POTENZA, 13-15 SETTEMBRE 2010 A GIS-BASED APPROACH AND STATISTICAL ANALYSIS TO IDENTIFY GROUNDWATER HYDROGEOCHEMICAL PROCE...
OBIETTIVI INDIVIDUARE E DEFINIRE I CARATTERI IDROGEOCHIMICI DELLE ACQUE DEL SISTEMA IDROGEOLOGICO DEL MONTE VULTURE ATTRAV...
INQUADRAMENTO GEOLOGICO REGIONALE Da  Bonardi  et al.,  (2009) (Da D’Orazio  et al.,  2007) INPUT 2010 -  POTENZA, 13-15 S...
SCELTA DEL CONTESTO TERRITORIALE SITO APPLICATIVO:  ACQUIFERO DEL MONTE VULTURE  <ul><li>La necessità di tutelare la quali...
<ul><li>RACCOLTA DATI:  </li></ul><ul><li>Topografia  (Carte  topografiche  -  scala  1:10.000) </li></ul><ul><li>Geologia...
METODOLOGIE E PROCEDURE ANALITICHE <ul><li>GEOREFERENZIAZIONE DELLE  MAPPE TOPOGRAFICHE (SCALA 1:10.000) E GEOLOGICHE (SCA...
GEODATABASE  (221  emergenze   idriche) DENOMINAZIONE DELLE SORGENTI E DEI POZZI PER L'IDENTIFICAZIONE NUMERO DELLE SORGEN...
I DATI RACCOLTI VENGONO ARCHIVIATI NEL GEODATABASE I DATI, GEOREFERITI, SONO STATI ELABORATI MEDIANTE L’USO DI STRUMENTI G...
METODOLOGIE E PROCEDURE ANALITICHE <ul><li>17 Sorgenti (555-1100 m s.l.m) </li></ul><ul><li>31 Pozzi (352-960 m s.l.m.); p...
TEMATISMO 1:  CARTA G EOLOGICA DEL MONTE VULTURE Da Parisi et al., 2010 INPUT 2010 -  POTENZA, 13-15 SETTEMBRE 2010
TEMATISMO  2:  CARTA   IDROGEOLOGICA DEL MONTE VULTURE Spilotro  et al.,  2005; 2006; modificata INPUT 2010 -  POTENZA, 13...
TEMATISMO 3: SUPERFICIE PIEZOMETRICA DTM (10 metri): sistema di riferimento UTM ED 50,  fuso  33 Coordinate emergenze idri...
ANALISI GEOSTATISTICA  DEI PARAMETRI FISICI  ( Temperatura  ) Temperatura:  (8÷22°C)  Acque fredde o debolmente termali (N...
ANALISI GEOSTATISTICA  DEI PARAMETRI FISICI  :  pH   DTM (10 metri): sistema di riferimento UTM ED 50,  fuso  33 Coordinat...
ANALISI GEOSTATISTICA  DEI PARAMETRI FISICI  :  C.E.   DTM (10 metri): sistema di riferimento UTM ED 50,  fuso  33 Coordin...
DISTRIBUZIONE SPAZIALE CARATTERI COMPOSITIVI DELLE ACQUE INPUT 2010 -  POTENZA, 13-15 SETTEMBRE 2010 <ul><li>2°      GRUP...
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DTM (10 metri): sistema di riferimento UTM ED 50,  fuso  33 Coordinate siti di campionamento:  sistema di riferimento UTM ...
MAPPE ELEMENTI IN TRACCIA Geostatistic method of the Ordinary Kryging INPUT 2010 -  POTENZA, 13-15 SETTEMBRE 2010 As B Fe ...
DISTRIBUZIONE DEL   18 O DTM (10 metri): sistema di riferimento UTM ED 50,  fuso  33 Coordinate siti di campionamento:  s...
TRATTAZIONE STATISTICA DEI DATI IDROGEOCHIMICI  Principal Component analysis (PCA) ->  XLSTAT 7.5 software, running on the...
SCELTA DELLE COMPONENTI PRINCIPALI -> FACTORS LOADINGS MATRIX INPUT 2010 -  POTENZA, 13-15 SETTEMBRE 2010 Legge di Kaiser ...
COMPONENTI PRINCIPALI  -> PC’s loading factors  INPUT 2010 -  POTENZA, 13-15 SETTEMBRE 2010 PC1 (56%) -> COMPONENTE PRINCI...
CONCLUSIONI LO STUDIO MULTIDISCIPLINARE APPLICATO AL BACINO IDROGEOLOGICO DEL MONTE VULTURE HA MESSO IN EVIDENZA: <ul><li>...
… working together! GRAZIE PER L’ATTENZIONE
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A GIS-based approach and statistical analysis to identify groundwater hydrogeochemical processes of the Mt. Vulture volcanic aquifer (southern Italy), di Serena Parisi, Filomena Canora, Giuseppe Spilotro

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  • Scopo di questo studio è quello di definire le condizioni idrogeochimiche ed i principali processi che si verificano all&apos;interno del complesso sistema acquifero vulcanico del Monte Vulture, che rappresenta uno dei più importanti del bacino idrogeologico del sud d&apos;Italia. Il presente progetto di ricerca dà particolare enfasi della mappatura geochimica delle acque, analisi dei dati statistici, i processi di interazione acqua-roccia, la modellazione geochimica e della qualità delle acque. L&apos;indagine è stata effettuata anche per definire le zone di ricarica delle acque sotterranee e concettuali modello idrogeologico per mezzo di idraulica, hydrogeochemical dati e stabile traccianti isotopici.
  • È da mettere in relazione a molteplici fattori tra cui l’ampia……..
  • La topografia rappresenta un indispensabile indicazione della distribuzione delle strutture morfologiche dell’area di studio. starting by contour lines and point elevations (Fig. 2) L’analisi spaziale dei dati idrogeochimici e le relative mappe (grid cells 50 m size), sono state generate con lo Spatial Analyst (extension di ArcGIS Desktop) , which is a powerful tool for spatial data exploration and surface generation.
  • At the mean and low altitudes, the temperatures of the groundwater (mean values 16.3°C) following the shallow flow routes, were slightly above the mean annual air temperature (13.5 °C). Sono state elaborate le carte dell’andamento spaziale, all’interno del bacino, dei principali parametri analizzati
  • A GIS-based approach and statistical analysis to identify groundwater hydrogeochemical processes of the Mt. Vulture volcanic aquifer (southern Italy), di Serena Parisi, Filomena Canora, Giuseppe Spilotro

    1. 1. POTENZA, 13-15 SETTEMBRE 2010 A GIS-BASED APPROACH AND STATISTICAL ANALYSIS TO IDENTIFY GROUNDWATER HYDROGEOCHEMICAL PROCESSES OF THE MT. VULTURE VOLCANIC AQUIFER (SOUTHERN ITALY) SERENA PARISI, FILOMENA CANORA, GIUSEPPE SPILOTRO UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DELLA BASILICATA Dipartimento di Strutture, Geotecnica e Geologia Applicata [email_address]
    2. 2. OBIETTIVI INDIVIDUARE E DEFINIRE I CARATTERI IDROGEOCHIMICI DELLE ACQUE DEL SISTEMA IDROGEOLOGICO DEL MONTE VULTURE ATTRAVERSO LO STUDIO DELLA DISTRIBUZIONE SPAZIALE DEI DATI COMBINATA CON L’ANALISI STATISTICA MULTIVARIATA <ul><li>Comprendere l’origine e l’evoluzione idrogeochimica delle acque di circuitazione del bacino idrominerario. </li></ul><ul><li>Risalire alle caratteristiche idrogeologiche dell’acquifero, caratterizzare il bacino di alimentazione, individuare i mix idrogeochimici in relazione alle eventuali diverse circuitazioni confluenti. </li></ul><ul><li>Confermare lo schema di circolazione idrica sotterranea fondamentale per la conservazione e la gestione sostenibile della risorsa idrica in esame. </li></ul><ul><li>Definire i fattori che condizionano la circuitazione idrica sotterranea. </li></ul>INPUT 2010 - POTENZA, 13-15 SETTEMBRE 2010
    3. 3. INQUADRAMENTO GEOLOGICO REGIONALE Da Bonardi et al., (2009) (Da D’Orazio et al., 2007) INPUT 2010 - POTENZA, 13-15 SETTEMBRE 2010 D’Orazio et al., 2007
    4. 4. SCELTA DEL CONTESTO TERRITORIALE SITO APPLICATIVO: ACQUIFERO DEL MONTE VULTURE <ul><li>La necessità di tutelare la qualità delle acque, ha suggerito l’esigenza di studi idrogeologici ed idrogeochimici innovativi per la protezione delle risorse idriche dell’area del Monte Vulture. </li></ul>INPUT 2010 - POTENZA, 13-15 SETTEMBRE 2010 130 km 2 <ul><li>Ampia circolazione idrica sotterranea che si manifesta dalle quote più elevate. </li></ul><ul><li>Grazie alla sua origine vulcanica l'area del Monte Vulture è ricca di pregiate acque minerali, naturalmente effervescenti oggetto di coltivazione idromineraria. </li></ul>
    5. 5. <ul><li>RACCOLTA DATI: </li></ul><ul><li>Topografia (Carte topografiche - scala 1:10.000) </li></ul><ul><li>Geologia (Carte geologiche - scala 1:25.000) </li></ul><ul><li>Dati idrologici , dati idrogeochimici disponibili </li></ul>ATTIVITÀ SVOLTE <ul><li>RICOSTRUZIONE DELLA PIEZOMETRICA A PARTIRE DA DOCUMENTAZIONE PREGRESSA. </li></ul><ul><li>CENSIMENTO DEI POZZI E DELLE SORGENTI RICADENTI NEL BACINO E DETERMINAZIONE DI UNA RETE DI MONITORAGGIO. </li></ul><ul><li>ESECUZIONE DEL MONITORAGGIO QUALI-QUANTITATIVO PER IL PERIODO DI UN ANNO IDROLOGICO. </li></ul><ul><li>ANALISI ED ELABORAZIONE DEI DATI RACCOLTI MEDIANTE METODOLOGIE STATISTICHE E REALIZZAZIONE DELLA CARTOGRAFIA TEMATICA MEDIANTE L’USO DI STRUMENTI GIS </li></ul><ul><li>DELIMITAZIONE DEL BACINO IDROGEOLOGICO E RICOSTRUZIONE DELLA SUPERFICIE PIEZOMETRICA A PARTIRE DALLA DOCUMENTAZIONE PREGRESSA. </li></ul><ul><li>VERIFICA CENSIMENTO DEI POZZI E DELLE SORGENTI RICADENTI NEL BACINO E DETERMINAZIONE DI UNA RETE DI MONITORAGGIO. </li></ul><ul><li>ESECUZIONE DEL MONITORAGGIO QUALI-QUANTITATIVO DELLE ACQUE SOTTERRANEE PER IL PERIODO DI UN ANNO IDROLOGICO. </li></ul><ul><li>ANALISI ED ELABORAZIONE DEI DATI RACCOLTI MEDIANTE METODOLOGIE STATISTICHE E GEOSTATISTICHE PER LA REALIZZAZIONE DELLA CARTOGRAFIA TEMATICA MEDIANTE L’USO DI STRUMENTI GIS. </li></ul>INPUT 2010 - POTENZA, 13-15 SETTEMBRE 2010
    6. 6. METODOLOGIE E PROCEDURE ANALITICHE <ul><li>GEOREFERENZIAZIONE DELLE MAPPE TOPOGRAFICHE (SCALA 1:10.000) E GEOLOGICHE (SCALA 1:25.000), CON L’UTILIZZO DEL SISTEMA DI COORDINATE (UTM). </li></ul><ul><li>DIGITALIZZAZIONE DELLE CARTE TOPOGRAFICHE E GEOLOGICHE PER LA CREAZIONE DI MAPPE DI PUNTI E POLIGONI RELATIVI ALLE DIVERSE ENTITÀ GEOGRAFICHE. </li></ul>INPUT 2010 - POTENZA, 13-15 SETTEMBRE 2010 <ul><li>L’ANALISI TOPOGRAFICA HA PERMESSO L’ELABORAZIONE DI UN DIGITAL TERRAIN MODEL (DTM – PASSO 10 METRI) . </li></ul><ul><li>L’ANALISI SPAZIALE DEI DATI IDROGEOCHIMICI E LE RELATIVE MAPPE (GRID CELLS 50 m SIZE), SONO STATE GENERATE CON LO SPATIAL ANALYST (EXTENSION DI ARCGIS 9.2). </li></ul>Self-Regulating Natural World Managed Constructed World ABSTRACTING THE REAL WORLD
    7. 7. GEODATABASE (221 emergenze idriche) DENOMINAZIONE DELLE SORGENTI E DEI POZZI PER L'IDENTIFICAZIONE NUMERO DELLE SORGENTI E DEI POZZI, LA POSIZIONE IN TERMINI DI COORDINATE, ALTITUDINE (m s.l.m.) E LOCALITÀ DTM (10 metri): sistema di riferimento UTM ED 50, fuso 33 Coordinate emergenze idriche: sistema di riferimento UTM ED 50, fuso 33 POZZI E SORGENTI SONO STATI DIGITALIZZATI E GEOREFERITI COME PUNTI AI QUALI È STATO ASSOCIATO UNA TABELLA ATTRIBUTI ARCHIVIAZIONE DATI ACQUISITI INPUT 2010 - POTENZA, 13-15 SETTEMBRE 2010 109 Sorgenti (300 – 1000 m s.l.m.) 112 Pozzi (33 – 200 m di profondità )
    8. 8. I DATI RACCOLTI VENGONO ARCHIVIATI NEL GEODATABASE I DATI, GEOREFERITI, SONO STATI ELABORATI MEDIANTE L’USO DI STRUMENTI GIS PER LE RAPPRESENTAZIONI CARTOGRAFICHE 5.6 15.6 … . INPUT 2010 - POTENZA, 13-15 SETTEMBRE 2010 codice 005 data camp. 01/06/08 pH temperatura … . … ... … .. codice 010 nome coord x 555149 coord y 4524642 mslink 121 mapid 37 Gaudio_11
    9. 9. METODOLOGIE E PROCEDURE ANALITICHE <ul><li>17 Sorgenti (555-1100 m s.l.m) </li></ul><ul><li>31 Pozzi (352-960 m s.l.m.); profondità 22-220 m </li></ul>48 SITI DI CAMPIONAMENTO DTM (10 metri): sistema di riferimento UTM ED 50, fuso 33 Coordinate siti di campionamento: sistema di riferimento UTM ED 50, fuso 33 INPUT 2010 - POTENZA, 13-15 SETTEMBRE 2010 PARAMETRI CHIMICI ED ISOTOPICI <ul><li>Elementi maggiori e minori </li></ul><ul><li>Elementi in traccia </li></ul><ul><li>δ 18 O, δ D </li></ul>ANALISI GEOCHIMICHE PARAMETRI FISICI <ul><li>pH, Eh </li></ul><ul><li>Conducibilità elettrica </li></ul><ul><li>Temperatura </li></ul><ul><li>Valori di portata </li></ul><ul><li>Misura livelli statici dei pozzi </li></ul>
    10. 10. TEMATISMO 1: CARTA G EOLOGICA DEL MONTE VULTURE Da Parisi et al., 2010 INPUT 2010 - POTENZA, 13-15 SETTEMBRE 2010
    11. 11. TEMATISMO 2: CARTA IDROGEOLOGICA DEL MONTE VULTURE Spilotro et al., 2005; 2006; modificata INPUT 2010 - POTENZA, 13-15 SETTEMBRE 2010
    12. 12. TEMATISMO 3: SUPERFICIE PIEZOMETRICA DTM (10 metri): sistema di riferimento UTM ED 50, fuso 33 Coordinate emergenze idriche: sistema di riferimento UTM ED 50, fuso 33 INPUT 2010 - POTENZA, 13-15 SETTEMBRE 2010
    13. 13. ANALISI GEOSTATISTICA DEI PARAMETRI FISICI ( Temperatura ) Temperatura: (8÷22°C) Acque fredde o debolmente termali (Nathenson et al ., 2003). Si osservano lievi variazioni stagionali Giugno 2007 Febbraio 2008 Giugno 2008 Geostatistic method of the Ordinary Kryging DTM (10 metri): sistema di riferimento UTM ED 50, fuso 33 Coordinate siti di campionamento: sistema di riferimento UTM ED 50, fuso 33 INPUT 2010 - POTENZA, 13-15 SETTEMBRE 2010
    14. 14. ANALISI GEOSTATISTICA DEI PARAMETRI FISICI : pH DTM (10 metri): sistema di riferimento UTM ED 50, fuso 33 Coordinate siti di campionamento: sistema di riferimento UTM ED 50, fuso 33 Giugno 2007 Febbraio 2008 Giugno 2008 pH: (5.4 ÷7.5) Acque da debolmente acide a neutre. Geostatistic method of the Ordinary Kryging INPUT 2010 - POTENZA, 13-15 SETTEMBRE 2010
    15. 15. ANALISI GEOSTATISTICA DEI PARAMETRI FISICI : C.E. DTM (10 metri): sistema di riferimento UTM ED 50, fuso 33 Coordinate siti di campionamento: sistema di riferimento UTM ED 50, fuso 33 Si osservano lievi variazioni stagionali Giugno 2007 Febbraio 2008 Giugno 2008 Conducibilità elettrica: (190  S cm -1 ÷19000  S cm -1 ) Geostatistic method of the Ordinary Kryging INPUT 2010 - POTENZA, 13-15 SETTEMBRE 2010
    16. 16. DISTRIBUZIONE SPAZIALE CARATTERI COMPOSITIVI DELLE ACQUE INPUT 2010 - POTENZA, 13-15 SETTEMBRE 2010 <ul><li>2°  GRUPPO </li></ul><ul><li>BICARBONATO-SOLFATO-ALCALINE: SO 4 >Na>Ca>K>Mg-> TDS (~ 18.500 mgL -1 ) </li></ul><ul><li>1°  GRUPPO </li></ul><ul><li>BICARBONATO-ALCALINO-TERROSE: Ca>Na>Mg>K-> TDS (200-4.000 mgL -1 ) </li></ul>
    17. 17. ANALISI GEOSTATISTICA DEI PARAMETRI CHIMICI DTM (10 metri): sistema di riferimento UTM ED 50, fuso 33 Coordinate siti di campionamento: sistema di riferimento UTM ED 50, fuso 33 INPUT 2010 - POTENZA, 13-15 SETTEMBRE 2010
    18. 18. DTM (10 metri): sistema di riferimento UTM ED 50, fuso 33 Coordinate siti di campionamento: sistema di riferimento UTM ED 50, fuso 33 INPUT 2010 - POTENZA, 13-15 SETTEMBRE 2010 ANALISI GEOSTATISTICA DEI PARAMETRI CHIMICI
    19. 19. MAPPE ELEMENTI IN TRACCIA Geostatistic method of the Ordinary Kryging INPUT 2010 - POTENZA, 13-15 SETTEMBRE 2010 As B Fe tot Mn tot Ni Pb Rb Sr Zn
    20. 20. DISTRIBUZIONE DEL  18 O DTM (10 metri): sistema di riferimento UTM ED 50, fuso 33 Coordinate siti di campionamento: sistema di riferimento UTM ED 50, fuso 33 Geostatistic method of the Ordinary Kryging INPUT 2010 - POTENZA, 13-15 SETTEMBRE 2010 SETTORE W-NW Principale area di ricarica  18 O
    21. 21. TRATTAZIONE STATISTICA DEI DATI IDROGEOCHIMICI Principal Component analysis (PCA) -> XLSTAT 7.5 software, running on the Windows XP platform 27 - VARIABILI IDROGEOCHIMICHE ( dataset rappresentato dai valori medi) pH, temperatura, conducibilità elettrica , Li, Na + , K + , Mg 2+ , Ca 2+ , F - , Cl - , NO 3 - , SO 4 -2 , HCO 3 - , SiO 2 , V, Al, As, B, Ba, Cu, Fe tot , Mn tot , Ni, Pb, Rb, Sr, Zn PCA -> Unità di misura -> Range delle variabili idrogeochimiche STANDARDIZZAZIONE DELLE VARIABILI FISICO-CHIMICHE Variabile standardizzata = = Z 1 , Z 2 ,…Z p NUOVA MATRICE COVARIANZA Z i = MATRICE DI CORRELAZIONE X i <ul><li>Dove: </li></ul><ul><li>X 1 , X 2 ,…X p variabili di origine; </li></ul><ul><li> 1 ,  2 ,…  p valori medi; </li></ul><ul><li>s 1 , s 2 ,... s p deviazioni standard </li></ul><ul><li>Z 1 , Z 2 , …Z P variabili normalizzate </li></ul>VARIABILI NORMALIZZATE Media = 0 Deviazione standard = 1 INPUT 2010 - POTENZA, 13-15 SETTEMBRE 2010
    22. 22. SCELTA DELLE COMPONENTI PRINCIPALI -> FACTORS LOADINGS MATRIX INPUT 2010 - POTENZA, 13-15 SETTEMBRE 2010 Legge di Kaiser -> Autovalore > 1 1 2 Componenti con varianza cumulativa ~ 80%-90% VARIANZA % “ Screen Plot” 3 VARIANZA CUMULATIVA %
    23. 23. COMPONENTI PRINCIPALI -> PC’s loading factors INPUT 2010 - POTENZA, 13-15 SETTEMBRE 2010 PC1 (56%) -> COMPONENTE PRINCIPALE PC1-> FATTORE INTERAZIONE ACQUA-ROCCIA PC2 (16%) -> COMPONENTE SECONDARIA; sistema tampone della silice durante i processi di weathering dei silicati. PC3 (11,66%) -> COMPONENTE TERZIARIA; PC3 potrebbe essere collegato ad una maggiore aggressività delle acque (>CO 2 )
    24. 24. CONCLUSIONI LO STUDIO MULTIDISCIPLINARE APPLICATO AL BACINO IDROGEOLOGICO DEL MONTE VULTURE HA MESSO IN EVIDENZA: <ul><li>L’approccio GIS-based, partendo dalle informazioni archiviate ed organizzate nel Geodatabase progettato, ha permesso mediante una serie di analisi spaziali ( geoprocessing ) la creazione di molteplici livelli informativi. </li></ul><ul><li>La distribuzione spaziale e le elaborazioni dei numerosi dati relativi al contesto geologico, idrogeologico ed idrogeochimico dell’importante bacino idrominerario unitamente all’analisi statistica hanno permesso di definire quanto segue: </li></ul><ul><li>L’associazione dei dati ha consentito l’identificazione di relazioni non immediatamente identificabili, grazie ad analisi effettuate attraverso l’ overlay di più tematismi. </li></ul>INPUT 2010 - POTENZA, 13-15 SETTEMBRE 2010 <ul><li>I caratteri compositivi delle acque del Monte Vulture derivano principalmente dai processi di interazione acqua-roccia vulcanica. </li></ul><ul><li>La correlazione tra dati idrologici, distribuzione spaziale dei caratteri compositivi delle acque sotterranee e quote di ricarica calcolate attraverso il gradiente isotopico verticale ha consentito di proporre un modello idrogeologico concettuale che definisce in sintesi i patterns idrogeologici del bacino del Monte Vulture. </li></ul><ul><li>La trattazione statistica ha confermato quanto evinto dai metodi della geochimica classica. </li></ul>
    25. 25. … working together! GRAZIE PER L’ATTENZIONE

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