Scuola di Architettura e Design “Eduardo Vittoria”
LM-4 – Architettura
Laboratorio di pianificazione della città e del paesaggio
Modulo “Geomorfologia del Paesaggio”
Prof. Carlo Bisci
03 –Idrologia e Idrogeologia
Idrologia – L’acqua della Terra
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Idrologia – Ciclo idrologico
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Idrologia – Bilancio idrologico
E+T+D+I=P
P = Acqua meteorica (precipitazioni)
E = Evaporazione
T = Traspirazione
D = Deflusso superficiale
I = Infiltrazione
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Idrologia – Reticolo idrografico
L’acqua che non evapotraspira e non si infiltra rimane in superficie: se al
superficie è piana o concava si forma un accumulo di acqua,
altrimenti l’acqua scorre seguendo il gradiente dell’energia potenziale
(ovvero, la direzione di massima pendenza).
In questo modo, le linee di flusso delle acque vanno a convergere lungo
gli assi delle valli e vallecole, dando luogo al reticolo idrografico
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Idrologia – Densità di drenaggio
Sui terreni più impermeabili si verranno a formare reticoli più fitti, dato
che ruscellerà un maggiore quantità di acqua (a parità di
precipitazioni)
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Idrologia – Bacino idrografico
Un bacino
idrografico è la
porzione di territorio,
delimitata da
spartiacque, in cui le
acque correnti
superficiali
confluiscono verso
un unico punto
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Idrologia – Deflusso superficiale
La velocità di flusso dell’acqua incanalata dipende soprattutto
dall’acclività del tratto e, subordinatamente, dalla morfologia del
canale.
In genere, si ha la
massima velocità di
flusso in superficie,
al centro del canale.
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Idrologia – Portata
La portata di un corso d’acqua viene misurata in m/sec ed è pari alla
velocità media di flusso moltiplicata per la sezione del canale.
La portata varia notevolmente in funzione degli afflussi meteorici:
quando si hanno piogge intense, in breve tempo si ha anche un forte
incremento della portata.
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Idrologia – Piene
L’aumento della portata in parte si esprime in un aumento della velocità
di flusso, ma soprattutto comporta un aumento della sezione, ovvero
dell’altezza del livello delle acque.
Quando questo
incremento è notevole,
si parla di piena fluviale.
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Idrologia – Piene
Se il sollevamento del livello
delle acque supera quello
degli argini, si ha
un’esondazione, ovvero la
fuoriuscita delle acque sulla
piana alluvionale circostante
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Idrologia – Piene
Le piene hanno in genere un andamento temporale del tipo riportato nel grafico.
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Idrologia – Piene
L’entità e la durata di una piena dipendono da diversi parametri, tra cui l’intensità e la
distribuzione spazio-temporale delle precipitazioni, la morfologia del bacino idrografico e
la permeabilità dei terreni affioranti.
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Idrologia – Piene
Principali fattori naturali che influenzano le piene
Piogge molto intense anche se di breve durata tendono a produrre innalzamenti
maggiori e più rapidi rispetto alle piogge meno intense, anche se prolungate.
Bacini idrografici più allungati sono in genere caratterizzati da piene meno intense,
anche se più prolungate.
Nelle aree caratterizzate da maggiore acclività si hanno in genere piene più rapide che
raggiungono maggiori altezze.
All’aumentare della permeabilità diminuisce in genere l’altezza dell’onda di piena.
La vegetazione arborea tende a ridurre il ruscellamento superficiale (piene più veloci e
intense), mentre quella erbacea tende fortemente ad aumentarlo.
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Idrologia – Piene
Principali fattori antropici che influenzano le piene
Variazione della permeabilità dei suoli (cementificazione, asfaltatura, uso agricolo ecc.)
e degli alvei fluviali
Presenza di invasi che modificano i regimi di flusso delle acque
Rettificazione dei canali di flusso (con aumento dell’acclività media delle aste fluviali)
Restringimento degli alvei fluviali
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Idrologia – Piene
Laminazione - Gli invasi artificiali possono essere usati per laminare le piene, riducendo
la pericolosità e il rischio connesso, quando si hanno preavvisi sufficienti: si tratta di
vuotare l’invaso prima dell’arrivo delle piena in modo da poter accumulare parte
dell’acqua in arrivo durante la fase di picco rilasciando una portata minore ma per un
tempo maggiore.
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Idrologia – Evapotraspirazione
E + T = ET
ET = Evapotraspirazione
E = Evaporazione (acqua che evapora per il riscaldamento del suolo)
T = Traspirazione (acqua che viene traspirata dalla vegetazione viva)
L’evapotraspirazione potenziale (ETp) dipende soprattutto dalla
temperatura e viene calcolata sulla base di questa
L’evapotraspirazione reale (ETtr), ovvero la quantità di acqua che
realmente si straforma in vapore, è minore dell’ETp se il terreno non
contiene abbastanza acqua
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Idrologia – Regimi idrici
Quando viene persa più acqua di quanta ne arrivi dalle precipitazioni
efficaci si hanno periodi di deficit idrico più o meno prolungati, a cui
fanno seguito periodi di ricarica.
Situazioni climatiche diverse determinano differenti regimi idrici
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Idrologia – Capacità di campo e punto di appassimento
La Capacità di campo indica la quantità di acqua trattenuta dal suolo
drenato
Il Punto di appassimento indica l’acqua contenuta dopo che le radici
delle piante hanno estratto tutta quella che potevano estrarre.
Viene chiamata Acqua disponibile la differenza tra questi due valori
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Idrogeologia – Permeabilità e Capacità di Infiltrazione
La Permeabilità indica la capacità di un materiale geologico di permettere la circolazione
profonda delle acque.
La Capacità di Infiltrazione indica invece la sua capacità di permettere l’assorbimento delle
acque meteoriche.
Questi parametri sono legati a loro volta al concetto di filtrazione di un fluido attraverso un
mezzo poroso, come il terreno, che rappresenta un moto spesso molto lento, che si protrae
per giorni, mesi, anni, talvolta secoli
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Idrogeologia – Permeabilità
La permeabilità (termine più comunemente utilizzato nella pratica al posto di quello più tecnico
di conducibilità idraulica), rappresenta l’attitudine di una roccia o di una terra di lasciarsi
attraversare dall'acqua. Può essere di due tipi:
• primaria (o interstiziale o per porosità, detta anche “in piccolo”), caratteristica intrinseca
della matrice rocciosa legata alla presenza di vuoti nella struttura della stessa, generatisi al
momento della sua formazione;
• secondaria (detta anche “in grande”), legata a fratture, fessure e canali presenti
nell’ammasso roccioso, realizzatesi successivamente alla sua formazione o singenetiche;
Si ha permeabilità mista quando i due tipi di permeabilità sono presenti in proporzioni
paragonabili.
Le rocce che non permettono circolazione idrica nel loro corpo, o la permettono con estrema
lentezza (pochi mm/anno), sono considerate impermeabili agli effetti pratici.
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Idrogeologia – Permeabilità
La circolazione per fessure e/o per fessure e canali conferisce una elevata permeabilità alle rocce
fratturate.
L’esempio più significativo è rappresentato dai calcari e calcari marnosi, dove si realizza la
migliore associazione tra le fratture beanti di origine tettonica e le discontinuità date dai
frequenti giunti di strato.
Nelle unità a stratificazione massiva (calcare massiccio, travertino) a questo tipo di permeabilità
si associa, in subordine, anche una permeabilità primaria legata alla particolare struttura
“porosa” dei litotipi.
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Idrologia – Permeabilità
La circolazione per porosità è tipica dei depositi continentali quaternari (ghiaie alluvionali, detriti
di versante, depositi morenici, accumuli di frana); vi si possono rilevare differenze anche
notevoli in relazione alle loro caratteristiche sedimentologiche e stratigrafiche ed al diverso
grado di cementazione dei materiali.
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Idrologia – Permeabilità
La circolazione per bassa permeabilità è tipica dei terreni prevalentemente argillosi e marnosi,
che sono da ritenere praticamente impermeabili; ad essi si aggiungono i depositi quaternari
a tessitura fine come i depositi eluvio-colluviali o i depositi lacustri.
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Idrologia – Permeabilità
La circolazione per porosità e fessure contraddistingue le rocce torbiditiche (arenarie e
conglomerati); infatti all’elevata permeabilità primaria di questi terreni si associa quella per
fratture e fessure di origine tettonica, dando luogo quindi ad una circolazione sotterranea
delle acque piuttosto complessa.
Nelle rocce sedimentarie ricorrono con elevata frequenza assetti stratigrafici caratterizzati da
alternanze di livelli a circolazione per fessure e livelli a bassa permeabilità.
Il prevalere delle facies pelitiche su quelle calcaree o arenacee rende dette associazioni
litologiche praticamente impermeabili, o permeabili in funzione del grado di fratturazione
dei livelli più competenti; in generale tuttavia si attribuisce loro una permeabilità mediobassa.
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Idrologia – Capacità di Infiltrazione
La capacità di infiltrazione, oltre che dalle caratteristiche intrinseche del materiale, dipende da
diversi fattori di controllo:
• acclività dei versanti;
• disposizione spaziale degli strati e densità della fratturazione degli stessi;
• condizioni climatiche (intensità, durata e tipo di precipitazioni, ventilazione, temperatura
dell'aria);
• assetto vegetazionale (presenza/assenza e tipo di vegetazione);
• rugosità della superficie assorbente e condizioni iniziali di umidità del suolo.
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Idrogeologia – Bacino idrogeologico
Un bacino
idrogeologico
comprende tutto il
territorio in cui le
acque sotterranee
convergono verso un
unico punto.
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Idrogeologia – Bacino idrogeologico
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Idrogeologia – Acquiferi, aquitarde e acquiclude
Un Acquifero è un’unità geologica capace di immagazzinare e trasmettere abbastanza
rapidamente significativi quantitativi di acqua.
Un Aquitarde è un’unità geologica capace di immagazzinare significativi quantitativi di acqua
trasmettendoli molto lentamente.
Un Acquiclude è un’unità geologica che non è in grado di trasmettere acqua a una velocità
sufficiente da essere sfruttata per i consueti scopi idropotabili.
Come si può notare in quest’ultima definizione non compare il concetto di “immagazzinamento”
di acqua perché nella realtà un acquiclude può contenere significativi quantitativi d’acqua
(ad esempio un litotipo argilloso) pur non essendo capace di liberarla con facilità.
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Idrogeologia – Tipo di Permeabilità
La circolazione per fessure e/o per fessure e canali conferisce una elevata permeabilità alle rocce
fratturate.
L’esempio più significativo è rappresentato dai calcari e calcari marnosi, dove si realizza la
migliore associazione tra le fratture beanti di origine tettonica e le discontinuità date dai
frequenti giunti di strato.
Nelle unità a stratificazione massiva (calcare massiccio, travertino) a questo tipo di permeabilità
si associa, in subordine, anche una permeabilità primaria legata alla particolare struttura
“porosa” dei litotipi.
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Idrogeologia – Tipo di Permeabilità
Aquiferi fratturati - Basalti
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Idrogeologia – Aquiferi carsici
Sui terreni calcarei e gessosi, viene a crearsi una morfologia carsica, caratterizzata da valli chiuse,
con scarsissima rete idrografica e abbondanza di depressioni (doline e inghiottitoi) che
drenano rapidamente l’acqua in profondità attraverso ampie discontinuità (fratture beanti e
canali).
L’elevata velocità di flusso comporta una grande vulnerabilità rispetto agli inquinanti, nonché
una rapida risposta rispetto alle precipitazioni.
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Idrogeologia – Tipo di Permeabilità
Aquiferi carsici
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Idrogeologia – Tipo di Permeabilità
La circolazione per porosità e fessure contraddistingue le rocce torbiditiche (arenarie e
conglomerati); infatti all’elevata permeabilità primaria di questi terreni si associa quella per
fratture e fessure di origine tettonica, dando luogo quindi ad una circolazione sotterranea
delle acque piuttosto complessa.
Nelle rocce sedimentarie ricorrono con elevata frequenza assetti stratigrafici caratterizzati da
alternanze di livelli a circolazione per fessure e livelli a bassa permeabilità.
Il prevalere delle facies pelitiche su quelle calcaree o arenacee rende dette associazioni
litologiche praticamente impermeabili, o permeabili in funzione del grado di fratturazione
dei livelli più competenti; in generale tuttavia si attribuisce loro una permeabilità mediobassa.
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Idrogeologia – Tipo di Permeabilità
Aquiferi porosi e fratturati - Arenarie
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Idrologia – Tipo di Permeabilità
La circolazione per porosità è tipica dei depositi continentali quaternari (ghiaie alluvionali, detriti
di versante, depositi morenici, accumuli di frana), nonché di alcune rocce effusive; vi si
possono rilevare differenze anche notevoli in relazione alle loro caratteristiche
sedimentologiche e stratigrafiche ed al diverso grado di cementazione dei materiali.
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Idrologia – Tipo di Permeabilità
La circolazione per bassa permeabilità è tipica dei terreni prevalentemente argillosi e marnosi,
che sono da ritenere praticamente impermeabili; ad essi si aggiungono i depositi quaternari
a tessitura fine come i depositi eluvio-colluviali o i depositi lacustri.
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Idrologia – Aquiferi carbonatici
Sui terreni calcarei e gessosi, viene a crearsi una morfologia carsica, caratterizzata da valli chiuse,
con scarsissima rete idrografica e abbondanza di depressioni (doline e inghiottitoi) che
drenano rapidamente l’acqua in profondità attraverso ampie discontinuità (fratture beanti e
canali).
L’elevata velocità di flusso comporta una grande vulnerabilità rispetto agli inquinanti, nonché
una rapida risposta rispetto alle precipitazioni.
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Idrologia – Acqua nel terreno
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Idrologia – Acquiferi liberi e confinati
Un acquifero libero è limitato alla base da un livello impermeabile, in cui la superficie
piezometrica (falda) è libera nei suoi spostamenti verticali, mancando un elemento
confinante superiore.
Un acquifero confinato o in pressione è limitato tanto al tetto quanto al letto da livelli
impermeabili; più in prticolare, se la quota di livellamento è maggiore della quota del piano
campagna si parla di acquifero artesiano.
In natura esistono poi situazioni intermedie; acquiferi semiliberi, semiconfinati, sospesi, a
drenaggio ritardato ecc., in conseguenza di condizioni particolari in cui l’acquifero non viene
perfettamente “isolato” dai livelli confinanti superiore o inferiore (spesso a loro volta
contenenti acqua).
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Idrogeologia – Falde freatiche e artesiane
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Idrogeologia – Pozzi freatici e artesiani
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Idrogeologia – Cono di depressione
Quando un pozzo (soprattutto se freatico) viene soggetto a emungimento, si crea in
corrispondenza un cono di depressione tanto più ampio e profondo tanto maggiore è la
portata.
Dimensioni e forma del cono di depressione dipendono dalla permeabilità dell’aquifero.
Localmente, il fenomeno può produrre variazioni e anche inversione delle direzioni di
flusso delle acque ipogee.
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Idrogeologia – Cuneo salino
In prossimità delle coste, le falde di acqua dolce in genere sono sospese sopra una
falda di acqua salata via via più profonda andando verso l’entroterra (cuneo salino)
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Idrogeologia – Modificazioni del cuneo salino
Sollevamento del livello del mare ed
emungimento delle falde freatiche vicine
alla costa possono portare all’estrazione
di acqua salata
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Idrogeologia – Tipi di acquiferi
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Idrogeologia – Flusso idrico nelle falde
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Idrogeologia – Flusso idrico nelle falde
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Idrogeologia – Flusso idrico nelle falde
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Idrogeologia – Oscillazione delle falde
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Idrogeologia – Oscillazione delle falde e corsi d’acqua
A seconda che la falda idrica sia a una quota maggiore o minore rispetto al corso
d’acqua, avremo che essa lo alimenterà o ne verrà alimentata.
Questi due tipi di rapporto falda/fiume possono anche alternarsi stagionalmente per
fluttuazioni della falda idrica.
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Idrogeologia – Vulnerabilità degli acquiferi
La vulnerabilità degli acquiferi indica la possibilità di una falda idrica di essere
inquinata.
Essa è maggiore per le falde freatiche che per quelle artesiane; in genere aumenta per
gli acquiferi superficiali e, soprattutto, per quelli molto permeabili.
Il reale inquinamento, comunque, dipende soprattutto dall’ubicazione delle fonti di
inquinamento.
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Idrogeologia – Sorgenti
Una sorgente, da un punto di vista strettamente geologico corrisponde all’intersezione
fra la superficie topografica e la falda acquifera; può essere definita più tecnicamente
come sorgente idrogeologica per distinguerla dalla sorgente reale (o topografica).
Se l’emergenza si manifesta in due o più punti vicini, palesemente alimentati dalla
stessa falda acquifera, si parla di gruppo sorgivo.
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Idrogeologia – Sorgenti
Tipi di sorgenti
A, B – per limite di
permeabilità
C – per soglia
D, E, F – per faglia
G, H, I – per trabocco
a – acquifero, b faglia inversa, c – faglia normale, d – limite di permeabilità, e superficie
piezometrica, f pozzo artesiano, g – sorgente, h – soglia di permabilità, i - acquiclude
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Idrogeologia – Sorgenti
Le sorgenti possono essere:
perenni;
temporanee, in relazione al regime;
intermittenti, se le portate sono legate a particolari cicli o fenomeni idrodinamici (tipo
geysers o sifoni).
L’analisi del regime di una sorgente è di grande interesse pratico in quanto permette di
eseguire preliminari valutazioni sulla potabilità delle acque.
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Idrogeologia – Acqua e gelo
Tutte le considerazioni fatte sono valide solo nelle aree in cui la temperatura è tale da
consentire all’acqua di rimanere allo stato liquido: il gelo è un solido che riempie gli spazi
tra i componenti minerali dei terreni, che sono quindi comunque resi impermeabili.
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