Nuove prospettive del GIS nella gestione dell'ambiente: l'approccio Datacrossing

2006-11-22Sardegna Ricerche, Edificio 2, Località Piscinamanna 09010 Pula (CA) - ItaliaGis Day 2006: dal Gis al Geo-We

Una metodologia multivariabile per la calibrazione di alcuni parametri idrogeologici Portoscuso (Sardegna)

Nella presente nota si mostra l’applicazione di una metodologia di calibrazione per la valutazione di alcuni parametri idrogeologici. La metodologia si basa su un approccio multivariabile ed è sviluppata attraverso l’integrazione del GIS con modelli numerici. I dati, implementati in un GIS, costituiscono l’input di un modello tridimensionale agli elementi finiti (CODESA 3D) per la valutazione di fenomeni di trasporto di inquinanti in falda. La metodologia permette, variando opportunamente alcuni parametri del sistema attraverso l’analisi comparata degli scenari simulati, di determinare le configurazioni che meglio riproducono il sistema reale. In particolare si considera un algoritmo di ottimizzazione, implementato in Arcview, che minimizza gli scarti tra le misure campionate e quelle simulate. L’insieme delle configurazioni in grado di riprodurre il comportamento del sistema è poi discusso in termini probabilistico−statistici. Obiettivo del presente lavoro è, oltre alla parametrizzazione del sistema fisico in studio, l’implementazione all’interno del GIS di una metodologia automatica di gestione e analisi dei dati simulati. Il sito su cui viene testata la procedura è un settore della piana di Portoscuso (Sardegna Sud Occidentale) inquinata da residui inorganici provenienti da industrie metallurgiche e chimiche.An extensive quality assessment of the data has been carried out to characterize the area overlying the aquifer system of Portoscuso (Southern Sardinia). In this context we set up a geographical information system and applied a environmental model to study contaminant migration. A critical point of our study is the data crossing between the measured data and the simulated ones. In this context a methodology for testing the accuracy of the model and to calibrate hydro−geological parameters has been implemented in the GIS.715-72

Descrizione del GIS/database implementato: sito di Portoscuso

Una delle attività previste nella Fase II del progetto riguardava la costruzione di un database e di un GIS per i dati dei due siti selezionati nella Fase I: Oristano e Portoscuso [Muscas e Cau, 2000, Muscas et al., 2000]. Per il sito di Oristano tale attività è stata realizzata nella Fase II, mentre il ritardo con cui sono stati reperiti i dati relativi al sito di Portoscuso ha comportato lo slittamento di questo lavoro alla Fase III. Nel presente rapporto viene descritta l’implementazione del GIS/database del sito di Portoscuso. Anche per il sito di Portoscuso, come per Oristano, gli applicativi GIS utilizzati sono stati: ArcInfo e ArcView, entrambi della ESRI [Muscas e Cau, 2000]. In particolare ArcInfo è stato utilizzato per la correzione degli errori, costruzione della topologia e creazione ex novo di nuovi livelli informativi. Il GIS realizzato è stato invece organizzato in un progetto Arcview

Adattamento e parametrizzazione del modello numerico: sito di Portoscuso

Il presente rapporto fa parte degli elaborati tecnici della III fase (Attuazione) del Progetto PST/MURST Tecnologie avanzate perla gestione delle risorse idriche: software per la modellazione ambientale. Nel documento si descrivono le fasi di adattamento e parametrizzazione del programma di calcolo CODESA-3D (Gambolati et al. 1999, Lecca) per l’implementazione del modello numerico tridimensionale dell’acquifero costiero del sito di Portoscuso (Sardegna sud-occidentale). Obiettivo generale di questa parte del Progetto è la simulazione, tramite il modello numerico, dei fenomeni di trasporto di inquinanti inerti, assimilabili come comportamento ai sali marini. Il sistema acquifero della piana di Portoscuso è stato oggetto di diversi studi. La zona è interessata da un grosso polo industriale di zone estrattive di minerali. Per la predisposizione dei dati di input del modello ci si è avvalsi in modo sostanziale delle tecnologie informatiche GIS, attraverso la costituzione e l’aggiornamento di un database cartografico e alfanumerico (Cau e Muscas 2001, Muscas et al. 2001) e lo sviluppo di interfacce software per l’integrazione dei diversi sistemi informatici (GIS, generatori di griglie di calcolo, modello numerico, etc. ) descritte nell’elaborato della III fase “Interfacciamento GIS-Modello”. Questo rapporto, inoltre, fa riferimento agli elaborati “Descrizione del GIS-Database implementato” e “Analisi dei dati” (Muscas e Cau, 2002) della fase III e risulta a sua volta propedeutico all’elaborato “Descrizione delle prove di calibrazione e validazione” della presente fase

The data-crossing approach to locate point source pollution. The Portoscuso Case (Sardinia)

È oggi comunemente riconosciuta l’esigenza di disporre di metodi e tecniche per la tutela e la gestione ottimale delle risorse idriche e per la valutazione dell’impatto ambientale dovuto a rischi naturali e alla presenza di sostanze contaminanti nei bacini idrologici e nelle acque sotterranee. Individuare le fonti localizzate e le modalità di immissione di inquinanti negli acquiferi, in riferimento a cause e tempi con cui l’inquinamento si è prodotto, è estremamente complesso. In questo lavoro viene descritto un sistema informatico integrato di modellizzazione formato da tecnologie GIS, generatori di griglia, simulatori numerici, e visualizzatori al fine di indagare l’impatto sulla qualità dell’acqua di fonti di inquinamento localizzate e diffuse e quantificare l’incertezza nell’applicazione del modello idrologico. La procedura permette, variando la posizione delle fonti di immissione degli inquinanti, di simulare le configurazioni che meglio riproducono le situazioni reali. Possono essere ipotizzate congiuntamente più fonti di immissione contemporanee supponendo diverse leggi di immissione. In particolare la procedura è stata applicata ad un caso di studio reale, per analizzare e incrociare i campi di inquinamento simulati coi valori di inquinamento misurati in situ al fine di individuare i punti possibili d’immissione dell’inquinante e il relativo tempo di permanenza. L’insieme delle configurazioni in grado di riprodurre il comportamento del sistema è stato poi discusso in termini probabilistici e statistici. Il sito in esame è un settore della piana di Portoscuso (Sardegna Sud Occidentale) inquinata da residui inorganici provenienti da industrie metallurgiche e chimiche.Tools and methodologies for optimal water resources management and for environmental impact analysis are needed in order to evaluate natural hazards, presence of contaminant sources in hydrological and groundwater basins etc.. Finding the location of point source pollution and understanding the dynamics of groundwater degradation, considering also the causes and the time of its occurrence, can be extremely complex. In this work, an integrated software system has been developed, herein described. This is a suit of partly in-house developed modules composed of GIS technologies, mesh generators, and hydrological and pre/post processing codes designed to predict the impact of a point source of pollution and to quantify the uncertainty due to the model application. Moreover the computational system has been personalized, for a case study, to integrate simulated contamination fields with in situ measurements to identify the location of point source pollution and the time of the spill. The procedure enable the user to identify the simulated scenario closest to the observed one. A probabilistic approach will be then performed to analyse the results. The resulting methodology was applied to the case of the Portoscuso Plain (South-West Sardinia) threatened by inorganic residuals from the industrial zone of Portoscuso

Descrizione del GIS/database implementato: sito di Oristano

Sono ormai note le potenzialità dei sistemi informativi geografici GIS. La capacità di eseguire analisi spaziale rappresenta la parte fondamentale del GIS, ne motiva l’utilizzo e ne giustifica la sua grande diffusione. La seconda fase del progetto “Ambiente e territorio. Tecnologie avanzate per la gestione delle acque. Software per la modellistica ambientale" è stata dedicata alla formalizzazione degli algoritmi risolutivi e delle modifiche da introdurre ai modelli numerici e alla raccolta ed elaborazione dei dati necessari alla realizzazione del sistema informativo geografico. I siti individuati per la costruzione del GIS sono: l'area di Oristano (Sardegna centro occidentale) caratterizzata da un alto grado di vulnerabilità dell'acquifero dovuto presumibilmente a fenomeni di intrusione salina, e l'area di Portoscuso (Sardegna sud occidentale), sede di agglomerati industriali caratterizzata da inquinamento dovuto a metalli pesanti e fenomeni di intrusione salina nell'acquifero

Database distribuiti al servizio di sistemi ambientali avanzati: l'esperienza Datacrossing

2006-11-28Sardegna Ricerche, Edificio 2, Località Piscinamanna 09010 Pula (CA) - ItaliaKick-off Meeting del Progetto GRIDA

A user friendly multi-catchments tool for the SWAT model

A software system to manage SWAT results (bsb.dbf and rch.dbf) has been developed on a multi catchment scale. Regions such as Sardinia, Sicily, Portugal etc are, in fact, characterized by a large variety of ecosystems within complex catchments. The AVS2000 interface deals with one watershed at a time, but the aggregation of SWAT results about adjacent basins may be necessary for an integrated water resources management. To achieve this goal, an ArcView extension, called multi-catch.avx, has been developed. The extension allows the user to select the subbasins within the basins under investigation and obtain statistical reports of the model output, from the rch and bsb tables, in the form of charts, statistics and maps. The tool helps water managers in the demanding problem of water management by automating the post processing operation when dealing with many catchments within a region. Multi-catch.avx uses the bsb and rch files of all the projects and dynamically permits making time and spatial analysis at the widest scale and creating maps in the ArcView environment. A project view is created where all the watersheds under study are displayed along with their subbasins. The user can dynamically visualize and analyse the spatial distribution of a chosen model output for all the active subbasins within the given basin, at a monthly or yearly time resolution. Moreover the bsb file of each project is aggregated to represent the whole basin under study and statistical indicators such as mean, standard deviation etc. are calculated. The newly developed ArcView extension has been utilized to map, and analyze 15 Swat projects within the Sardinian Region.153-15

A Decision Support System based on the SWAT model for the Sardinian Water Authorities

Sardinian Regional Authorities, such as Assessorato della Difesa dell’Ambiente, have the demanding problem of water management and protection. Targeted to their specific needs they use alternative applications and models for their specific tasks. Black box models, in the past, have been the most commonly used approach to describe the hydrological cycle. Despite their wide use, these models have shown severe limitations to take into account land use and climate changes. Physically based models can make better prediction when different combination of soil and land use, within the basin, have a significant effect on the hydrological cycle. The variety and complexity of alternative environmental problems found in the island, which vary from the impact of the agro-zootechnical to the industrial compartment, have suggested that empirical models are less suitable to predict the environmental dynamics at the catchment’s scale. Regional Authorities enact Regional Directives to enforce different European Directives, and no absolute limits can be drawn to separate their alternative field of application. The Piano di Tutela delle Acque Regional Directives aim to enforce water policy in terms of definition on where and how water resources must be used and what water protection actions need to be taken to improve water quality of rivers, lagoons, groundwater, lakes etc.. In this context, the hydrological physically based SWAT model has been chosen and applied to estimate both the water balance of the main catchments of the island and the impact of land management practices on downstream water bodies. The performance of the model has been evaluated on several stream flow monitoring gages against registered data.The study has been partially funded by the Sardinian Regional Authorities.369-37

Predicting groundwater salinity changes in the coastal aquifer of Arborea (Central Western Sardinia)

The area of Arborea, extending over roughly 70 km2, is located in the Northern Campidano plain (central-western Sardinia - Italy). The plain, that was formed in a tectonic trough of the Tertiary, is characterised by Quaternary deposits of fluvial, lacustrine, marine and eolian facies. The Quaternary formation is several hundred meters thick. The stratigraphic sequence, whose characteristics vary from one place to another, is generally represented by gravelly, sandy, silty and clayey deposits. The aquifer basin consists of two main units, a shallow phreatic aquifer (around ten meters thick) and a deeper semiconfined - confined unit, separated by a variable thickness aquitard. The system is recharged by rainfall, irrigation and by lateral inflow from the volcanic rock aquifers bordering the plain. Owing to inadequate water management policies, the Arborea coastal aquifer system has been contaminated by seawater intrusion as a result of overexploitation during the frequent droughts that affect Sardinia. Groundwater withdrawals have caused saltwater to encroach landward and upward toward the withdrawal points. Periodic monitoring, carried out for several years by the Department of Land Engineering at the University of Cagliari showed a varying degree of salt water intrusion along the coast. High electrical conductivity values were found mostly in the deeper aquifer, as it is locally overexploited, whereas lower values were recorded in the shallow phreatic aquifer. Nevertheless, in the shallow aquifer the extension of contaminated areas is larger than in the deep aquifer. In this work an extensive quality assessment of the data was performed to characterise the area overlying the Arborea aquifer system. In this context we set up a geographical information system and applied an environmental model to study the migration of the contaminants. A preliminary model, elaborated with the CODESA 3D code, was implemented to simulate the impact of land management (different groundwater abstraction schemes, artificial recharge etc.) on the salt dispersion process.243-25