Prof. Carlo Bisci Idrogeologia – Tipo di Permeabilità
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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 Laboratorio di Pianificazione della Città e del Paesaggio - Modulo “Geomorfologia del Paesaggio” Prof. Carlo Bisci Idrologia – Ciclo idrologico Laboratorio di Pianificazione della Città e del Paesaggio - Modulo “Geomorfologia del Paesaggio” Prof. Carlo Bisci Idrologia – Bilancio idrologico E+T+D+I=P P = Acqua meteorica (precipitazioni) E = Evaporazione T = Traspirazione D = Deflusso superficiale I = Infiltrazione Laboratorio di Pianificazione della Città e del Paesaggio - Modulo “Geomorfologia del Paesaggio” Prof. Carlo Bisci 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 Laboratorio di Pianificazione della Città e del Paesaggio - Modulo “Geomorfologia del Paesaggio” Prof. Carlo Bisci 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) Laboratorio di Pianificazione della Città e del Paesaggio - Modulo “Geomorfologia del Paesaggio” Prof. Carlo Bisci 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 Laboratorio di Pianificazione della Città e del Paesaggio - Modulo “Geomorfologia del Paesaggio” Prof. Carlo Bisci 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. Laboratorio di Pianificazione della Città e del Paesaggio - Modulo “Geomorfologia del Paesaggio” Prof. Carlo Bisci 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. Laboratorio di Pianificazione della Città e del Paesaggio - Modulo “Geomorfologia del Paesaggio” Prof. Carlo Bisci 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. Laboratorio di Pianificazione della Città e del Paesaggio - Modulo “Geomorfologia del Paesaggio” Prof. Carlo Bisci 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 Laboratorio di Pianificazione della Città e del Paesaggio - Modulo “Geomorfologia del Paesaggio” Prof. Carlo Bisci Idrologia – Piene Le piene hanno in genere un andamento temporale del tipo riportato nel grafico. Laboratorio di Pianificazione della Città e del Paesaggio - Modulo “Geomorfologia del Paesaggio” Prof. Carlo Bisci 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. Laboratorio di Pianificazione della Città e del Paesaggio - Modulo “Geomorfologia del Paesaggio” Prof. Carlo Bisci 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. Laboratorio di Pianificazione della Città e del Paesaggio - Modulo “Geomorfologia del Paesaggio” Prof. Carlo Bisci 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 Laboratorio di Pianificazione della Città e del Paesaggio - Modulo “Geomorfologia del Paesaggio” Prof. Carlo Bisci 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. Laboratorio di Pianificazione della Città e del Paesaggio - Modulo “Geomorfologia del Paesaggio” Prof. Carlo Bisci 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 Laboratorio di Pianificazione della Città e del Paesaggio - Modulo “Geomorfologia del Paesaggio” Prof. Carlo Bisci 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 Laboratorio di Pianificazione della Città e del Paesaggio - Modulo “Geomorfologia del Paesaggio” Prof. Carlo Bisci 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 Laboratorio di Pianificazione della Città e del Paesaggio - Modulo “Geomorfologia del Paesaggio” Prof. Carlo Bisci 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 Laboratorio di Pianificazione della Città e del Paesaggio - Modulo “Geomorfologia del Paesaggio” Prof. Carlo Bisci 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. Laboratorio di Pianificazione della Città e del Paesaggio - Modulo “Geomorfologia del Paesaggio” Prof. Carlo Bisci 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. Laboratorio di Pianificazione della Città e del Paesaggio - Modulo “Geomorfologia del Paesaggio” Prof. Carlo Bisci 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. Laboratorio di Pianificazione della Città e del Paesaggio - Modulo “Geomorfologia del Paesaggio” Prof. Carlo Bisci 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. Laboratorio di Pianificazione della Città e del Paesaggio - Modulo “Geomorfologia del Paesaggio” Prof. Carlo Bisci 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. Laboratorio di Pianificazione della Città e del Paesaggio - Modulo “Geomorfologia del Paesaggio” Prof. Carlo Bisci 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. Laboratorio di Pianificazione della Città e del Paesaggio - Modulo “Geomorfologia del Paesaggio” Prof. Carlo Bisci Idrogeologia – Bacino idrogeologico Un bacino idrogeologico comprende tutto il territorio in cui le acque sotterranee convergono verso un unico punto. Laboratorio di Pianificazione della Città e del Paesaggio - Modulo “Geomorfologia del Paesaggio” Prof. Carlo Bisci Idrogeologia – Bacino idrogeologico Laboratorio di Pianificazione della Città e del Paesaggio - Modulo “Geomorfologia del Paesaggio” Prof. Carlo Bisci 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. Laboratorio di Pianificazione della Città e del Paesaggio - Modulo “Geomorfologia del Paesaggio” Prof. Carlo Bisci 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. Laboratorio di Pianificazione della Città e del Paesaggio - Modulo “Geomorfologia del Paesaggio” Prof. Carlo Bisci Idrogeologia – Tipo di Permeabilità Aquiferi fratturati - Basalti Laboratorio di Pianificazione della Città e del Paesaggio - Modulo “Geomorfologia del Paesaggio” Prof. Carlo Bisci 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. Laboratorio di Pianificazione della Città e del Paesaggio - Modulo “Geomorfologia del Paesaggio” Prof. Carlo Bisci Idrogeologia – Tipo di Permeabilità Aquiferi carsici Laboratorio di Pianificazione della Città e del Paesaggio - Modulo “Geomorfologia del Paesaggio” Prof. Carlo Bisci 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. Laboratorio di Pianificazione della Città e del Paesaggio - Modulo “Geomorfologia del Paesaggio” Prof. Carlo Bisci Idrogeologia – Tipo di Permeabilità Aquiferi porosi e fratturati - Arenarie Laboratorio di Pianificazione della Città e del Paesaggio - Modulo “Geomorfologia del Paesaggio” Prof. Carlo Bisci 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. Laboratorio di Pianificazione della Città e del Paesaggio - Modulo “Geomorfologia del Paesaggio” Prof. Carlo Bisci 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. Laboratorio di Pianificazione della Città e del Paesaggio - Modulo “Geomorfologia del Paesaggio” Prof. Carlo Bisci 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. Laboratorio di Pianificazione della Città e del Paesaggio - Modulo “Geomorfologia del Paesaggio” Prof. Carlo Bisci Idrologia – Acqua nel terreno Laboratorio di Pianificazione della Città e del Paesaggio - Modulo “Geomorfologia del Paesaggio” Prof. Carlo Bisci 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). Laboratorio di Pianificazione della Città e del Paesaggio - Modulo “Geomorfologia del Paesaggio” Prof. Carlo Bisci Idrogeologia – Falde freatiche e artesiane Laboratorio di Pianificazione della Città e del Paesaggio - Modulo “Geomorfologia del Paesaggio” Prof. Carlo Bisci Idrogeologia – Pozzi freatici e artesiani Laboratorio di Pianificazione della Città e del Paesaggio - Modulo “Geomorfologia del Paesaggio” Prof. Carlo Bisci 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. Laboratorio di Pianificazione della Città e del Paesaggio - Modulo “Geomorfologia del Paesaggio” Prof. Carlo Bisci 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) Laboratorio di Pianificazione della Città e del Paesaggio - Modulo “Geomorfologia del Paesaggio” Prof. Carlo Bisci 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 Laboratorio di Pianificazione della Città e del Paesaggio - Modulo “Geomorfologia del Paesaggio” Prof. Carlo Bisci Idrogeologia – Tipi di acquiferi Laboratorio di Pianificazione della Città e del Paesaggio - Modulo “Geomorfologia del Paesaggio” Prof. Carlo Bisci Idrogeologia – Flusso idrico nelle falde Laboratorio di Pianificazione della Città e del Paesaggio - Modulo “Geomorfologia del Paesaggio” Prof. Carlo Bisci Idrogeologia – Flusso idrico nelle falde Laboratorio di Pianificazione della Città e del Paesaggio - Modulo “Geomorfologia del Paesaggio” Prof. Carlo Bisci Idrogeologia – Flusso idrico nelle falde Laboratorio di Pianificazione della Città e del Paesaggio - Modulo “Geomorfologia del Paesaggio” Prof. Carlo Bisci Idrogeologia – Oscillazione delle falde Laboratorio di Pianificazione della Città e del Paesaggio - Modulo “Geomorfologia del Paesaggio” Prof. Carlo Bisci 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. Laboratorio di Pianificazione della Città e del Paesaggio - Modulo “Geomorfologia del Paesaggio” Prof. Carlo Bisci 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. Laboratorio di Pianificazione della Città e del Paesaggio - Modulo “Geomorfologia del Paesaggio” Prof. Carlo Bisci 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. Laboratorio di Pianificazione della Città e del Paesaggio - Modulo “Geomorfologia del Paesaggio” Prof. Carlo Bisci 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 Laboratorio di Pianificazione della Città e del Paesaggio - Modulo “Geomorfologia del Paesaggio” Prof. Carlo Bisci 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. Laboratorio di Pianificazione della Città e del Paesaggio - Modulo “Geomorfologia del Paesaggio” Prof. Carlo Bisci 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. Laboratorio di Pianificazione della Città e del Paesaggio - Modulo “Geomorfologia del Paesaggio” Prof. Carlo Bisci
