13 SWI - DiSTABiF

LM-75: 2016/2017
SCIENZE E TECNOLOGIE PER
L’AMBIENTE E IL TERRITORIO
La salinizzazione degli
acquiferi costieri
Prof. Micòl Mastrocicco
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Cell: 349 3649354
Definizione di acquifero costiero
Un acquifero si definisce costiero
quando è parzialmente o totalmente
delimitato dal mare. Le caratteristiche
principali di un acquifero costiero sono:
 buoni caratteri di permeabilità delle rocce
affioranti lungo lo sviluppo costiero e/o
sul fondo marino
 il livello base della circolazione idrica
sotterranea coincide con il livello mediomare
 il deflusso della falda avviene attraverso
sorgenti costiere (subaeree o
subacquee), normalmente drenanti
acque salmastre
EUROPA: Sup. 10.090.571 Km2
Sviluppo cost. 100.000 Km
ITALIA: Sup. 301.340 Km2
Sviluppo cost. 7.458 Km
(~ 3%)
(~ 7.5%)
 le acque dolci di falda sono sostenute
alla base da acque salate di origine
marina penetrate entroterra (superficie di
fondo definita e variabile = general head
boundary)
Interfaccia acqua dolce - acqua salata
Tra le due fasi si presume l’esistenza di un limite di separazione, detto
interfaccia, sebbene la miscibilità tra acqua dolce e acqua salata non
permetta che questa interfaccia sia netta. In realtà al posto
dell’interfaccia netta, esiste una zona di miscelamento, detta zona di
transizione. I principali fenomeni che determinano lo spessore della
zona di transizione sono la diffusione e la dispersione.
Legge di Ghyben-Herzberg
I principali controlli fisici sulla posizione dell’interfaccia acqua dolce - acqua salata furono stabiliti
indipendentemente agli inizi del secolo da Ghyben (1889) e Herzberg (1901). Il calcolo della
profondità dell’interfaccia si basa sull’equilibrio statico di due colonne di differente densità.
PA = pressione idrostatica in A
g = accelerazione di gravità
t = carico idraulico della falda
sul livello del mare (m)
h = profondità dell’interfaccia
dal livello del mare (m)
s = densità dell’acqua di
mare (1025 Kg/m3 a circa 35
g/l di contenuto salino)
d = densità dell’acqua dolce
di falda (circa1000 Kg/m3 ).
Legge di Ghyben-Herzberg
In pratica, considerando una densità di 1 g/cm3 per l'acqua dolce e 1,025 g/cm3. L'equazione
può essere semplificata: h = 40 t. Si noti che in base alla densità reale dell’acqua dolce e
dell’acqua salata, il coefficiente varia tra 33 e 50.
Applicabilità della Legge
Sia la legge generale che l’espressione semplificata sono applicabili nel caso di acqua dolce
che circola su acqua salata immobile (carico piezometrico dell’acqua salata nullo), con
gradiente piezometrico basso, flusso della falda orizzontale, zona di transizione con
spessore trascurabile e in acquiferi di elevata inerzia cioè poco sensibili alle precipitazioni e
alle variazioni stagionali. Occorre tuttavia notare che:
 l’acqua di mare non può considerarsi perfettamente immobile: essa deve ritenersi dotata
di movimento almeno nelle zone più prossime alla costa (es.: effetto delle maree)
 esistono componenti verticali della velocità in prossimità della costa laddove la sezione di
flusso diminuisce
 l'acqua dolce e l'acqua salata sono due liquidi perfettamente miscibili tra loro, per cui al
posto di una interfaccia netta esiste in realtà una zona a salinità variabile
L’intrusione marina
Con il termine intrusione marina si definisce il movimento temporaneo o
permanente di acqua salata verso l’interno dell’acquifero, in grado di
compromettere in breve tempo le caratteristiche qualitative di grandi volumi
di acqua.
Questo processo è conseguenza della diminuzione del flusso d’acqua
dolce verso mare, dovuta sia a cause naturali, come la diminuzione della
ricarica efficace dovuta ad una diminuzione delle precipitazioni
(cambiamenti climatici); sia ad interventi antropici, come il
sovrafruttamento dell’acquifero dovuto a pompaggi eccessivi nelle zone
costiere.
L’intrusione marina può anche avvenire per l’aumento del flusso di acqua
salata verso l’entroterra, ad esempio a causa dell’innalzamento del livello
medio marino.
L'intrusione può essere distinta in laterale, quando l’acqua salata proviene
lateralmente dalla costa (formazione di cunei e lingue d'acqua salata) o
dal basso (upconing), quando la massa d'acqua salata, soggiacente alle
acque dolci di falda, è richiamata verso l'alto (formazione di coni e creste
di acqua salata)
Actual lateral SWI & upconing
Autonomous salinization
Sovrasfruttamento
Avviene se l’estrazione di acque dolci dall’acquifero supera un certo limite (safe yield). Mentre
per un acquifero continentale le conseguenze sono l’abbassamento dei carichi idraulici e la
riduzione della portata delle sorgenti, in acquiferi costieri si ha salinizzazione delle acque dolci.
 In un acquifero continentale la ricarica determina la crescita dei carichi idraulici (risalita della
piezometria); l’entità dell’aumento, non considerando il deflusso continuo delle sorgenti, è uguale
all’altezza dell’infiltrazione diviso la porosità media dell’acquifero. In acquiferi continentali lo
sfruttamento massimo può essere definito nella misura dell’estrazione d'un volume per anno pari
alla ricarica annuale.
 In un acquifero costiero, man mano che la ricarica procede, l’intera colonna d’acqua dolce
sovrastante l’acqua salata espande e nello stesso tempo “affonda” in un continuo ristabilirsi degli
equilibri tra le acque a diversa densità: la profondità raggiunta dall’interfaccia differisce dalla
posizione originale di uno spessore in teoria uguale all’altezza dell’infiltrazione (diviso la porosità
media dell’acquifero) moltiplicata per il valore del rapporto delle densità. In altre parole l’effetto
della ricarica è trascurabile sui carichi misurati, mentre è considerevole rispetto alla variazione
della posizione e spessore della zona di transizione. Se l’intero volume della ricarica annuale
venisse sfruttato, la falda costiera raggiungerebbe condizioni di equilibrio statico; in pratica si
accompagnerebbe a questo evento una completa sostituzione dell’acqua dolce di ricarica da
parte dell’acqua salata. Quindi solo una percentuale della ricarica annuale può essere utilizzata!
Effetto del pompaggio intermittente
sull’espansione della zona di transizione
Comportamento dinamico della
zona di transizione
Il deflusso delle acque sotterranee avviene nel rispetto di un equilibrio tra flusso di acqua dolce
diretto verso il mare e flusso di acqua di mare diretto verso l’interno dell’acquifero.
In condizioni naturali questo equilibrio, sul lungo termine, è soggetto a variazioni determinate
principalmente dalle variazioni climatiche o dai movimenti relativi di terra e mare.
Quando si modificano le condizioni naturali, per es. per incremento del flusso di acque dolci
(dovuto ad apporti di precipitazioni o all’irrigazione) o per diminuzione del flusso di acque dolci
(eccessivo sfruttamento dell’acquifero) la tendenza al raggiungimento di un nuovo stato di
equilibrio tra acqua dolce e salata determina il trasporto di sali tra i due corpi idrici a contatto.
La zona di transizione si muove quindi verticalmente
 Nella zone più costiere prevale l’effetto mare: la dispersione determina uno spessore della
zona di transizione dello stesso ordine della oscillazione del livello mare
 Nelle zone più interne prevale l’effetto ricarica – discarica: la dispersione determina uno
spessore della zona di transizione dello stesso ordine della colonna d’acqua della ricarica
diviso la porosità del mezzo. Es: una colonna alimentante di 0.2 m,(700 mm di pioggia con
200 mm di infiltrazione efficace e 500 mm di evapotraspirazione) immessa in un mezzo a
porosità totale del 20% (0,2) corrisponde ad una colonna d’acqua pari a 1 m
Possibili contromisure
L’area evidenziata in giallo rappresenta l’aumento dell’acqua dolce dovuto alle contromisure