Valutazione del rischio ecologico e sviluppo di strategie innovative per il monitoraggio della qualita’ dei corpi idrici: applicazione di un nuovo approccio integrato in un bacino pilota.

Freshwater is extremely precious; but even more precious than freshwater is clean freshwater. From the time that 2/3 of our planet is covered in water, we have contaminated our globe with chemicals that have been used by industrial activities over the last century in a unprecedented way causing harm to humans and wildlife. We have to adopt a new scientific mindset in order to face this problem so to protect this important resource. The Water Framework Directive (European Parliament and the Council, 2000) is a milestone legislative document that transformed the way that water quality monitoring is undertaken across all Member States by introducing the Ecological and Chemical Status. A “good or higher” Ecological Status is expected to be achieved for all waterbodies in Europe by 2015. Yet, most of the European waterbodies, which are determined to be at risk, or of moderate to bad quality, further information will be required so that adequate remediation strategies can be implemented. To date, water quality evaluation is based on five biological components (phytoplankton, macrophytes and benthic algae, macroinvertebrates and fishes) and various hydromorphological and physicochemical elements. The evaluation of the chemical status is principally based on 33 priority substances and on 12 xenobiotics, considered as dangerous for the environment. This approach takes into account only a part of the numerous xenobiotics that can be present in surface waters and could not evidence all the possible causes of ecotoxicological stress that can act in a water section. The mixtures of toxic chemicals may constitute an ecological risk not predictable on the basis of the single component concentration. To improve water quality, sources of contamination and causes of ecological alterations need to be identified. On the other hand, the analysis of the community structure, which is the result of multiple processes, including hydrological constrains and physico-chemical stress, give back only a “photograph” of the actual status of a site without revealing causes and sources of the perturbation. A multidisciplinary approach, able to integrate the information obtained by different methods, such as community structure analysis and eco-genotoxicological studies, could help overcome some of the difficulties in properly identifying the different causes of stress in risk assessment. In synthesis, the river ecological status is the result of a combination of multiple pressures that, for management purposes and quality improvement, have to be disentangled from each other. To reduce actual uncertainty in risk assessment, methods that establish quantitative links between levels of contamination and community alterations are needed. The analysis of macrobenthic invertebrate community structure has been widely used to identify sites subjected to perturbation. Trait-based descriptors of community structure constitute a useful method in ecological risk assessment. The diagnostic capacity of freshwater biomonitoring could be improved by chronic sublethal toxicity testing of water and sediment samples. Requiring an exposure time that covers most of the species’ life cycle, chronic toxicity tests are able to reveal negative effects on life-history traits at contaminant concentrations well below the acute toxicity level. Furthermore, the responses of high-level endpoints (growth, fecundity, mortality) can be integrated in order to evaluate the impact on population’s dynamics, a highly relevant endpoint from the ecological point of view. To gain more accurate information about potential causes and consequences of environmental contamination, the evaluation of adverse effects at physiological, biochemical and genetic level is also needed. The use of different biomarkers and toxicity tests can give information about the sub-lethal and toxic load of environmental compartments. Biomarkers give essential information about the exposure to toxicants, such as endocrine disruptor compounds and genotoxic substances whose negative effects cannot be evidenced by using only high-level toxicological endpoints. The increasing presence of genotoxic pollutants in the environment has caused concern regarding the potential harmful effects of xenobiotics on human health, and interest on the development of new and more sensitive methods for the assessment of mutagenic and cancerogenic risk. Within the WFD, biomarkers and bioassays are regarded as important tools to gain lines of evidence for cause-effect relationship in ecological quality assessment. Despite the scientific community clearly addresses the advantages and necessity of an ecotoxicological approach within the ecological quality assessment, a recent review reports that, more than one decade after the publication of the WFD, only few studies have attempted to integrate ecological water status assessment and biological methods (namely biomarkers or bioassays). None of the fifteen reviewed studies included both biomarkers and bioassays. The integrated approach developed in this PhD Thesis comprises a set of laboratory bioassays (Daphnia magna acute and chronic toxicity tests, Comet Assay and FPG-Comet) newly-developed, modified tacking a cue from standardized existing protocols or applied for freshwater quality testing (ecotoxicological, genotoxicological and toxicogenomic assays), coupled with field investigations on macrobenthic community structures (SPEAR and EBI indexes). Together with the development of new bioassays with Daphnia magna, the feasibility of eco-genotoxicological testing of freshwater and sediment quality with Heterocypris incongruens was evaluated (Comet Assay and a protocol for chronic toxicity). However, the Comet Assay, although standardized, was not applied to freshwater samples due to the lack of sensitivity of this species observed after 24h of exposure to relatively high (and not environmentally relevant) concentrations of reference genotoxicants. Furthermore, this species demonstrated to be unsuitable also for chronic toxicity testing due to the difficult evaluation of fecundity as sub-lethal endpoint of exposure and complications due to its biology and behaviour. The study was applied to a pilot hydrographic sub-Basin, by selecting section subjected to different levels of anthropogenic pressure: this allowed us to establish the reference conditions, to select the most significant endpoints and to evaluate the coherence of the responses of the different lines of evidence (alteration of community structure, eco-genotoxicological responses, alteration of gene expression profiles) and, finally, the diagnostic capacity of the monitoring strategy. Significant correlations were found between the genotoxicological parameter Tail Intensity % (TI%) and macrobenthic community descriptors SPEAR (p<0.001) and EBI (p<0.05), between the genotoxicological parameter describing DNA oxidative stress (ΔTI%) and mean levels of nitrates (p<0.01) and between reproductive impairment (Failed Development % from D. magna chronic bioassays) and TI% (p<0.001) as well as EBI (p<0.001). While correlation among parameters demonstrates a general coherence in the response to increasing impacts, the concomitant ability of each single endpoint to be responsive to specific sources of stress is at the basis of the diagnostic capacity of the integrated approach as demonstrated by stations presenting a mismatch among the different lines of evidence. The chosen set of bioassays, as well as the selected endpoints, are not providing redundant indications on the water quality status but, on the contrary, are contributing with complementary pieces of information about the several stressors that insist simultaneously on a waterbody section providing this monitoring strategy with a solid diagnostic capacity. Our approach should provide opportunities for the integration of biological effects into monitoring programmes for surface water, especially in investigative monitoring. Moreover, it should provide a more realistic assessment of impact and exposure of aquatic organisms to contaminants. Finally this approach should provide an evaluation of drivers of change in biodiversity and its causalities on ecosystem function/services provision, that is the direct and indirect contributions to human well-being.

Stima della variabilità intra-annuale del regime dei deflussi idrici superficiali in bacini non strumentati

La curva di durata di lungo periodo (POR) è uno strumento grafico molto efficace che mette in evidenza la relazione fra intensità e frequenza delle portate osservate in un determinato intervallo temporale. Essa è ricavata dall'idrogramma dei deflussi, ma presenta il problema della perdita di informazioni relative alla variabilità annuale e stagionali delle portate. Per tal motivo si è reso necessario l'utilizzo di due nuove interpretazioni delle curve di durate: le curve di durata annuali (alle quali può essere associato il concetto di percentile e quindi di probabilità di superamento di un particolare valore di portata) e le curve a base stagionale. La costruzione di tali curve, come nel caso delle POR complessive, è ostacolata dall'insufficienza di dati di portata, per cui sono utilizzate, a tale scopo, procedure di stima basate sulla regionalizzazione dei deflussi. Tra di esse è stato analizzata la tecnica geostatistica del Top-kriging applicata all'indice TND che sintetizza l'intera curva (Pugliese et al., 2014) nella ricostruzione, in cross-validazione, delle curve di durata annuali e stagionali di 182 bacini della regione sud-orientale degli Stati Uniti.

Analisi della qualità dei dati in un’enterprise architecture utilizzando un sistema d’inferenza.

Lo scopo della tesi è definire un modello e identificare un sistema d’inferenza utile per l’analisi della qualità dei dati. Partendo da quanto descritto in ambito accademico e business, la definizione di un modello facilita l’analisi della qualità, fornendo una descrizione chiara delle tipologie di problemi a cui possono essere soggetti i dati. I diversi lavori in ambito accademico e business saranno confrontati per stabilire quali siano i problemi di qualità più diffusi, in modo da realizzare un modello che sia semplice e riutilizzabile. I sistemi d’inferenza saranno confrontati a livello teorico e pratico per individuare lo strumento più adatto nell’analisi della qualità dei dati in un caso applicativo. Il caso applicativo è caratterizzato da requisiti funzionali e non; il principale requisito funzionale è l’individuazione di problemi di qualità nei dati, mentre quello non funzionale è l’ usabilità dello strumento, per permettere ad un qualunque utente di esprimere dei controlli sulla qualità. Il caso applicativo considera dati di un’enterprise architecture reale ed è stato fornito dall’azienda Imola Informatica.

Multidimensional project control system: applicazione di verifica della qualità dei progetti in Despar Italia c.r.l.

La dissertazione affronterà il tema del controllo qualità nei progetti, applicando conoscenze, tecniche e strumenti propri del Project e del Multiproject Management. L’analisi partirà svolgendo, nel primo capitolo, considerazioni introduttive riguardo le due discipline citate. Lo scopo ultimo sarà quello di elaborare un sistema di controllo integrato della qualità, indirizzato principalmente al Project Management che è presente in una qualsiasi organizzazione che opera per progetti. Nel secondo capitolo verrà illustrato il metodo denominato Multidimensional Project control System sul quale il modello sviluppato in seguito si basa. La progettazione di un sistema di controllo è una parte importante dello sforzo di gestione di un progetto. Tale sistema è basato su una serie di obiettivi di progetto e sulla loro importanza relativa e fonda la sua natura su una sistematica valutazione in corso d’opera dello stato di conformità del progetto, sia a livello di processo che a livello di output. Nel capitolo conclusivo si affronta l’obiettivo principale di questo elaborato. Sono stati forniti dati e documenti dall’azienda Despar Italia c.r.l. ed è stato chiesto di sviluppare un metodo di controllo che il Project Management potesse utilizzare per implementare un processo di verifica della qualità di progetto. Viene quindi descritta l’azienda, come il Management pianifica, gestisce e controlla i progetti e quali necessità devono essere soddisfatte. Si procede poi con l’illustrazione e spiegazione del metodo sviluppato, chiarito da un esempio esplicativo. L’elaborato si concluderà con delle riflessioni finali, proponendo critiche e spunti per eventuali sviluppi futuri.

Un'applicazione mobile Android per il monitoraggio della qualità dei viaggi ferroviari

Tesi riguardante lo sviluppo di una applicazione Android rivolto ai pendolari. Si da maggior rilievo al framework Wi-Fi P2P e al filtraggio audio.

Analisi stratigrafica, dei processi sedimentari e della gerarchia dei corpi deposizionali in lobi di mare profondo della formazione marnoso - arenacea (Valle del Santerno e del Senio, Appennino Tosco - Romagnolo)

Analisi di depositi di mare profondo nella Formazione Marnoso-arenacea, sono stati confrontati con studi per la comprensione della stratigrafia sequenziale, la gerarchia di lobi sedimentari di mare profondo e flussi debritici.

Buone pratiche per la gestione delle acque meteoriche. Il caso studio dei tetti verdi della Scuola di Ingegneria e Architettura e la progettazione di un sistema integrato di raccolta e infiltrazione delle acque piovane

La tesi analizza i principi di gestione sostenibile della risorsa meteorica attraverso la progettazione di una pavimentazione drenante, di un Rain Garden ed un impianto di raccolta e riutilizzo dell’acqua piovana, con lo scopo di costituire un sistema integrato con il verde pensile già esistente. Nella prima fase di stesura della tesi si è dato importanza allo studio ed all'elaborazione dei dati di runoff provenienti dal sistema di monitoraggio dei tetti verdi installati sul laboratorio LAGIRN. In seguito si è dato risalto alla gestione sostenibile della risorsa idrica, dimensionando un sistema di riutilizzo dell’acqua piovana al fine di irrigare il verde pensile e le altre zone verdi posizionate in prossimità del laboratorio. Si è dedotto che l’efficienza nel riutilizzo dell’acqua piovana dipende essenzialmente dal rapporto tra la disponibilità di superficie di raccolta e conseguente domanda del riuso da soddisfare, che potrebbe portare ad un dimensionamento errato del serbatoio di accumulo con il risultato di influenzare il costo complessivo del sistema. Sono state progettate due tipologie di BMP finalizzate alla riduzione dell’impermeabilizzazione del suolo per migliorare quantitativamente e qualitativamente la permeabilità. Il Rain Garden risulta un metodo molto economico per riqualificare il tessuto urbano tenendo conto anche dei cambiamenti climatici in continua evoluzione. Le BMP appaiono quindi una soluzione economica e facilmente attuabile sia dai singoli cittadini che da enti comunali al fine di migliorare le qualità delle acque, diminuire il rischio idraulico e smaltire all'interno dei corpi idrici acque di buona qualità.

Valutazione dello stato quantitativo e qualitativo di corpi idrici sotterranei: il caso della Conoide Trebbia

Le Direttive Comunitarie, recepite in ambito nazionale dai DLgs 152/06 e DLgs 30/09, impongono di definire lo stato dei corpi idrici sotterranei. In particolare, occorre definire lo stato quantitativo, principalmente legato alla piezometria, e lo stato qualitativo, legato alle concentrazioni di sostanze chimiche. La valutazione dello stato quantitativo e dello stato qualitativo si riduce ad un’indicazione di condizione buona o scarsa per il corpo idrico. L’identificazione di uno stato buono implica l’assenza di evidenze di impatto antropico e di contaminanti riconducibili ad una origine non naturale. In questo elaborato si analizzano le linee guida europee che descrivono i test da effettuare per valutare lo stato dei corpi idrici sotterranei. In particolare, ci si sofferma sullo caso della Conoide Trebbia, fra i principali acquiferi della Regione Emilia-Romagna.

Influenza dei metodi di produzione agricola sulla qualità dei suoli in oliveti siciliani

Il presente lavoro di tesi ha avuto come obiettivo la valutazione della qualità dei suoli in oliveti siciliani in relazione a differenti metodi di gestione agronomica. In particolare, quello che si è inteso valutare sono stati gli effetti di sistemi di produzione agricola quali l’agricoltura convenzionale e l’agricoltura biologica sulle caratteristiche chimiche, fisiche e biologiche dei suoli. La qualità dei suoli è stata valutata integrando alle analisi chimico fisiche anche un metodo biologico basato sui microartropodi (QBS-ar). Il metodo è fondato sul concetto che maggiore è la qualità del suolo, maggiore è il numero di gruppi sistematici di microartropodi che presentano adattamenti alla vita ipogea. I nostri risultati evidenziano come l’agricoltura biologica possa diventare impattante tanto quanto l’agricoltura convenzionale, dal punto di vista della conservazione della fertilità dei suoli e della biodiversità, nel momento in cui viene a mancare una gestione che tenga conto delle caratteristiche intrinseche di un agroecosistema. Si è visto come un degrado della struttura fisica, che porti alla perdità di porosità, si possa ripercuotere negativamente sulla comunità dei microartropodi. Alcuni gruppi sistematici sembra possano essere più sensibili di altri a stress indotti dalla compattazione dei suoli, in particolare nel nostro studio questi gruppi sistematici risultano essere: Proturi, Ditteri (larve), Opilionidi, Diplopodi e Sinfili. Riguardo all’indicatore di qualità biologica del suolo QBS-ar, uno dei limiti che emerge nell’assegnazione della classe di qualità è rappresentato dal fatto che ogni valore dell’indice ottenuto non discrimina una classe in maniera univoca, ma i diversi Enti che utilizzano questo indicatore (ARPA, Università) hanno elaborato a livello interno i criteri per l’assegnazione della classe di qualità, rendendola un parametro non oggettivo per la valutazione della qualità dei suoli.

Studio dei processi di ricarica naturale di corpi idrici sotterranei attraverso l'analisi di serie temporali

Nella Regione Emilia-Romagna, la zona delle conoidi ha una valenza strategica essendo la principale fonte di approvvigionamento idropotabile per le utenze civili, oltre che sostegno per le attività industriali ed agricole. All’interno di questo contesto ci si è soffermati sulla provincia di Piacenza, scegliendo come aree di studio le Conoidi del Trebbia e dell’Arda, per valutare le dinamiche di ricarica naturale attraverso l’identificazione della relazione che intercorre fra (i) l’entità dei deflussi superficiali riferiti ai corsi idrici che alimentano le conoidi, e (ii) il livello piezometrico nei rispettivi acquiferi. L’analisi è stata condotta applicando il modello Auto-Regressive Distributed Lag (ARDL).

Alterazione di risposte fisiologiche in invertebrati marini esposti nella Baia di Cadice (Spagna) come indici della qualità dell'ambiente

La forte crescita nella pescicoltura ha portato ad una significativa pressione ambientale di origine antropica nei sistemi costieri. Il bivalve locale Scrobicularia plana è stato usato come bioindicatore per valutare la qualità ambientale di un ecosistema affetto da scarichi di acque residuali di una piscifattoria nel braccio di mare Rio San Pedro (Spagna sud-occidentale). I bivalvi sono stati raccolti nei sedimenti intertidali nell'ottobre del 2010 da cinque siti del braccio di mare, seguendo un gradiente di inquinamento decrescente dall'effluente al sito di controllo. Per valutare l'esposizione e l'effetto di contaminanti legati alle acque residuali delle piscifattorie è stata selezionata una batteria di biomarker. Sono state misurate nei tessuti delle ghiandole digestive dei bivalvi: l'attività di enzimi del sistema di detossificazione della Fase I (etossiresorufina-O-deetilasi, EROD e dibenzilfluoresceina, DBF) l'attività di un enzima del sistema di detossificazione di Fase II (glutatione S-transferasi, GST), l'attività di enzimi antiossidanti (glutatione perossidasi, GPX e glutatione reduttasi, GR) e parametri di stress ossidativo (perossidazione lipidica, LPO, e danno al DNA). In parallelo sono state misurate in situ, nelle aree di studio, temperatura, pH, salinità e ossigeno disciolto nelle acque superficiali; nelle acque interstiziali sono stati misurati gli stessi parametri con l'aggiunta del potenziale redox. Sono state trovate differenze significative (p<0,05) tra siti di impatto e sito di controllo per quanto riguarda l'attività di EROD e GR, LPO e danno al DNA; è stato osservato un chiaro gradiente di stress riconducibile alla contaminazione, con alte attività di questi biomarker nell'area di scarico delle acque residuali della pescicoltura e livelli più bassi nel sito di controllo. È stata trovata inoltre una correlazione negativa significativa (p<0,01) tra la distanza alla fonte di inquinamento e l’induzione dei biomarker. Sono state analizzate le componenti abiotiche, inserendole inoltre in una mappa georeferenziata a supporto. Ossigeno disciolto, pH, salinità e potenziale redox mostrano valori bassi vicino alla fonte di inquinamento, aumentando man mano che ci si allontana da esso. I dati ottenuti indicano nel loro insieme che lo scarico di acque residuali dalle attività di pescicoltura nel braccio di mare del Rio San Pedro può indurre stress ossidativo negli organismi esposti che può portare ad un'alterazione dello stato di salute degli organismi.

Valutazione della qualità di oli extravergini di oliva chiarificati mediante gas inerte

Diversi studi presenti in letteratura hanno messo in evidenza come il sistema di filtrazione di un olio extravergine di oliva rivesta un ruolo importante per una corretta conservazione del prodotto nel tempo; contestualmente, l’applicazione di metodi tradizionali di trattamento comporta la diminuzione di alcuni componenti minori: oltre all’allontanamento dei composti in sospensione, che concorrono a fornire l’aspetto torbido all’olio non trattato, viene allontanata acqua micro dispersa, che ha l’importante compito di solubilizzare molecole dotate di una certa polarità, principalmente fenoliche che, come noto, risultano indispensabili per la stabilità ossidativa e giocano un ruolo chiave nell’impartire all’olio extravergine di oliva alcune note sensoriali peculiari, quali l’amaro ed il piccante, percepibili in fase gustativa. Lo scopo di questo progetto sperimentale è stato di valutare la qualità chimica e sensoriale di tre oli extra vergini di oliva sottoposti ad un sistema brevettato di illimpidimento, basato sul passaggio di un flusso di gas inerte, quale l’argon, nella massa di olio d'oliva. Questo metodo può rappresentare una valida alternativa ai trattamenti tradizionali e per questo è indispensabile valutarne i punti di forza e di debolezza in relazione all’effettiva possibilità di impiego nella produzione industriale. Per questa finalità, il sistema brevettato dall'Università di Bologna e dalla Sapio (una società privata che fornisce il gas per i settori industriali e della ricerca) è stato applicato a un lotto di 50 L di ciascun olio dopo la sua produzione mediante mini-frantoio. I campioni, sia trattati che controllo, sono stati imbottigliati e conservati a temperatura ambiente e mantenuti al buio prima dell'analisi. Dopo quattro mesi di conservazione, sono stati valutati gli indici di qualità di base, tra cui acidità libera, numero di perossidi, assorbimento specifico nella zona dei dieni e trieni coniugati e il profilo sensoriale. Inoltre è stata valutata la stabilità ossidativa in condizioni forzate, il profilo dei composti maggioritari (acidi grassi) e dei composti minori (tocoferoli, fenoli, volatili, acqua). I risultati sono stati utilizzati per la comparazione della qualità complessiva degli oli extravergini di oliva sottoposti a chiarifica con sistema brevettato rispetto a quelli non trattati, permettendo una valutazione dell’effetto del nuovo sistema sulle caratteristiche chimiche e sensoriali del prodotto.