VII
IDROGEOLOGIA
CICLO IDROLOGICO
P = ETR+R+I
Precipitazione P = quantità d’acqua che giunge al suolo
Evapotraspirazione ETR = quantità d’acqua che ritorna all’atmosfera per evaporazione e traspirazione
Ruscellamento R = quantità d’acqua che scorre in superficie raggiungendo i fiumi, i laghi o il mare
Infiltrazione I = quantità d’acqua che si introduce nel terreno (percolazione) e raggiunge la falda acquifera
IDROGEOLOGIA
Zona di Infiltrazione
Falde sospese
Falda
Zona di percolazione
frattura
Zona di saturazione
ACQUE SOTTERRANEE
Si organizzano in corpi idrici con caratteristiche differenti a seconda della
natura delle rocce in cui si accumulano
in rocce CRISTALLINE O
SEDIMENTARIE (non
soggette a fenomeni carsici):
- circolano prevalentemente
in fratture e discontinuità,
- non costituiscono grandi
serbatoi naturali (emergenze
con scarse portate)
in rocce SEDIMENTARIE
interessate da DISSOLUZIONE
CARSICA (calcari, dolomie e
gessi):
- circolano in fratture ma anche in
cavità e condotti, allargati per
dissoluzione,
- costituiscono grandi serbatoi
naturali (emergenze con buone
portate)
in DEPOSITI SCIOLTI:
- circolano nei vuoti presenti tra un granulo e l’altro,
- costituiscono serbatoi naturali di notevole capacità,
- sono soggette a scambi con acque superficiali.
ACQUIFERO
Formazione di rocce permeabili in grado di contenere acqua
estraibile.
Può essere permeabile per porosità (sabbie, ghiaie), o per fratturazione
(lave, graniti).
Aree estremamente variabili da pochi ettari a migliaia di km2 , spessori
da pochi metri a centinaia di metri.
Velocità di movimento dell’acqua all’interno dell’acquifero: da parecchi
m/giorno (acquiferi carsici) a pochi cm/secolo (acquiferi molto poco
permeabili).
TIPI DI ACQUIFERO
Acquiferi permeabili per porosità
In rocce caratterizzate da reti di pori interconnessi. Tipici di rocce sedimentarie
(acquiferi alluvionali).
Pori interconnessi dovuti a fenomeni di: degradazione (fisica o chimica), erosione
(eolica, fluviale, glaciale, ecc.), sedimentazione (in ambiente marino o
continentale) e diagenesi (costipamento, cementazione) che le particelle hanno
subito (sabbie, arenarie, depositi alluvionali).
TIPI DI ACQUIFERO
Acquiferi permeabili per fratturazione
In rocce caratterizzate da reticoli di discontinuità (fratture) più o meno fitti. Tipici
di rocce con moltissime micro- e macro-fratture che formano veri e propri canali
comunicanti (Acquiferi carbonatici).
frattura
frattura
frattura
Acquiferi a permeabilità mista
In rocce caratterizzate da pori interconnessi e da reticoli di discontinuità (acquiferi
in piroclastiti, in dolomie).
LIMITI IDROGEOLOGICI
Si distinguono in:
- limiti di permeabilità
- limiti di bacini sotterranei (spartiacque sotterranei)
- limiti di bacini idrografici (spartiacque superficiali)
- superfici di falda
limite di bacino idrografico
limite di bacino sotterraneo
superficie di falda
limite di permeabilità
LIMITI IDROGEOLOGICI
Limiti di permeabilità
Elementi geometrici (stratigrafici o tettonici) che condizionano la circolazione idrica
sotterranea sbarrandola, impediscono il deflusso dell’acqua.
Limite di permeabilità: limite tra roccia
permeabile e roccia compatta o strato di
argilla
LIMITI IDROGEOLOGICI
Spartiacque sotterraneo Limite dell’area in cui le acque di infiltrazione percolano
verso lo stesso acquifero. Elemento geometrico (stratigrafico, tettonico o
morfologico) che condiziona il deflusso delle acque sotterranee.
>> BACINO IDROGEOLOGICO (area che
contribuisce all’alimentazione della falda idrica)
Spartiacque superficiale
Limite dell’area in cui le acque superficiali ruscellano verso lo stesso corso d’acqua,
limite coincidente con le sommità dei rilievi.
>> BACINO IDROGRAFICO (area che contribuisce
all’alimentazione di un corso d’acqua)
LIMITI IDROGEOLOGICI
Superfici di falda
Superfici che delimitano superiormente il terreno saturo contenente acque che
circolano per gravità da quello non saturo. Possono oscillare liberamente in
funzione delle condizioni di alimentazione.
Livello di falda
terreno non saturo
Formazione
permeabile
FALDA
terreno saturo
Bacino idrografico Bacino idrogeologico
Bacino idrografico Bacino idrogeologico
Spartiacque superficiali
Spartiacque sotterraneo
(faglia)
Bacino idrografico Bacino idrogeologico
Spartiacque sotterraneo (faglia)
Spartiacque superficiale
Spartiacque sotterraneo
per variazione geologica
Spartiacque superficiale
TIPI DI FALDE
Falda libera o freatica
Falda limitata solo inferiormente da uno strato impermeabile.
Superficie piezometrica = Superficie della falda
Superficie della falda
TIPI DI FALDE
Falda imprigionata o in pressione.
Falda limitata superiormente ed inferiormente da strati impermeabili. Perforando
un pozzo il livello risale al di sopra del tetto dello strato permeabile.
Superficie piezometrica Superficie della falda
Pozzo
Pozzo
artesiano
Falda artesiana:
falda
imprigionata, il
cui livello risale
al di sopra del
piano
campagna.
Rapporto tra falda e superfici libere d’acqua
Falda
Fiume
alimenta
drena
In DEPOSITI ALLUVIONALI sono favoriti scambi con acque superficiali
Effetti delle variazioni
stagionali delle
piogge sulla superficie
di falda
CLASSIFICAZIONE DELLE SORGENTI
(Civita, 1972)
Criterio di classificazione geometrico
(rapporto tra formazione acquifera e limite di permeabilità)
Sorgente puntuale
Punto in cui superficie impermeabile, superficie della
falda e superficie topografica si intersecano
Sorgente lineare
Linea lungo la quale
superficie della falda e
superficie del terreno si
intersecano (fiumi
alimentati da falde)
TIPI DI ACQUA NELLE ROCCE
Granulo
1) Acqua igroscopica: velo di spessore 0.1
micron, dovuto alla condensazione di
umidità atmosferica intorno ai granuli
2) Acqua pellicolare: involucri di spessore
1-2 micron adsorbiti intorno ai minerali
Acque strettamente legate
ai granuli da forze
elettrostatiche
3) Acqua capillare: dovuta alla tensione superficiale (le
molecole di acqua in prossimità della superficie, sono
soggette a forze di attrazione verso il basso non
bilanciate per l’assenza di liquido al di là della
superficie stessa) ed all’adesione del liquido alle
superfici con cui è in contatto
4) Acqua libera: libera di muoversi per gravità
Acque di ritenzione (1+2+3) e Acque libere (4)
PARAMETRI IDROGEOLOGICI
Porosità
Rapporto tra il volume dei vuoti ed il volume totale di roccia
Vv
n
VT
Porosità efficace
Rapporto tra il volume dei vuoti intergranulari comunicanti ed il volume totale di
roccia.
V
ne
g
VT
Esempio di roccia con porosità efficace bassa
PARAMETRI IDROGEOLOGICI
Permeabilità k
Attitudine delle rocce a lasciarsi attraversare da un fluido (cm/s).
Dipende dal mezzo e dal fluido:
k=Kg/
(permeabilità intrinseca K), (viscosità dinamica , densità e accelerazione di
gravità g). La temperatura delle acque sotterranee in condizioni normali subisce
oscillazioni di modesta entità, e possono essere considerati costanti, di
conseguenza anche k.
Permeabilità per POROSITA’
Permeabilità per FESSURAZIONE
Tipi di permeabilità
Permeabilità
Per porosità
Per fessurazione
Mista
Esempio di permeabilità per porosità
Sabbia
Permeabilità per porosità elevata
Esempio di permeabilità per fratturazione
Permeabilità per fratturazione Elevata
Esempio di permeabilità
Permeabilità per porosità e per fratturazione
basse
Esempio di permeabilità secondaria per fessurazione
Fessure di essiccamento in argilla
Valori medi di k delle terre
Grado di permeabilità
Permeabilità
(cm/s)
Tipo di terra
Alto
>1
Ghiaie
Medio
1-10-2
Sabbie
Basso
10-2-10-7
Sabbie fini e silt
Molto basso
10-7-10-9
Argille
Valori di k di alcuni tipi di rocce
Rocce
Permeabilità in
laboratorio
(cm/s)
Permeabilità in
sito
(cm/s)
Arenarie
Argilliti
Siltiti, dolomie
Basalti
Graniti
Scisti
3*10-3-8*10-8
10-9-5*10-13
10-5-10-13
10-12
10-7-10-11
10-8
10-3-3*10-8
10-8-10-11
10-3-10-7
10-2-10-7
10-4-10-9
2*10-7
k da bassa a
molto bassa
k da media a
molto bassa
PARAMETRI IDROGEOLOGICI
Trasmissività T
Prodotto dello spessore di un acquifero (H) per la sua permeabilità (k), si
esprime in m2/s:
T = k·H
Gradiente idraulico di un acquifero
EFFETTI DELLE CAPTAZIONI SULLE FALDE ACQUIFERE
LIVELLO STATICO
Quota del livello dell’acqua in un
pozzo in assenza di emungimento
t0
t1
LIVELLO DINAMICO
Livello dell’acqua in un pozzo in cui
avviene pompaggio
t2
CHIMISMO DELLE ACQUE SOTTERRANEE
Le acque superficiali e sotterranee contengono micro-organismi, gas,
sostanze organiche ed inorganiche.
Principali composti inorganici in forma ionica:
Na+, K+, Ca++, Mg++,
Cl-, SO4--, HCO3- , (CO3--), (NO3-).
La qualità di un’acqua sotterranea dipende da:
- quantità di ioni contenuti (Na+, K+, Fe++, Mn++, etc.),
- condizioni di temperatura e pressione,
- tipo di roccia attraversata,
- tempo di contatto acqua-roccia (circolazione rapida, acqua meno
mineralizzata).
Tempo di residenza delle acque in falda: giorni, settimane, in
alcuni casi >10.000 anni.
INQUINAMENTO DELLE ACQUE SOTTERRANEE
Per cause naturali e/o antropiche (indirette o dirette).
Cause naturali: contatto con rocce contenenti ioni inquinanti (es. Arsenico).
Cause antropiche:
Indirette. Forti emungimenti possono indurre: ingressione di acque marine,
richiamo di acque superficiali contaminate, etc.
(1 g/cm3)
(circa 1.025 g/cm3)
INQUINAMENTO DELLE ACQUE SOTTERRANEE
Cause antropiche:
Dirette. Fonti di inquinamento puntuali (discariche, pozzi disperdenti, rifiuti
industriali, etc.); fonti di inquinamento diffuse (fertilizzanti, pesticidi, etc.).
pozzetto
d’infiltrazione
bacino
inquinato
discarica
area
agricola
serbatoio
di solventi
clorurati
serbatoio
di carburante
fase
non
miscibile
superficie freatica
inquinante
disciolto
direzione di flusso
della falda
(Kinzelbach)
