I modelli numerici idrogeologici costituiscono uno strumento ormai irrinunciabile negli studi idrogeologici. Attraverso la modellazione è possibile parametrizzare il modello geologico del suolo rispetto alla circolazione idrica, così come effettuare previsioni sul comportamento del sistema in seguito a sollecitazioni naturali ed antropiche.
L’utilizzo di tali modelli può essere applicato in diversi campi:
- caratterizzazione e bonifica dei siti contaminati;
- barriere idrauliche – sistemi pump and treat;
- barriere permeabili reattive;
- delimitazione dell’area di ricarica delle sorgenti;
- delimitazione della zona di cattura dei pozzi;
- dimensionamento di impianti geotermici a circuito aperto e chiuso;
- definizione della portata di emungimento sostenibile dei pozzi;
- studio delle interferenze pozzo-sorgente, pozzo-pozzo, pozzo-acque superficiali;
- analisi di rischio sanitario-ambientale comparto acque (tier 3 e di supporto a tier 2);
- valutazione dell’impatto sulle acque sotterranee di cave, miniere, discariche;
- in generale, supporto alla gestione della risorsa idrica.
Un buon modello idrogeologico presuppone una approfondita conoscenza del sito da simulare. Questa parte dallo studio critico degli elaborati tecnici esistenti, associato ad uno o più sopralluoghi mirati alla definizione aggiornata delle condizioni al contorno, oltre ché del campo di flusso in condizioni statiche e dinamiche. Segue la creazione del data-base in ambiente GIS e la preparazione degli strati informativi necessari all’implementazione del modello di simulazione tridimensionale.
I metodi utilizzati dai modellisti di Kataclima comprendono sia codici alle differenze finite (Modflow) che agli elementi finiti (Feflow), disponibili in diverse interfacce grafiche, e simulano:
- flusso delle acque sotterranee;
- trasporto conservativo di contaminanti;
- trasporto reattivo di contaminanti;
- trasporto di calore;
- interfaccia acqua dolce-acqua salata;
- interazione acque sotterranee-acque superficiali.
Il modello creato in base ai parametri di input viene sottoposto ad un rigoroso processo di calibrazione che prevede l’utilizzo di tecniche a complessità crescente:
- calibrazione iniziale “trial&error”;
- calibrazione automatica con PEST (parametri di output distribuiti in aree omogenee);
- calibrazione automatica con PEST (utilizzo di Pilot Points; i parametri di output variano gradualmente);
- analisi di sensitività e controllo sulla correlazione tra i parametri calibrati;
- analisi dell’incertezza associata alla previsione tramite simulazioni Montecarlo.
Ma la vera potenza della modellazione numerica risiede nella capacità di supportare la modellazione concettuale, testando, confutando e proponendo ipotesi di funzionamento. Tale capacità, sebbene spesso ignorata, è unica nel suo genere e consente di:
- direzionare le indagini di campo;
- dimensionare il grado di complessità necessario nella costruzione del modello numerico;
- definire gli aspetti del modello concettuale fondamentali ai fini delle previsioni;
- individuare i punti deboli del modello concettuale;
- migliorare la comprensione del sistema fisico, risparmiando tempo e risorse.
Tale approccio è stato ideato e sviluppato da Kataclima e prende il nome di Numerically Enhanced Conceptual Modelling (NECoM).
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Link utili:
- FREEWAT
- PEST
- USGS Computer Modeling & Software
- Groundwater Vistas
- Processing Modflow
- MicroFEM & MLU
- FeFlow
- Doherty J (2015) Calibration and Uncertainty Analysis for Complex Environmental Models – PEST: complete theory and what it means for modelling the real world – Watermark Numerical Computing, Brisbane, Australia
- Lotti F, Doherty J (2016) The role of numerical models in environmental decision-making. Acque Sotterranee – Italian Journal of Groundwater. doi: 10.7343/as-2016-231
- Lotti F (2015) Modelli al servizio dell’idrogeologia o idrogeologia al servizio dei modelli? Acque Sotterranee – Italian Journal of Groundwater. doi: 10.7343/AS-112-15-0139
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