Obiettivi
L’IRSA in questa area tematica si pone i seguenti obiettivi:
- Sviluppo di conoscenze teoriche e applicative nel campo dell’idrologia delle acque sotterranee finalizzate a valutare le disponibilità idriche ed il destino di sostanze inquinanti nei mezzi saturi e non saturi utilizzando tecniche differenti (traccianti, geofisiche, idrauliche) e sperimentazioni in campo ed in laboratorio.
- Sviluppo di modelli concettuali e matematici per la valutazione delle disponibilità idriche, dell’impatto antropico, delle concentrazioni di inquinanti e per il bilancio tra disponibilità e domanda idrica anche in realazione aii cambiamenti climatici;
- Individuazione di tecnologie, elaborazione di liste di misure gestionali ed organizzative adeguate all’ambiente mediterraneo finalizzate al contenimento dei consumi idrici e dell’inquinamento diffuso, per la rinaturalizzazione dei corpi idrici, per il miglioramento della ritenzione idrica nei suoli.
- Sviluppo di sistemi integrati ed interoperabili per il monitoraggio in continuo quali quantitativo della risorsa idrica anche utilizzando dati provenienti da piattaforme remote; integrazione di soft-data all’interno di sistemi di monitoraggio tradizionali mediante l’utilizzo di metodi partecipativi, e metodologie di collective decision making; metodi per il trattamento, la stima e la riduzione dell'incertezza associata a dati ambientali
Rilievo
L'acqua è un elemento fondamentale per lo sviluppo sociale ed economico di un paese ed ha una funzione fondamentale nel mantenere l'integrità dell'ambiente naturale. E’ ben noto che ci sono grandi differenze nella disponibilità di acqua da una regione all'altra del pianeta, variabilità dovute sia alla variabilità spazio-temporale del clima, esaltata dai cambiamenti climatici in corso, sia ai diversi caratteri idro-geo-morfologici presenti. L’incremento delle risorse disponibili all’utilizzo attraverso la costruzione di opere, in molti casi, può non essere una soluzione praticabile per dare risposta alle richieste crescenti delle grandi aree urbane e dell’agricoltura irrigua anche in vista dei cambiamenti globali. L’incremento dei conflitti per l’uso delle risorse idriche rappresenta un’emergenza in molte parti del pianeta con conseguenze già molto gravi in termini di conservazione delle risorse. Ciò richiede il superamento di approcci frammentari a favore di un approccio olistico che ponga al centro il mantenimento degli ecosistemi naturali (ecosystem services). L’esperienza maturata nel corso degli anni dall’IRSA ha dimostrato che questo è un approccio flessibile, in grado di adattarsi a diversi contesti locali e nazionali.
In questo quadro di riferimento, lo sviluppo di nuovi modelli, di nuovi dispositivi e di tecniche innovative, potrà dare i giusti impulsi ad un trasferimento tecnologico che dovrà essere considerato prioritario per garantire una pianificazione e una gestione responsabile delle risorse tenendo in considerazione gli aspetti di disponibilità, economicità e di impatto ambientale.
L’IRSA assume storicamente un ruolo centrale nella messa a punto di strumenti metodologici, tecnologici, e modellistici in grado di valutare la variabilità nel tempo e nello spazio della risorsa idrica e di minimizzare gli impatti dello sfruttamento; altresì di rilievo è la partecipazione alle attività internazionali di foresight finalizzate alla individuazione delle sfide future nel campo della gestione delle risorse, delle esigenze di ricerca, della necessità di adottare nuove politiche.
Ambito internazionale
L’IRSA svolge un ruolo di primo piano nel panorama internazionale. Assumono particolare rilevanza il ruolo di coordinamento ricoperto in EurAqua, la rete degli Istituti Pubblici di ricerca sull’acqua negli Stati Membri UE, la presenza ed i ruoli ricoperti nella Piattaforma Tecnologica Europea sulle Acque – WssTP, nelle Joint Programming Initiatives, JPI-FACCE e JPI-Water, nella European Innovation Partnership, EIP-Water, e nei relativi Action Groups. L’IRSA è anche rappresentata nei working groups della EU Common Implementation Strategy, WFD CIS, incluso lo Strategic Coordination Group. In qualità di Chair di EurAqua, l’IRSA partecipa alle iniziative della Water Alliance che difende gli interessi ed i punti di vista del mondo industriale e della ricerca in ambito delle risorse idriche operando a livello di Commissari Europei e di Parlamento Europeo.
Numerose collaborazioni internazionali, europee e non, e diversi Memorandum of Understanding:
University of Osnabrück, Institute of Environmental Systems Research (DE), Alterra - Wageningen University and Research Centre (NL), TNO (NL), CEH Wallingford (UK), IRSTEA (FR), Geological Service of Denmark & Greenland (DK), HR Wallingford (UK), International Institute of Applied Systems Analysis (AT), Stockholm Environmental Institute-Oxford Office Limited (UK), USF Kassel (DE), Catholic University Leuven, Centre for Organizational and Personnel Psychology (BE), University of Cranfield (UK), Ecologic Institute for International & European Environmental Policy (DE), CVRM, Instituto Superior Técnico, University of Lisbon (PT), International Center for Integrative Studies, University Maastricht (NL), Institute of Hydrodynamics, Academy of Sciences of the Czech Republic (CZ), Tarleton State University (Texas, US), American Association of Agricultural and Biological Engineers (ASABE), IDEA-CNRC (Spagna), USDA-ARS (Temple, Texas, US), United States Geological Survey (USGS), West Michigan University, Department of Chemistry, Kalamazoo, MI (USA), University of Connecticut, Department on Natural Resources, University of Patras (Greece), Soil Science Lab., University of Barcelona (Spain), California State University, Department of Civil Engineering and Construction Engineering Management, Long Beach, CA (USA), Università di Brno (Slovacchia), Università di Neuchatel (CH), University of Lancaster (UK)
Ambito nazionale
Numerose collaborazioni nazionali con altri Istituti del CNR appartenenti al DTA e ad altri Dipartimenti. Collaborazioni con Università e Politecnici (Università di Bari, Politecnico di Bari, Università del Salento, Università di Padova, Università della Tuscia, Università "La Sapienza" e di Roma Tre, Università dell’Aquila).
INEA, ENEA diversi dipartimenti, IAMB; Ministero dell'Ambiente e della Tutela del Territorio e del Mare, ISPRA, Comitato Nazionale per la Lotta alla Siccità e desertificazione, Dipartimento Nazionale Protezione Civile, CMCC, Fondazione Enrico Mattei.
Regione Puglia e Lazio. ARPA Puglia, Lazio Umbria.
Guardia di Finanza, Comando Tutela Ambiente dei Carabinieri, Corpo Forestale dello Stato.
Autorità di Distretto Idrografico. Autorità di Bacino del Po, del Tevere, della Puglia.
Sono state anche sviluppate collaborazioni con enti gestori locali della risorsa idrica, ed in particolare con Acquedotto Pugliese S.p.A e Gran Sasso Acque S.p.A., AIMAG Mirandola, ACEA S.p.A e Umbria-Acque.
Attività in corso
Le attività in corso possono essere suddivise in:
- attività di laboratorio: studi sul flusso preferenziale in matrici rocciose fratturate e fessurate; studi su problemi di trasporto dei contaminanti utilizzando approcci sperimentali innovativi; sperimentazione di nuovi dispositivi, nuove sonde e sensori che consentono di determinare le funzioni di conducibilità idraulica e ritenzione idrica per le rocce.
- attività di campo a scala pilota: pre-processing e processing di dati telerilevati, definizione e progettazione di algoritmi di elaborazione per l'individuazione di sostanza organica e inquinanti nei suoli; sensori di nuova tecnologia (COSMOS, Eddy Covariance, Scintillometer) per la stima del contenuto effettivo idrico del suolo e scambi di energia allo scopo di indirizzare l’irrigazione di precisione
- attività sperimentali a scala di bacino: studi finalizzati alla definizione dello stato idrologico di acque superficiali e acque sotterranee. Particolare attenzione viene posta ai corsi d'acqua intermittente, strumentati e non strumentati, attraverso analisi di dati di portata; trasporto di nutrienti e sedimenti in ecosistema integrato lago-bacino imbrifero al fine di massimizzare il recupero trofico ed ecologico degli ecosistemi lacustri tenendo conto delle pressioni indotte; metodologie di campionamento per il monitoraggio dello stato chimico delle acque sotterranee e valutazione dei livelli di fondo geochimico naturale. Origine e mobilità di inquinanti geogenici in relazione alla gestione della risorsa idropotabile contaminata; valutazione dell’efficacia delle politiche e misure conseguenti utilizzando tecniche proprie della dinamica dei sistemi, monitoraggio dell’affidabilità delle decisioni e dei conflitti verificatisi; valutazione dei carichi inquinanti veicolati, in corsi d’acqua e in reti artificiali, a scala urbana e di bacino, mediante lo sviluppo di sistemi integrati per il monitoraggio in continuo
- attività modellistiche: modelli di mitigazione del rischio di contaminazione degli acquiferi costieri utilizzando le equazioni di Navier-Stokes; affinamento di software (M-Sanos) per l’ottimizzazione una rete di monitoraggio; analisi degli impatti primari (climate-induced) e secondari (anthropic) dei cambiamenti climatici sulle risorse idriche sotterranee e superficiale e sulla loro qualità; multi-agent based model a supporto dei processi decisionali collettivi e per la risoluzione di conflitti nella gestione delle risorse idriche; procedure per la valutazione dei valori di fondo geochimico naturale nelle acque sotterranee a diverse scale; modellizzazione delle dinamiche di attivazione degli scolmatori fognari e del loro impatto; modellizzazione del rapporto tra proxy ambientali facilmente monitorabili e parametri chimico-fisici difficilmente monitorabili
Sviluppi futuri
- Test per l’analisi dei meccanismi di trasporto dei contaminanti utilizzando approcci sperimentali innovativi, studio di fenomeni di Back Diffusion e filtrazione attraverso membrane. Studio dei meccanismi del flusso preferenziale nella zona insatura utilizzando tecniche geofisiche e di tracciamento.
- Modelli integrati per la valutazione della sostenibilità a medio-lungo termine in sistemi multi-risorsa e multi-utenza in presenza di impatti primari (climate-induced) e secondari (anthropic) dei cambiamenti climatici e per diverse politiche di utilizzo della risorsa; integrazione di informazioni da telerilevamento nei modelli idrologici.
- Sviluppo di modelli di flusso e trasporto alla scala del poro mediante metodo Lattice-Boltzmann. e di modelli per lo studio di flussi preferenziali. Data assimilation, modellistica della zona insatura e tecniche stocastiche in sottosuoli eterogenei.
- Messa a punto di sistemi di Early warning (EW) mediante l’individuazione della relazione tra eventi ricostruiti e indici standardizzati di precipitazione associati. Estensione alle acque sotterranee degli strumenti per l’EW già sviluppati. Miglioramento dell’efficacia delle strategie di diffusione degli EW verso gli utenti della risorsa.
- Sviluppo di modelli per la simulazione di fenomeni di compattazione e fusione del manto nevoso, stima della densità dello snow-pack e conseguente stima dell’equivalente in acqua.
- Studio ed approfondimento di tecniche di MAR (Managing of Aquifer Recharge) ricaricando gli acquiferi mediante l'utilizzo di acqua piovana o volumi eccedenti quelli destinati al riutilizzo, al fine di ristabilire lo squilibrio fra emungimento e ricarica. Studio delle stime della durata e dell’efficienza della capacità d’infiltrazione delle trincee disperdenti utilizzate come corpi ricettori di acque trattate.
- Geostatistica spazio-temporale: Si esplora l'uso della geostatistica multidimensionale ipotizzando la dimensione temporale come terza dimensione.
- Sperimentazione di metodologie innovative (ad es. fibre ottiche) per la valutazione dell’interazione acque superficiali e sotterranee. Modellazione di sistemi idrogeologici complessi alla scala di acquifero regionale.
- Studio delle relazioni fra ambiente idrogeochimico ed ecosistemi microbici e dei microinvertebrati alla scala di corpo idrico. Comprendere le relazioni fra le dinamiche idrogeochimiche del corpo idrico, inclusi gli stress ambientali ed antropici, e le dinamiche delle comunità autoctone delle acque sotterranee.
- Affinamento dell'analisi di vulnerabilità di infrastrutture e del modello di valutazione della resilienza organizzativa delle water utility.
