/05 21/06 21/07

Andamento marea

-1000

-750

-500

-250

0

250

500

750

1000

1250

1500

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

• Portate in ciascun ramo della rete;• Volumi sfiorati, in occasione di eventi intensi;• Profili idraulici entro i condotti;• Attivazione scarichi;• Valutazioni delle condizioni di allagamento

DATI DI OUTPUT

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

00:00 06:00 12:00 18:00 00:00Tempo (hh:mm)

Por

tata

(l/s

)Il modello idraulico (Hera-UniBo) -1-

Principali caratteristiche della rete modellata:• 11000 Nodi;• 732 km di rete;• 11760 ettari (sia urbanizzata, sia entroterra);• 23 % percentuale di impermeabilità;• 52 impianti di sollevamento;• 35 paratoie;• 25 soglie fisse.

Il modello idraulico (Hera-UniBo) -2-

Sistemi modellistici testati– Delft3D Deltares

• sistema modellistico 2D/3D non stazionario per la simulazione idrodinamica, trasporto di sedimento, morfologia e qualità delle acque fluviali, acque di foce e degli ambienti costieri.

– SHYFEM (Umgiesser, G. and Bergamasco, A., 1995)• sviluppato presso ISMAR-CNR di Venezia si basa sul metodo

degli elementi finiti: la griglia triangolare di dimensioni variabili permette di descrivere accuratamente regioni con morfologia complessa senza richiedere un numero eccessivo di nodi

Configurazione del sistema

Il sistema pilota sarà composto dalla piattaforma di integrazione di dati e modelli (FEWS). La piattaforma dovrà consentire:

• l’inserimento e la preparazione dei dati di ingresso;

• l’esecuzione del modello idrodinamico e di trasporto diffusione degli inquinanti;

• la visualizzazione dei risultati e la produzione di report;

Catene modellistiche implementate nella piattaforma:

Nuovi modelli:• Modello idrodinamico marino completo del modulo per il calcolo

della concentrazione di inquinanti microbiologici;• Modulo per il calcolo del carico inquinante• Modulo per la propagazione 1-D di traccianti reattivi nei corsi

d’acqua superficiali

Modelli integrati operativi:• Modello meteorologico Cosmo-I7• Modello oceanografico AdriaROMS• Modello delle onde per le coste dell’Emilia-Romagna SWAN

costa• Modelli idrologici e idrodinamici dei fiumi emiliano – romagnoli

e del fiume Po (NAM, HMS, TOPKAPI, MikeHD, SOBEK, RAS)

Dati di ingresso:• la portata ed i dati di flusso delle sorgenti inquinanti durante la

stagione balneare, • la concentrazione ed il profilo temporale degli inquinanti nei

punti di immissione• le forzanti meteorologiche e le condizioni al contorno

idrodinamiche e delle onde• i dati microbiologici ed i dati meteo-marini relativi all’area di

studio raccolti durante alcune campagne di misura e necessari aifini di una prima calibrazione del sistema.

• La concentrazione di inquinanti nei punti di immissione (stimatadai dati di campagne sperimentali eventualmente combinati con i risultati dell’Emission module).

• Le forzanti meteorologiche e le condizioni al contorno idrodinamiche e delle onde verranno ottenute dagli output dei modelli COSMO-I, SWAN-costa, AdriaROMS e dei modelli idrologici e draulici applicati ai corsi d’acqua della regione Emilia-Romagna.

Conclusioni

proposta di PROCEDURA DI GESTIONE

• Preallerta: ARPA informa le autorità sanitarie ed il gestore sulla probabilità di pioggia. Il gestore attua le azioni di mitigazione per evitare il rilascio di inquinanti in mare ed informa sulla possibile apertura.

• Allerta e Informazione: in caso di apertura dello scarico (allerta) il gestore informa il pubblico, le autoritàsanitarie e l’ARPA.

• Ordinanza: emessa ad inizio stagione stabilisce il divieto di balneazione in caso di apertura dello scarico e le modalità di informazione del pubblico.

• La modellistica viene utilizzata per eseguire simulazioni di scenario meteomarino finalizzate a stimare la massima estensione di acqua di mare interessata dal superamento dei limiti e la durata dell’evento.

http://www.arpa.emr.it/ecoscienza/

Speciale - Mare e balneazione• Lo stato del mare in Emilia-Romagna,

Attilio Rinaldi • Balneazione, nuove regole a tutela della

salut,e Marinella Natali • Come cambia il monitoraggio del mare,

Alberto Capra, Mauro Stambazzi• La scelta dei metodi per monitorare la

qualità, David Lev• Prevedere l’inquinamento per gestire la

balneazione, Marco Deserti • Prevenire gli sversamenti in mare con la

modellazione, Andrea Casadio, Marco Maglionico, Davide Preci

Ecoscienza 2/2010

Cenni sul progetto “previbalneazione”

Struttura del progetto – WP1

• WP1: modelli numerici (A.Valentini, SIMC)

• WP2: profilo delle acque di balneazione (G.Bardasi, DT)

• WP3: flussi dati e operatività del sistema (S. Cattani, SIMC)

• WP4: verifica dei modelli (A. Capra, sez.RN)

• WP5: coordinamento (M. Deserti, SIMC)

• Rassegna della modellistica disponibile ed individuazione degli strumenti reputati maggiormente idonei allo scopo.

• Sviluppo della modellistica necessaria.

• Predisposizione dei dati di ingresso ai modelli e test del sistema sui casi di studio.







• Informazioni generali sull’acqua di balneazione

• Informazioni sull’area, coincidente con una porzione o l’interezza del bacino drenante connesso all’acqua di balneazione

• Informazioni circa l’identificazione delle fonti d’inquinamento che potenzialmente potrebbero avere un impatto negativo sull’acqua di balneazione

• Localizzazione e geometria del punto di scarico

• Caratteristiche batimetriche e morfologiche dell’area di scarico

• Composizione dello scarico (concentrazione di inquinanti o di traccianti)







• Organizzazione delle infrastrutture informatiche, i flussi di dati e le interfaccia necessarie ad alimentare i modelli previsionali

• Sviluppare e testare le procedure operative necessarie a realizzare il servizio a regime.

• Fornire l’acceso ai dati ed ai prodotti







Da verificare:• il carico microbiologico

associato agli episodi di inquinamento di breve durata previsti

• l’estensione della area soggetta ad inquinamento e la durata effettiva dell’episodio.

Gli strumenti:• campagne di misura

microbiologiche (carico inquinante).

• dati ausiliari derivanti da rilievi fotografici, di telerilevamentoecc. (estensione dell’area interessata dagli scarichi).







• Forte componente interdisciplinare: molte e diverse professionalità e competenze, sia interne che esterne ad ARPA.

• società che gestiscono gli impianti fognari delle province costiere (HeraRimini, Forlì-Cesena e Ravenna e CADF di Ferrara).

• enti di ricerca che sviluppano modellistica oceanografica e sistemi di telerilevamento.

• stretto raccordo con il Servizio Tutela e Risanamento Risorsa Acqua ed il Servizio Sanità Pubblica, destinatari finali del progetto, nonché con i gruppi di lavoro interregionali relativi alle tematiche inerenti il progetto.

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