Modellazione numerica dei fontanili e valutazione del loro effetto sulla ricarica artificiale degli acquiferi mediante irrigazione invernale

Lowland springs, known as “fontanili”, are a distinctive feature of the agricultural landscape of the Po Plain, being characterized by significant ecological, hydrogeological and agricultural value. In addition to their historical and environmental relevance, these hydrological systems interact with groundwater, influencing its dynamics and overall water balance. However, their representation within groundwater flow models remains relatively unexplored in scientific literature. This thesis aims to analyze the modeling of fontanili through three levels of investigation. First of all, the detailed representation of a single fontanile (Busca) has been developed using the numerical code MODFLOW, testing different implementation methodologies and comparing their advantages and limitations. The most influential hydrogeological parameters affecting the modeling results have been analyzed, highlighting the challenges related to data availability, which directly impact the accuracy of the model. Subsequently, the analysis has been expanded to the representation of many fontanili within a large-scale synthetic model. To balance the level of detail and the availability of data, a simplified approach has been adopted, which allows for an adequate representation of the fontanili even in large-scale models. In the final part of the thesis, the impact of winter irrigation, also known as Ag-MAR (Agricultural Managed Aquifer Recharge), has been evaluated. This technique, employed within the European MAURICE project to mitigate the effects of climate change, has been analyzed in relation to its influence on fontanili discharge. Through simulations of alternative scenarios, it has been demonstrated how the spatial distribution of irrigated areas significantly affects the groundwater system and fontanili activity. Finally, this study provides valuable insights for improving the modeling of fontanili and supporting more efficient water management strategies.

I fontanili rappresentano un elemento distintivo del paesaggio agrario della Pianura Padana, essendo caratterizzati da un importante valore ecologico, idrogeologico e agricolo. Oltre alla loro rilevanza storica e ambientale, questi sistemi idrici interagiscono con la falda sotterranea influenzandone la dinamica e il bilancio idrico complessivo. Tuttavia, la loro rappresentazione all’interno dei modelli di flusso delle acque sotterranee risulta ancora poco approfondita in letteratura. Questo lavoro di tesi si propone di analizzare la modellazione dei fontanili attraverso tre livelli di approfondimento. In primo luogo, si è studiata la rappresentazione dettagliata di un singolo fontanile (Busca) mediante il codice numerico MODFLOW, testando diverse metodologie di implementazione e confrontandone vantaggi e limitazioni. Sono stati quindi analizzati i parametri idrogeologici più influenti sui risultati della modellazione evidenziandone le criticità legate alla disponibilità di dati, da cui dipende il grado di accuratezza della modellazione. Successivamente, l'analisi è stata estesa alla rappresentazione di un gran numero di fontanili in un modello sintetico a grande scala. Per bilanciare il livello di dettaglio e la disponibilità dei dati, si è adottato un approccio semplificato, che consente di mantenere una rappresentazione dei fontanili adeguata anche in modelli di ampie dimensioni. Nell’ultima parte del lavoro di tesi è stato valutato l’impatto dell’irrigazione invernale, anche detta Ag-MAR (Agricultural Managed Aquifer Recharge), tecnica utilizzata nell’ambito del progetto europeo MAURICE per ridurre gli effetti del cambiamento climatico, sulla portata defluente nei fontanili. Attraverso simulazioni di scenari alternativi, è stato evidenziato come la disposizione delle aree irrigate influenzi significativamente il sistema idrico sotterraneo e l’attività dei fontanili. Infine, lo studio fornisce indicazioni utili per migliorare la modellazione dei fontanili e supportare strategie di gestione idrica più efficienti.