Ruggieri, Giovanni (2017) Modellazione della ricarica degli acquiferi carbonatici dell’Appennino meridionale (Italia), a scala regionale e di bacino. [Tesi di dottorato]

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Item Type: Tesi di dottorato
Lingua: Italiano
Title: Modellazione della ricarica degli acquiferi carbonatici dell’Appennino meridionale (Italia), a scala regionale e di bacino
Creators:
CreatorsEmail
Ruggieri, Giovannigioruggieri@unina.it
Date: 11 December 2017
Number of Pages: 130
Institution: Università degli Studi di Napoli Federico II
Department: dep20
Dottorato: phd084
Ciclo di dottorato: 30
Coordinatore del Corso di dottorato:
nomeemail
Fedi, Mauriziofedi@unina.it
Tutor:
nomeemail
De Vita, PantaleoneUNSPECIFIED
Allocca, VincenzoUNSPECIFIED
Date: 11 December 2017
Number of Pages: 130
Uncontrolled Keywords: acquiferi carbonatici, ricarica delle acque sotterranee, evapotraspirazione, telerilevamento, MODIS, portate sorgive, reti neurali artificiali, Appennino meridionale, Italia.
Settori scientifico-disciplinari del MIUR: Area 04 - Scienze della terra > GEO/05 - Geologia applicata
Date Deposited: 19 Dec 2017 14:49
Last Modified: 20 Mar 2019 11:18
URI: http://www.fedoa.unina.it/id/eprint/12187

Abstract

In molti Paesi del mondo, gli acquiferi carbonatici sono la principale fonte di approvvigionamento di acque sotterranee poiché le loro risorse idriche sotterranee sono cruciali per lo sviluppo socio-economico del territorio e la conservazione degli ecosistemi acquatici (Goldscheider, 2012), terrestri e costieri che dipendono dalle acque sotterranee (Groundwater Dependent Ecosystems, GDE) (Foster et al., 2015). Per questi acquiferi, la stima della ricarica e la previsione dei processi “afflusso-deflusso”, a diverse scale spazio-temporali e con metodologie sempre più innovative, è un fondamentale presupposto per un uso sostenibile delle acque sotterranee, una corretta gestione dei sistemi di approvvigionamento-adduzione-distribuzione della risorsa idrica ed un’efficace prevenzione dei rischi legati ai cambiamenti climatici in atto, a scala globale e locale. Nell’Appennino meridionale la misura diretta delle diverse grandezze idrologiche, necessarie per la stima della ricarica degli acquiferi carbonatici, attraverso il bilancio di massa, è molto complessa e impegnativa, data la mancanza, ad alta quota, di stazioni pluvio-termometriche (Allocca et al., 2014), lisimetriche e idrometriche per la misura diretta della pioggia, temperatura dell’aria, dell’evapotraspirazione e del deflusso idrico superficiale. Pertanto, in tale contesto, l’integrazione di dati idrologici terrestri e telerilevati può rappresentare un valido approccio per superare e/o limitare le incertezze legate alla mancanza di misure e serie storiche di campo. L’obiettivo della presente tesi di dottorato è stato la modellazione della ricarica, degli acquiferi carbonatici di un’ampia porzione dell’Appennino meridionale, dalla scala regionale e medio-annua alla scala di bacino e giornaliera. La modellazione della ricarica, a scala regionale e medio-annua, ha riguardato 40 acquiferi carbonatici di una vasta area dell’Appennino meridionale, estesa circa 19.339 km2 e ricadente nelle regioni Abruzzo, Lazio, Molise, Campania e Basilicata. La modellazione è stata effettuata attraverso l’integrazione di dati idrologici terrestri (temperatura dell’aria e precipitazioni) con dati telerilevati dal satellite MODIS, per la stima dell’evapotraspirazione reale (ETa). Per il periodo 2000-2014, le serie storiche idrologiche di pioggia di 266 pluviometri e di temperatura dell’aria di 150 stazioni termometriche, sono state utilizzate per la ricostruzione dei modelli regionali distribuiti di precipitazione, temperatura dell’aria e deflusso idrico globale. La stima della ricarica con dati MODIS è stata, poi, confrontata con le stime derivanti da altre metodologie empiriche (Coutagne, 1954; Turc, 1954; Thornthwaite, 1948), largamente validate per l’Appennino carbonatico meridionale. La modellazione della ricarica alla scala di bacino e giornaliera ha riguardato l’acquifero carbonatico del Monte Cervialto (Campania) ed è stata eseguita attraverso la simulazione dei processi “afflusso-deflusso” per il bacino sotterraneo di alimentazione della sorgente Sanità di Caposele (AV), mediante l’utilizzo di 3 differenti modelli di reti neurali artificiali: Multilayer Perceptron (MLP), Long Short Term Memory (LSTM) ed Echo State Network (ESN). Sono state effettuate previsioni per diversi archi temporali: a 60 giorni, a 120 giorni ed a 180 giorni. I risultati evidenziano che, a scala regionale e medio-annua, per tutti i 40 acquiferi carbonatici dell’Appennino meridionale la ricarica calcolata con i dati di ETa MODIS, è pari a 448 mm, corrispondente ad un volume medio-annuo di 3.834 × 106 m3. Considerando i valori dell’ETa stimati con la formula di Coutagne (1954), Turc (1954) e Thornthwaite (1948), la ricarica medio-annua è risultata pari, rispettivamente, a 533, 494 e 437 mm, corrispondente ad un volume medio-annuo rispettivamente di 4.561×106 m3, 4.228×106 m3 e 3.740×106 m3. A scala di bacino e giornaliera, per il bacino sotterraneo di alimentazione della sorgente Sanità di Caposele, la simulazione dei processi “afflusso-deflusso” mostra che i tre modelli di reti neurali artificiali a 60 giorni forniscono un’ottima risposta previsionale, coerente con l’andamento reale dell’idrogramma sorgivo, replicando i punti nodali, di massimo e di minimo deflusso sorgivo, e le diverse dinamiche idrologiche di ricarica e recessione, con errori di previsione mediamente del 5%. In conclusione, sulla base del primo approccio, la modellazione a scala regionale e medio-annua della ricarica con l’uso integrato di dati idrologici terrestri con dati satellitari MODIS apre nuove prospettive per la stima dei volumi delle risorse idriche sotterranee, consentendo di limitare le incertezze derivanti dalla totale assenza di copertura meteorologica delle aree di ricarica degli acquiferi carbonatici dell’Appennino meridionale. Inoltre, l’applicazione delle reti neurali artificiali in campo idrogeologico si è rivelato uno strumento innovativo per la modellazione, a scala di bacino e giornaliera, di processi non lineari, quali “ricarica-deflusso” in sistemi discontinui, eterogenei ed anisotropi come gli acquiferi carbonatici dell’Appennino meridionale.

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