Multidisciplinary approach for Ecological Risk Assessment (ERA): practical models

Ecological Risk Assessment (ERA) is a hierarchical procedure to characterize environmental quality and associated risks. The multidisciplinary Weight Of Evidence (WOE) approach is an essential component in this process to integrate various elements of quality (Lines Of Evidence, LOEs), using methods that are either qualitative or quantitative. According to the general structure of this methodology, a conceptual and software-assisted model (Sediqualsoft model) has been developed to elaborate and differently weight heterogeneous data from various typologies of chemical and biological investigations. The general purpose of this PhD study was to provide a further contribution to the integrated and multidisciplinary assessment of environmental quality. In particular, specific aims were (i) implementation of the ERA process with the development of criteria and mathematical algorithms for a specific LOE on benthic communities; (ii) development of a new WOE model (conceptual and informatic) for quality assessment in freshwater environments; (iii) development of a new tool derived from the WOE model and specifically adapted toward Normative Guidelines for characterization and management options of dredged materials in harbor areas; (iv) validation of these models in field studies. The final objective was the development of a scientifically-sound approach, supported by an informatic architecture, useful as operational tool for Public Institutions, private entities, political decisors or environmental managers within the complexity of ERA procedure. In conclusion, this PhD Thesis corroborated the importance of multidisciplinary WOE approaches for characterizing environmental quality within an ERA procedure. The results of this thesis demonstrated that the developed WOE models were useful to elaborate large datasets of different typologies of data, summarizing complex information in a user-friendly format for a comprehensive process of “site-oriented” management decisions.

L’Analisi di Rischio Ecologico (Ecological Risk Assessment; ERA) è una procedura gerarchica, a più livelli di approfondimento per la caratterizzazione della qualità ambientale e del rischio associato. L’approccio multidisciplinare Weight Of Evidence (WOE) è una componente essenziale in questi processi per valutare e classificare lo stato ecologico degli ambienti acquatici, integrando risultati derivanti da tipologie d’indagine diverse (linee di evidenza, LOEs), per una valutazione sia quantitativa che qualitativa del Rischio Ecologico. Secondo la struttura generale di questa metodologia, è stato sviluppato un modello sia concettuale che informatico (Sediqualsoft) che elabora ed integra i risultati di molteplici linee di evidenza, dando loro un peso diverso in funzione della loro rilevanza ai fini dell’indagine. Obiettivi specifici di questo dottorato sono stati: (I) l’implementazione del processo ERA con lo sviluppo di criteri concettuali e algoritmi matematici per l’elaborazione di una LOE per le comunità bentoniche; (II) lo sviluppo di un nuovo modello WOE per la valutazione di qualità in ambienti d'acqua dolce; (III) lo sviluppo di un nuovo strumento per la caratterizzazione e la gestione dei materiali da dragare in aree portuali; (IV) la validazione dei diversi modelli in casi pratici. L'obiettivo finale è stato quello di sviluppare un approccio scientificamente valido, supportato da un’architettura informatica, utile come strumento operativo per le Istituzioni pubbliche, enti privati, decisori politici o gestori ambientali all'interno di una procedura ERA. Questa tesi di dottorato ha confermato l'importanza dell’approccio WOE all'interno delle procedure ERA, dimostrando che i modelli sviluppati sono stati utili per elaborare grandi quantità di dati eterogenei ottenuti da diverse tipologie d’indagine, riassumendo informazioni complesse in un formato “user-friendly” per un processo più ampio di valutazione del rischio, favorendo infine le decisioni gestionali.