RICERCA ITALIANA     

Problematiche legate alla complessità e all’incertezza nei problemi di flusso e trasporto nelle formazioni naturali eterogenee

Università degli Studi di Padova

Abstract

Gli studi legati agli acquiferi naturalmente eterogenei hanno trovato negli ultimi decenni notevole impulso con la diffusione di teorie che descrivono le proprietà idrauliche dei mezzi porosi (porosità, conducibilità idraulica, storatività, ecc.) come variabili aleatorie. Secondo tali studi, l'incertezza che caratterizza la descrizione delle proprietà idrauliche, assieme a quella insita nella modellazione dei processi e agli errori che affliggono la misura delle diverse grandezze d'interesse, può essere trattata con successo con approcci a carattere non deterministico per interpretare e/o predire i fenomeni di flusso e trasporto che si realizzano nelle formazioni naturalmente eterogenee. Nonostante gli sviluppi teorici abbiano trovato conferma in diverse sperimentazioni di campo, l'applicazione a casi di pratico interesse trova notevoli difficoltà principalmente dovute i) alla necessità di disporre di una adeguata caratterizzazione idrogeologica dell'area in esame; ii) alla inadeguatezza dei modelli talvolta legati a schematismi alquanto rigidi nel descrivere in termini aleatori l'acquifero ed i fenomeni che in esso si realizzano. La necessità di definire in termini di distribuzione di probabilità congiunta nello spazio le proprietà idrauliche dell'acquifero (porosità, conducibilità idraulica, trasmissività, storatività) alle diverse scale dei processi che si vogliono analizzare, richiede un considerevole numero di dati da ottenersi mediante >>>

Coordinatore Scientifico del Programma di Ricerca

Paolo Salandin Università degli Studi di PADOVA

Obiettivo del Programma di Ricerca

Nella recensione del libro “Applied Stochastic Hydrogeology” di Yoram Rubin [2003], Desbarats [TPM, 2004] conclude dicendo “My final comments concern the title of the book and the author’s rather optimistic use of the adjective ‘‘applied’’. In fact, there is very little material in this book describing applications of the theory to real-world problems. The author does occasionally summarize or cite studies comparing theoretical results with observations from detailed field experiments purposely designed to investigate solute transport, but that does not really constitute an application. The reader may well ask: where, after more than 20 years of research in stochastic hydrogeology, are the documented successful applications of the theory presented in this book?”. Tale affermazione pone l’accento, in maniera estremamente esplicita, sulla “distanza” fra l’attività scientifica e le reali applicazioni, aspetto sentito e riconosciuto dagli stessi ricercatori attivi in tale settore (si ricorda ad esempio l’International Groundwater Symposium tenutosi a Berkeley (CA) nel 2002 dall’esplicito titolo “Bridging the gap between measurements and modeling in heterogeneous media”). Il problema può essere imputato a due diverse cause. La prima riguarda la diffidenza e la cronica lentezza con cui non solo tecnici e professionisti, ma anche i legislatori modificano il proprio modus operandi di fronte all’avanzare di nuove teorie, non certo facilitati anche dal linguaggio “solo per iniziati >>>

Risultati parziali attesi

Come specificato al punto 11 con la ricerca proposta si intende fornire un insieme di strumenti utili all’interpretazione e alla previsione dei fenomeni di flusso e trasporto che si realizzano negli acquiferi naturalmente eterogenei. Tale risultato può essere raggiunto con successo trattando le varie grandezze d’interesse come variabili aleatorie secondo quello che è usualmente definito l’approccio stocastico, utilizzato nella presente ricerca per verificarne la reale capacità di interpretare i fenomeni propri di un caso reale. L’acquifero preso in esame è di tipo freatico e si trova lungo il corso del fiume Piave in area pedemontane. L'alimentazione della falda è legata alle precipitazioni, alle acque provenienti dai versanti e alle dispersioni del fiume Piave stesso che scorre su alluvioni ad elevata permeabilità. Il sottosuolo è solcato da paleoalvei del fiume che, in epoca più o meno recente, ha più volte cambiato il suo percorso determinando delle zone con permeabilità differenziata.
Ed è proprio dalla complessità del caso in esame, dalla necessità di interpretare correttamente fenomeni che si sviluppano in situazioni ben lontane dagli schemi elementari, che possono aversi i principali avanzamenti della conoscenza.
Dal punto di vista modellistico – interpretativo per ciascuno dei tre aspetti presi in considerazione dalla ricerca i singoli risultati attesi sono i seguenti.
i) Analisi dell’interazione fra acque superficiali e sotterranee >>>

Durata

24 mesi

Base di partenza scientifica nazionale o internazionale

E’ di seguito singolarmente riportato lo stato dell’arte per ciascuno dei tre aspetti della ricerca trattati.

Molti ricercatori hanno recentemente riconosciuto l'importanza delle interazioni tra acque superficiali e acque sotterranee per una corretta descrizione dei processi idrologici alla scala di bacino [e.g., Kollet and Maxwell, 2006]. Di conseguenza molti sforzi si sono concentrati nello sviluppo di modelli numerici accoppiati che,
insieme a studi sperimentali di campo e laboratorio, hanno evidenziato come sia necessario considerare il bacino idrografico nel suo insieme suolo-sottosuolo per una migliore determinazione delle variabili di interesse (livello di falda, contenuto d'acqua del terreno, ma anche portate superficiali, etc.). In questo contesto
l'eterogeneità delle proprietà idrauliche degli acquiferi naturali, soprattutto per quanto riguarda la conducibilità idraulica, riveste un ruolo determinante, in particolare per la previsione e/o la ricostruzione dell'evoluzione di processi inquinanti e gestire di conseguenza in modo integrato la protezione delle diverse parti del bacino idrografico (i.e., sistema acquifero, aree di ricarica, punti di presa superficiale e sotterranea, etc.). La deduzione dei parametri idraulici da prove in situ e/o il prelievo di campioni da analizzare in laboratori, risulta però una pratica oltremodo onerosa. Di conseguenza la conoscenza dei parametri idraulici risulta di fatto limitata >>>