COMITATO DI PILOTAGGIO MILANO 18.04 - Progetto …€¦ · Très élevé Fort risque de pollution...

AZIONE 3 – GESTIONE DELLE SORGENTI DI MONTAGNA

STRADA - STRATEGIE DI ADATTAMENTO AI CAMBIAMENTI CLIMATICI

PER LA GESTIONE DEI RISCHI NATURALI NEL TERRITORIO

TRANSFRONTALIERO:

Asse: Ambiente e Territorio

OBIETTIVI OPERATIVI DI PERTINENZA DELLE AZIONI PROPOSTE:

MISURA 1.1:

INCENTIVARE UNA GESTIONE CONGIUNTA DEI RISCHI NATURALI

(GEOLOGICO, IDRAULICO E VALANGHIVO) ED AMBIENTALI

(ECOLOGICO)

COMITATO DI PILOTAGGIO – MILANO 18.04.2013


Regione Autonoma Valle d’Aosta – Dipartimento difesa del suolo e risorse

idriche – Coordinatore attività

Cantone del Vallese – Département des Transports, de l'Equipement et de

l'Environnement, Service de la protection de l'environnement, Section déchets

et eaux souterraines

• Azione 3.1 - Caratterizzazione e monitoraggio dell’evoluzione temporale della

copertura nevosa in relazione alla risorsa idrica in essa contenuta (Snow Water

Equivalent).

• Azione 3.2 - Salvaguardia delle sorgenti di montagna


Azione 3.1 – Caratterizzazione e monitoraggio dell'evoluzione temporale della copertura nevosa in relazione alla risorsa idrica in essa contenuta

(Snow Water Equivalent)

AZIONI PREVISTE

a) caratterizzazione del manto nevoso in bacini pilota

RILIEVI A TERRA

b) realizzazione di mappe di SWE

SVILUPPO / APPLICAZIONE MODELLI

c) caratterizzazione dei parametri meteo di interesse per il manto nevoso

ACQUISIZIONE DI PARAMETRI METEO

d) valutazione e applicazione di nuove metodologie per il monitoraggio dello SWE in ambienti

alpini

PERFEZIONAMENTO DI RILIEVI GEORADAR


Timorion (Valsavarenche - I)

~ 0,5 Kmq, bacino interamente glacializzato

range quota - 3.050 ÷ 3.500 m


Vallone di Mascognaz (Val d’Ayas - I)

~ 10 Kmq, NO contributo glaciale ai deflussi

range quota - 1.950 ÷ 3.000 m


Vallon de Réchy (Valais - CH)


Le attività sono state sviluppate seguendo suddette indicazioni:

MISURE

- ove esistenti: impiego di tecniche di misura e procedure consolidate (ITA e CH)

- sviluppo sperimentale: impiego operativo di tecnologie innovative (ITA e CH)

MODELLI

- sviluppo e applicazione modelli (≠ tipologia) su SITI ITA

- condivisione con partner CH

- esportazione "guidata" da SITI ITA SITI CH

IN GENERALE

- collaborazione sinergica con i partner di progetto (=ottimizzazione delle risorse)

- definizione di quadro metodologico per il monitoraggio dello SWE sostenibile per le PP.AA. (long term monitoring)

- attività su (ridotti) siti pilota


Snow Scale (Sommer) installato a Mascognaz

(foto E. Suozzi, POLITO)

AWS Timorion equipaggiata con OTT Pluvio2

Trincea per campionamento

orizzontale

Prelievo con tubo carotatore (Réchy, 15 marzo 2013)


SIMULAZIONE (=STIMA) PUNTUALE

La stima dello SWE prevede l'impiego di modelli empirici o fisicamente basati che simulano lo

stato del manto nevoso sulla base di equazioni che descrivono (semplificandoli) i processi che

ne regolano le caratteristiche. (empirici / GEOtop)

Applicazione nella

versione puntuale 2D e

distribuita 3D:

Timorion (I)

Mascognaz (I)

Réchy (CH)


APPLICAZIONE MODELLO SWE – TERRITORIO REGIONALE

Caratteristiche dataset di base

Dati disponibili sul sito ARPA VdA (www.arpa.vda.it)

http://www.arpa.vda.it/


La "qualità" della simulazione tramite il modello SWE dipende dalla numerosità dei dataset di

input e della distribuzione dei valori rispetto alle variabili impiegate per la spazializzazione.

Le caratteristiche morfologiche dei bacini alpini possono non consentire la realizzazione di

campagne di terreno "ottimali" metodi indiretti di misura

Ground Penetrating Radar eliportato - MOTIVAZIONE


Ground Penetrating Radar eliportato – PROSPETTIVE

L'impiego del GPR eliportato è operativo, in Valle d'Aosta, dal 2010.

Le migliorie previste consistono in:

a) ottimizzare lo schema di campionamento ( costi)

b) automatizzare la fase di processamento dati ( tempi di rilascio dati)

c) "esplorare" le condizioni che possono determinare sovrastime:

- presenza di acqua in fase liquida (anticipare rilievi!)

- effetto combinato della morfologia e dell'assetto dell'elicottero

- individuazione di nevato

PROGETTO STRADA

INTERCONFRONTO VALLONE DI RECHY 15 MARZO 2013!!

- 9 tecnici (ARPA VDA – CREALP)


RÉSEAU DE MESURE

5 sources de montagne (environnements géologiques contrastés) intégrées au réseau de surveillance de base Comportements hydrogéologiques caractéristiques? Influence des zones de montagne sur la dynamique des eaux souterraines en plaine? Gestion des ressources en eau pour le futur?

STRADA: Mise en évidence objective des effets du changement climatique?

DONNÉES GÉOLOGIQUES

DONNÉES HYDROGÉOLOGIQUES

DONNÉES MÉTÉOROLOGIQUES

Azione 3.2 - Salvaguardia delle sorgenti di montagna


CONTEXTE

GÉOLOGIQUE

TYPE

AQUIFÈR

E

RÉGIME PÉRIODE

D’OBSERVATION

LA LÉ 1’550 msm

Moraine + alluvions Poreux

mixte

Nival (Forte influence des eaux

de surface)

2008 - 2013

LE

BROCARD 620 msm

Cristallin

(gneiss) Fissuré Nival 1981 - 2013

LA

VOUETTE 730 msm

Grès

(Permo-Carbonifère) Fissuré Nival 2010 - 2013

LA DILOGNE

– VISSE 1’605 msm

Calcaire (Malm) +

Eboulis Karstique

Pluvio-Nival (Contribution glaciaire à

la recharge)

2010 - 2013

BALTSCHIE

DER 1’460 msm

Cristallin (granite) +

Couverture

morainique

Fissuré +

poreux

Pluvio-Nival 2010 - 2013

STRADA: SURVEILLANCE DE SOURCES DE MONTAGNE

Substitution (ρ = -1) Effet piston (ρ = 1) Homogénéisation (ρ = 0)

Galleani et al., 2011


CARACTÉRISATION ET COMPRÉHENSION DE LA VULNÉRABILITÉ ES SOURCES

CAPTAGE MODE D’ÉCOULEMENT

RISQUE VESPA (V)

QUALITATIF QUANTITATIF INDICE VULNÉRABILIT

É

LA LÉ Substitution et homogénéisation 5.7

DILOGNE Substitution 10.2

BALTSCHIEDER Substitution - -

BROCARD Homogénéisation 0.016

VOUETTE Homogénéisation et substitution 0.002

Très élevé Fort risque de pollution par infiltration et/ou forte réaction aux événements

climatiques

Élevé Risque de pollution par infiltration et/ou réaction aux événements climatiques

Faible Couverture protectrice et/ou réservoir de dimensions importantes

V = c(ρ )β γ Estimation de la vulnérabilité des sources sur la base

d’une relation entre

c(ρ ) Comportement aquifère (corrélation Q – K)

β Variabilité annuelle de la température T

γ Variabilité annuelle du débit Q

Faible V ≤ 0.1

Moyenne 0.1 < V ≤ 1

Haute 1 < V ≤ 10

Élevée V > 10

«SUISSE» «ITALIE»


Da 1731 sono state scelte 41 sorgenti

Dopo aver effettuato i vari sopralluoghi 13 sorgenti sono state strumentate, tra queste 9 sono state inserite nel progetto INTERREG “STRADA”


In figura si riporta la schermata generale del Geodatabase nel quale si evidenzia l’ubicazione delle sorgente monitorate ed i punti delle stazioni meteo di controllo.


Struttura del Geodatabase sorgenti (4)

Dal Geodatabase è possibile consultare i grafici, i fogli di calcolo e le elaborazioni derivanti dal monitoraggio della sorgente mediante sonde multiparametriche, o altra strumentazione eventualmente installata.


Slide 7

Tipologie di stramazzi.

Triangolare (Thompson) Rettangolare

(Bazin)

Trapezoidale (Cipolletti)


Stramazzi sorgenti (2)

Sistemazione vasca e stramazzo.

Profilo irregolare

Esempio di sorgente non strumentabile

Esempio vasca di raccolta in acciaio

Esempio di profilo irregolare e

relativo intervento di riprofilatura per

consentirne la strumentazione.


Sonda OTT Sonda STS Sonda Greenspan

Le sonde multiparametriche permettono di acquisire con cadenza oraria i seguenti parametri: Livello idrico [m]; Temperatura [°C]; Conducibilità elettrica [µS/cm]. Durante l’installazione della sonda è necessario prevedere un posto per il suo alloggiamento (tubo in PVC finestrato) che sia in grado di preservarla dalle eventuali turbolenze:

l’alloggiamento della sonda deve essere distante dallo stramazzo per un valore pari a 3÷4 hmax (altezza max su sfioratore); l’alloggiamento della sonda deve avere una distanza sufficiente dal dreno di immissione così da non risentire delle turbolenze generate da questi;


Metodo Civita Metodo Indice V.E.S.P.A. Funzione di cross correlation

Tale funzione è stata applicata per cercare la correlazione tra due parametri (x e y), ossia tra precipitazioni (x) – portate (y) e tra precipitazioni (x) – conducibilità elettrica (y).

Classe

Vulnerabilità

Indice di

vulnerabilità [V]

A V>10

B 1<V≤10

C 0.1<V≤1

D V≤0.1

Classe

Vulnerabilità TD

Velocità di

flusso

(m/s) (m/d)

A tD<5 >10-2 >1000

B 5≤tD≤20 10-2-10-3 100

C 20<tD≤50 10-3-10-4 10

D tD>50 10-4-10-5 1

Si è scelto di applicare tre metodi differenti per la valutazione della vulnerabilità della sorgente: • Metodo Civita o del tempo di dimezzamento (Civita, 2005; Civita, 2008); • Metodo Indice V.E.S.P.A. (Vigna et alii, 2011); • Analisi statistica mediante l’uso di una funzione di cross correlation (Kresic et alii, 2010).


Dall’analisi svolta su tutte le sorgenti studiate si è visto come il Metodo Civita tenda in generale a sottostimare il grado di vulnerabilità. Per tanto, si è scelto di escluderlo dalla procedura statistica che è stata implementata per arrivare a definire un grado finale di vulnerabilità. Procedura seguita: 1. Si è scelto di attribuire alle quattro classi definite dall’Indice V.E.S.P.A. un punteggio da 1 a 4; 2. Per rendere il risultato ottenuto dalla funzione di cross correlation paragonabile con quello

ricavato dall’applicazione dell’Indice V.E.S.P.A. sono state create quattro classi di time lag;

Time lagGrado di

Vulnerabilità

0-4 A

5-9 B

10-20 C

>20 D

Grado di

Vulnerabilità

Relazione

precipitazione - portata

Relazione

precipitazione - conducibilità

A 2 2

B 1,5 1,5

C 1 1

D 0,5 0,5

3. Si è scelto di attribuire ai quattro gradi di vulnerabilità per la funzione di cross correlation un valore che va da 0,5 a 2 (step 0,5) sia per la relazione precipitazione – portata che per la relazione precipitazione – conducibilità elettrica;

4. Con l’uso di Matlab sono state ricavate tutte le possibili permutazioni derivanti dalla combinazione dei risultati dell’Indice V.E.S.P.A. e della funzione di cross correlation;

5. Avendo ricavato tutte le permutazioni si è ottenuta una distribuzione gaussiana dalla quale sono state ricavate quattro classi finali di vulnerabilità a cui è associato il relativo grado finale di vulnerabilità.

2-3 D

3,5-4,5 C

5-6 B

6,5-8 A

Classe finale di

Vulnerabilità

Grado finale di

Vulnerabilità

Vulnerabilità della sorgente

../Vulnerabilità.xlsx


Dimensionamento aree di salvaguardia

In funzione del grado di Vulnerabilità si determina la dimensione delle aree di salvaguardia della sorgente, composte da: ZTA, ZR e ZP.

Situazione D d

(m) (m)

A 40 10

B 30 5

C 20 5

D 10 2

Situazione Estensione a monte Note

A Tutta l’area di alimentazione Efficacia limitata

B Tutta l’area di alimentazione Riducibile a 2000 m in caso di

acquifero protetto in superficie

C L=400m

D L=200m

Zona Tutela Assoluta (ZTA) Zona di Rispetto (ZR)

La Zona di Protezione (ZP) corrisponde all’intero bacino idrogeologico della sorgente.


Check list per la delimitazione dell’area di salvaguardia

Si No

Acquisizione studio idrogeologico e progetto opera di

presa

Acquisizione dati da stazione meteorologica

termopluviometrica all'interno del bacino idrografico

della sorgente

I STEP

III STEP

Presenza di vasche (sedimentazione, misura e carico)

con installazione di stramazzo

III STEP

Installazione sonda multiparametrica con passo di

acquisizione orario di: livello, temperatura e

conducibilità elettrica

VII STEP

Applico il metodo dell'Indice V.E.S.P.A. mediante

apposito software. In base al grado di vulnerabilità

ricavato si delimita l'area di salvaguardia (parametri d,

D ed eventualmente L)

IV STEP

Acquisizione di almeno un anno idrologico di dati

derivanti dal monitoraggio della sonda

multiparametrica

V STEP

Applicazione del software per il calcolo della funzione

di cross correlation . Valutare se il risultato è

attendibile, se si vado allo step VI, se no vado allo

step VII.

Stem

ma

Comune

Note

II STEP

CHECK LIST PER LA CORRETTA DELIMITAZIONE DELLE

AREE DI SALVAGUARDIA DELLA SORGENTE

VI STEP

In base al risultato della funzione di cross

correlation ottengo il grado di vulnerabilità secondo il

quale si delimita l'area di salvaguardia (parametri d, D

ed eventualmente L)


Software per la delimitazione delle aree di salvaguardia delle sorgenti montane (1)

Il software ha bisogno per funzionare correttamente che tra la vasca di sedimentazione e quella di presa sia installato uno stramazzo di tipo:

• Triangolare (Thompson); • Rettangolare (Bazin); • Trapezoidale (Cipolletti).

Inoltre, nella vasca di sedimentazione deve essere correttamente installata una sonda CTD, con passo di acquisizione orario, necessaria per la misura della Conducibilità elettrica (C), della Temperatura (T) e del Livello (D) dell'acqua. Per il funzionamento del software si richiede di installare python e di preperare il file excel composto da due fogli (Cross e VESPA) conformi a quanto riportato.

Foglio Cross

Foglio VESPA

Schermata iniziale del programma


Software per la delimitazione delle aree di salvaguardia delle sorgenti montane

Il programma terminerà con una finestra in cui vengono indicate tutte le informazioni derivanti dall’elaborazione quali:

1."Grado di Vulnerabilita' Vespa" 2."Grado di Vulnerabilita' Cross-Correlation Conducibilita'" 3."Grado di Vulnerabilita' Cross-Correlation Portata" 4."Grado di Vulnerabilita' finale della sorgente" 5."Valori di D e d per il dimensionamento della ZTA" 6."Estensione della ZR e della ZP"


Software per la delimitazione delle aree di salvaguardia delle sorgenti montane - esempio

Grado di Vulnerabilità finale: D (basso). Dimensioni ZTA:

•d=2 m •D=10 m

ZR: • L=200 m


Esempio scheda sorgente


Slide 31

Esempio scheda sorgente (9)


Vulnerabilità delle sorgenti studiate

Nome sorgente Indice VESPA Funzione di Cross Correlation Vulnerabilità finale

Grado Vulnerabilità

VESPA Punteggio CC-Portata Punteggio CC-Conducibilità Punteggio Punteggio Totale Grado di Vulnerabilità

Alpe_Perrot D 1 0 2 1 2 5 B

Cheserod_bassa D 1

Entrebin C 2 28 0,5 23 0,5 3 D

Grangette D 1

Mascognaz_1 B 3 0 2 0 2 7 A

Mascognaz_2 0 2

Pianet A 4 1 2 1 2 8 A

Promiod B 3 5 1,5 1 2 6,5 A

Valmeriana_2 C 2 0 2 2 2 6 B

Dallo studio è emerso come gran parte delle sorgenti monitorate siano soggette ad una vulnerabilità alta ed elevata. Per poter applicare tali metodologie è stato necessario:

• Acquisire un anno idrologico di dati con cadenza oraria; • Avere nelle vicinanze dell’opera di captazione, o comunque nel bacino idrogeologico in cui è ubicata la sorgente o nelle zone limitrofe, una stazione termopluviometrica.


RÔLE DU MANTEAU NEIGEUX

DANS LA RECHARGE AQUIFÈRE

Evolution du captage La Lé sur la période de suivi STRADABasé sur les valeurs horaires

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

0.4

0

10

20

30

40

50

60

70

80

01.oct..10 31.déc..10 01.avr..11 02.juil..11 01.oct..11 01.janv..12 01.avr..12 02.juil..12 01.oct..12 31.déc..12

h [

m]

Dé

bit

[l

/s]

Captages de La Lé: évolution des débits et hauteurs de neige 2007-2012

Q La Lé

Q La Lé man.

h La Lé

h La Lé man.

2

3

4

5

6

7

8


Te

mp

éra

ture

[°C

]

Captages de La Lé: évolution des conductivités et températures 2007-2012

°T La Lé

°T La Lé man.

150

200

250

300

350

400

450


Co

nd

uc

tivit

é é

lec

triq

ue

[µ

S/c

m]

Captages de La Lé: évolution des conductivités et températures 2007-2012

K20 La Lé

K20 La Lé man.

Dé

bit

C

on

du

ctiv

ité

Te

mp

érat

ure

STRADA Action 3.1 STRADA Action 3.2

COMPORTEMENT DES SOURCES

ET EFFET DE LA COMPOSANTE

CLIMATIQUE

25.05.2012 14.05.2012 03.04.2012


LA LÉ

Données cumulées 2007-2012

Déb

it [l/s]

2011 2011

2012

2012

STRADA: RÔLE DE LA NEIGE DANS LA RECHARGE AQUIFÈRE

Hn

eig

e [cm

]

LE BROCARD

Observations hivers 2011 et 2012

Pas de réponse à la source

Hn

eig

e [cm

] D

éb

it [l/s]

Plu

vio

métr

ie [m

m/j]

Pas de réponse à la source

- 80

- 60

- 40

- 20

- 0

2010 - 2011 2011 - 2012


CARACTÉRISATION DE LA VULNÉRABILITÉ DES EAUX SOUTERRAINES Cartographie (hydro)géologique de terrain Interprétation morphométrique 3D de bassins

versants

Description de sources par milieux hydrogéologiques Comportements physico-chimique types (Q, K, T)

Statistique des données météorologiques Comparaison avec les pronostics

climatologiques

Analyse corrélatoire entre données météorologiques et hydrogéologiques Détermination objective de la vulnérabilité à long terme

GESTION ET AIDE À LA DÉCISION

STANDARD en matière de caractérisation Formulation d’indicateurs

environnementaux pour les eaux souterraines (p.ex. VESPA, Potentiel de résistance à la sécheresse )

OPTIMISATION des besoins en matière de protection qualitative + quantitative

Organisation du territoire, Restrictions d’utilisation du sol, Utilisation optimisée

des ressources

CONCLUSIONS & PERSPECTIVES


Prodotti

1) Report tecnico su tecniche di rilevamento dello SWE

2) Redazione di una scheda tipo per la caratterizzazione di una sorgente

3) Linee guida per la delimitazione delle aree di salvaguardia delle sorgenti montane +software (http://www.progettostrada.net/38,News.html)

4) Rapporto tecnico di sintesi tra attività 3.1 e 3.2

5) 2 workshop: 1 in Italia (VDA 19 marzo 2013) e 1 in CH (maggio 2013) (a breve sul sto le resentazioni)

6) Pubblicazioni su riviste scientifiche e partecipazioni a convegni (Global warming in the Alps: vulnerability and climatic dependency of alpine springs in Italy, Regione Valle d’Aosta and Switzerland, Canton Valais - EGM35 ).

http://www.progettostrada.net/38,News.html


Grazie a: Switzerland: •Service de la Protection de l’environnement du Canton du Valais (SPE), •Alpgeo Hydrogéologues conseils •Centre de Recherche sur l’environnement alpin (CREALP). Italy: •Dipartimento difesa del suolo e risorse idriche •ARPA Regione Valle d’Aosta, •Dipartimento di Ingegneria dell’ Ambiente, del Territorio e delle Infrastrutture (DIATI), Politecnico di Torino.

D. Bertolo, L. P. Lodi, M. De Maio, G. Bianchetti, U. Morra di Cella, P. Christe, G. Amanzio, E. Suozzi, E. Mignot, P. Ornstein.

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