Metodi statistici e modellistici per la determinazione delle componenti puntuali e diffuse di inquinamento da PCE nelle acque sotterranee di Milano e dintorni

The Italian law 152/2006 adopted the EU Water Framework Directive principles and entrusts to the Regions the task of identifying areas subject to groundwater diffuse pollution and to assess the contamination level. In the Lombardy Plain area, the qualitative groundwater conditions is affected not only by a high soil vulnerability but also by a huge concentration of industries and anthropic activities. The aim for the PhD thesis was to assess tetrachloroethylene (PCE) diffuse pollution in the Functional Urban Area (FUA) of Milan where chlorinated solvents are the main groundwater contaminants and have been monitored for several years by public authorities. For this purpose, a new methodology was implemented both in a deterministic and stochastic process. At first, hotspots have been identified in the FUA through Cluster Analysis (CA) applied to concentration values collected in unconfined/confined aquifers during the period 2003-14. Then, in order to assess the PCE contamination level related to the diffuse component, a numerical transport model was implemented to study the hotspot plume extension in reason to identify monitoring wells not affected by diffuse pollution but related to specific sources. Consequently, it was possible to erase this data from the whole dataset in order to have a new one containing only diffuse concentrations. Interpolating them through geostatistical methods (i.e. ordinary kriging), PCE iso-concentrations maps have been prepared identifying areas where values are over the Maximum Contaminant Level (1.1 ug/l, PCE Italian Law 152/2006). Furtherly, using Multivariate Statistical procedures, such as Principal Component and Factor Analysis and k-means CA, separation of the diffuse pollution component from the pollution related to identify sources was done. Considering jointly descriptive statistics and iso-PCE concentration, a median value estimation of PCE (10ug/l) was find to be representative of Milan city, whereas 3 ug/l was the concentration linked to the hinterland. Moreover, a stochastic methodology was done in order to consider uncertainties due to unknown multiple-sources (diffuse pollution) and environmental heterogeneity; the innovative methodology gives some interesting solutions to point out areas with a high probability to find unknown sources and point out areas with higher mass release that contribute to diffuse contamination.

L’inquinamento diffuso per le acque sotterranee viene definito dalla normativa vigente (art. 239 comma 3 del D. Lgs. n. 152/06) come una alterazione chimico-fisica delle matrici ambientali determinata da fonti diffuse e non imputabili a sorgenti uniche e note. Tuttavia, né il riferimento normativo nazionale né i contenuti dei piani regionali forniscono metodologie utili a quantificare il fenomeno e distinguere l’inquinamento puntuale dall’inquinamento diffuso presente nelle aree urbanizzate. Anche a livello di letteratura scientifica esistono pochi esempi, perlopiù sviluppati per la valutazione dell’inquinamento diffuso nella sua accezione classica, ovvero legato a pratiche antropiche realizzate su ampie aree, quali ad esempio quelle agricole. Diversamente nel caso delle aree urbane non si tratta di inquinamento diffuso determinato da sostanze utilizzate ad ampia scala sul territorio (es. fertilizzanti, diserbanti etc…), ma piuttosto di un inquinamento determinato da molteplici fonti, troppo piccole per essere precisamente individuate e rimosse, ma sufficientemente numerose e densamente presenti nel territorio urbano da determinare uno stato di inquinamento diffuso con valori di concentrazione medio bassi ma pressoché ubiquitari. Tali fonti sono ad esempio rappresentate da piccoli sversamenti di sostanze sul terreno, puntuali perdite delle reti fognarie, piccoli nuclei di contaminazione nei terreni non individuati durante la caratterizzazione di siti contaminati, scarico di piccoli quantitativi di rifiuti, sostanze in aree abbandonate. Nel complesso ognuna di queste fonti rilascia una piccola massa di contaminanti, il cui plume, non è individuabile con le attuali tecnologie di investigazione, ma il cui contributo sommandosi con quello delle altre piccole fonti determina uno stato cronico di inquinamento diffuso in molte aree urbane. Il presente lavoro di tesi vuole quindi essere un contributo alla definizione di una metodologia utile all’identificazione nelle aree urbanizzate dell’inquinamento diffuso delle falde, al fine di: • individuare le aree soggette a inquinamento diffuso • stimare in termini di concentrazione l’entità dell’inquinamento diffuso (valore di fondo) • distinguere il contributo all’inquinamento urbano dovuto alle molteplici sorgenti non individuabili rispetto a quelle puntuali di medie-grandi dimensioni (hotspot) • individuare nelle aree urbane i settori che hanno maggiore probabilità di contenere molteplici sorgenti che contribuiscono all’inquinamento diffuso • individuare una metodologia per definire l’entità di rilascio di massa (in termini di condizioni al contorno) al fine di modellare il fenomeno dell’inquinamento diffuso attraverso codici di calcolo per il trasporto dei contaminanti. L’approccio presentato in questa tesi può essere definito di tipo integrato poiché abbina modelli statistici per la trattazione dei dati di monitoraggio e, modelli numerici deterministici per la simulazione dei plumes legati agli hotspot e modelli numerici stocastici per la simulazione dell’inquinamento diffuso.