Simulazione dell'inquinamento da nitrati e della vulnerabilità delle risorse idriche sotterranee utilizzando i modelli MODFLOW e DRASTIC

Jul 06, 2023

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 8211 (2023) Citare questo articolo

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Le risorse delle acque sotterranee sono le risorse più importanti per l’acqua dolce accessibile alle persone, soprattutto nelle regioni aride e semi-aride. Per studiare i cambiamenti temporali nell’inquinamento da nitrati delle acque sotterranee e il ruolo dell’agricoltura e di altre fonti nell’inquinamento delle acque sotterranee, sono state utilizzate le informazioni su 42 pozzi di acqua potabile con distribuzione adeguata nella pianura di Bouin-Daran, nel centro dell’Iran. I risultati hanno mostrato che la quantità di conducibilità idraulica nella pianura per diverse aree dopo la calibrazione in stato stazionario è stata calcolata tra 0,8 e 34 m/giorno. Dopo aver calibrato il modello in condizioni permanenti, il modello è stato calibrato in condizioni non permanenti per 2 anni. I risultati hanno evidenziato che in un'ampia zona della regione la concentrazione di ioni nitrato ha valori superiori a 25 mg/L. Ciò dimostra che la concentrazione media di questo ione nella regione è generalmente elevata. Il livello più elevato di inquinamento nella falda acquifera della pianura è relativo alle parti meridionali e sudorientali della pianura. A causa delle attività agricole con utilizzo di grandi quantità di fertilizzanti in questa pianura, esiste un potenziale di inquinamento in tutti i luoghi e richiede una pianificazione codificata ed esecutiva delle operazioni agricole nonché l'utilizzo delle fonti freatiche. Il metodo di stima della vulnerabilità DRASTIC è utile solo per stimare le aree che presentano un elevato potenziale di contaminazione e, secondo i test di validazione, ha fornito anche una stima adeguata.

Le risorse idriche sotterranee sono le più importanti risorse di acqua dolce a disposizione dell’uomo. Lo sviluppo dell’agricoltura dovuto all’aumento della popolazione e alla domanda di sicurezza alimentare ha portato all’inquinamento delle falde acquifere, causato da diversi fattori come l’erosione del suolo e l’uso estremo di fertilizzanti e pesticidi. La mancata applicazione di soluzioni gestionali adeguate causa problemi complessi e più grandi come la diffusione di malattie causate dall’acqua inquinata, la morte di animali acquatici e la distruzione di zone umide e fiumi1,2.

D’altro canto, l’agricoltura è sempre considerata il maggior consumatore di acqua dolce. L'acqua utilizzata in agricoltura ritorna sempre in superficie e nelle falde acquifere in una catena. Tuttavia, l’agricoltura è sia la causa che la vittima dell’inquinamento idrico3,4. Pertanto, è importante gestire sia lo sviluppo del settore agricolo che la qualità delle risorse idriche sotterranee.

Le acque sotterranee si riferiscono all'acqua che si trova sotto la superficie della terra e può essere raccolta in pozzi, tunnel e gallerie di drenaggio. Inoltre, le acque sotterranee possono fluire naturalmente verso la superficie terrestre sotto forma di sorgenti5. Le risorse idriche sotterranee non sono distribuite uniformemente in tutte le parti della crosta solida terrestre. Questo problema complica il processo di gestione e simulazione di queste risorse. Le equazioni esistenti nel processo di modellazione della falda freatica possono essere risolte sotto forma di modello matematico in due modi analitici e numerici. La complessità del sistema acquifero, l'eterogeneità delle formazioni geologiche, diverse quantità di pompaggio e alimentazione in tempi diversi, ecc., rendono i modelli numerici sostitutivi dei modelli analitici nell'ambiente naturale6,7.

I metodi numerici basati sull'uso del computer diventano lo strumento principale per risolvere i problemi nell'ambiente naturale. Una serie di semplificazioni dovrebbero essere apportate alla risoluzione analitica delle equazioni che governano il flusso delle acque sotterranee. In queste semplificazioni vengono considerati presupposti come l'omogeneità e il flusso unidimensionale o bidimensionale. I metodi analitici vengono solitamente utilizzati nell'idraulica dei pozzi. Le soluzioni numeriche sono molto ampie e, avendo accesso ai computer di oggi, sono più utili delle soluzioni analitiche complesse8. Nella modellazione delle acque sotterranee vengono utilizzati cinque metodi numerici, che sono: metodi alle differenze finite, metodi agli elementi finiti, metodi alle equazioni integrali dei confini, metodi completi alle differenze finite e metodi agli elementi analitici.