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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
AZIONE 3 – GESTIONE DELLE SORGENTI DI MONTAGNA
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 – GESTIONE 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
AZIONE 3 – GESTIONE DELLE SORGENTI DI MONTAGNA
Timorion (Valsavarenche - I)
~ 0,5 Kmq, bacino interamente glacializzato
range quota - 3.050 ÷ 3.500 m
AZIONE 3 – GESTIONE DELLE SORGENTI DI MONTAGNA
Vallone di Mascognaz (Val d’Ayas - I)
~ 10 Kmq, NO contributo glaciale ai deflussi
range quota - 1.950 ÷ 3.000 m
AZIONE 3 – GESTIONE DELLE SORGENTI DI MONTAGNA
Vallon de Réchy (Valais - CH)
AZIONE 3 – GESTIONE DELLE SORGENTI DI MONTAGNA
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
AZIONE 3 – GESTIONE DELLE SORGENTI DI MONTAGNA
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)
AZIONE 3 – GESTIONE DELLE SORGENTI DI MONTAGNA
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)
AZIONE 3 – GESTIONE DELLE SORGENTI DI MONTAGNA
APPLICAZIONE MODELLO SWE – TERRITORIO REGIONALE
Caratteristiche dataset di base
Dati disponibili sul sito ARPA VdA (www.arpa.vda.it)
AZIONE 3 – GESTIONE DELLE SORGENTI DI MONTAGNA
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
AZIONE 3 – GESTIONE DELLE SORGENTI DI MONTAGNA
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)
AZIONE 3 – GESTIONE DELLE SORGENTI DI MONTAGNA
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
AZIONE 3 – GESTIONE 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
AZIONE 3 – GESTIONE DELLE SORGENTI DI MONTAGNA
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»
AZIONE 3 – GESTIONE DELLE SORGENTI DI MONTAGNA
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”
AZIONE 3 – GESTIONE DELLE SORGENTI DI MONTAGNA
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.
AZIONE 3 – GESTIONE DELLE SORGENTI DI MONTAGNA
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.
AZIONE 3 – GESTIONE DELLE SORGENTI DI MONTAGNA
Slide 7
Tipologie di stramazzi.
Triangolare (Thompson) Rettangolare
(Bazin)
Trapezoidale (Cipolletti)
AZIONE 3 – GESTIONE DELLE SORGENTI DI MONTAGNA
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.
AZIONE 3 – GESTIONE DELLE SORGENTI DI MONTAGNA
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;
AZIONE 3 – GESTIONE DELLE SORGENTI DI MONTAGNA
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).
AZIONE 3 – GESTIONE DELLE SORGENTI DI MONTAGNA
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
AZIONE 3 – GESTIONE DELLE SORGENTI DI MONTAGNA
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.
AZIONE 3 – GESTIONE DELLE SORGENTI DI MONTAGNA
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)
AZIONE 3 – GESTIONE DELLE SORGENTI DI MONTAGNA
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
AZIONE 3 – GESTIONE DELLE SORGENTI DI MONTAGNA
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"
AZIONE 3 – GESTIONE DELLE SORGENTI DI MONTAGNA
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
AZIONE 3 – GESTIONE DELLE SORGENTI DI MONTAGNA
Esempio scheda sorgente
AZIONE 3 – GESTIONE DELLE SORGENTI DI MONTAGNA
Slide 31
Esempio scheda sorgente (9)
AZIONE 3 – GESTIONE DELLE SORGENTI DI MONTAGNA
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.
AZIONE 3 – GESTIONE DELLE SORGENTI DI MONTAGNA
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
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
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
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
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
AZIONE 3 – GESTIONE DELLE SORGENTI DI MONTAGNA
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
AZIONE 3 – GESTIONE DELLE SORGENTI DI MONTAGNA
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
AZIONE 3 – GESTIONE DELLE SORGENTI DI MONTAGNA
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 ).
AZIONE 3 – GESTIONE DELLE SORGENTI DI MONTAGNA
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.