Richiami di idrogeologia - Dipartimento di Scienze della Terra

annuncio pubblicitario
UNIVERSITÀ DI PISA
Dipartimento di Scienze della Terra
Master di II Livello in Bonifiche sei Siti Inquinati
Caratterizzazione idrogeologica
Roberto Giannecchini
Università di Pisa
Dipartimento di Scienze della Terra
[email protected]
Marco Doveri
Consiglio Nazionale delle Ricerche
Istituto di Geoscienze e Georisorse
[email protected]
UNIVERSITÀ DI PISA - Dipartimento di Scienze della Terra
UNIVERSITÀ DI PISA
Dipartimento di Scienze della Terra
Master di II Livello in Bonifiche sei Siti Inquinati
Caratterizzazione idrogeologica
Programma
GIOVEDÌ 4 febbraio 2016 – 14.30-18.30 (R. Giannecchini)
Richiami dei concetti di base dell’Idrogeologia.
Acquisizione ed elaborazione dei dati idrologici di base.
VENERDÌ 5 febbraio 2016 – 9.30-11.30 (M. Doveri)
Aspetti idrostratigrafici-strutturali e idrodinamici del sistema acquifero.
VENERDÌ 5 febbraio 2016 – 11.30-13.30 - 14.30-16.30 (R. Giannecchini)
Caratterizzazione idraulica del “sistema acquifero” (n, K, T, S).
VENERDÌ 5 febbraio 2016 – 16.30-18.30 (M. Doveri)
Idrochimica e idrologia isotopica a supporto dell’idrogeologia.
GIOVEDÌ 11 febbraio 2016 – 14.30-18.30 (M. Doveri)
Il modello idrogeologico concettuale.
Casi di studio su acquiferi freatici e confinati in mezzi porosi e fessurati/carsici
UNIVERSITÀ DI PISA - Dipartimento di Scienze della Terra
UNIVERSITÀ DI PISA
Dipartimento di Scienze della Terra
Master di II Livello in Bonifiche sei Siti Inquinati
Caratterizzazione idrogeologica
Alcuni testi utili
TESTI A CARATTERE GENERALE
 Celico P. (1986) - Prospezioni Idrogeologiche (I-II voll.). Liguori Ed.
 Civita M. (2005) - Idrogeologia applicata ed ambientale. Ed. Ambrosiana.
 Cerbini G., Gorla M. (2004) - Idrogeologia applicata. Geo-Graph.
 Clark I., Fritz P. (1997) - Environmental Isotopes in Hydrogeology. Lewis Publ. CRC Press.
 Custodio E., Llamas M.R. (2005) - Idrologia sotterranea Vol. I e II. Flaccovio Ed.
 Davis S.N., De Wiest R.J.M. (1966) - Hydrogeology. Wiley & Sons, New York.
 Gat J.R. (1981) - Properties of the isotopic species of water: the “isotope effect”. In: Stable
Isotope Hydrology (Deuterium and Oxygen-18 in the Water Cycle), J.R. Gat & R. Gonfiantini
editors, TECHNICAL REPORTS SERIE NO. 210 , IAEA, Vienna, 7 – 19.
 Fitts C.R. (2002) - Groundwater science (2002). Academic Press.
 Freeze A.R., Cherry J.A. (1979) - Groundwater. Prentice-Hall.
 Fritz P., Fontes J.Ch. (1980) - Introduction. In: Handbook of Environmental Isotope
Geochemistry, Vo. 1, Elsevier Amsterdam-Oxford-New York, 1 –19.
 Marini L., Ottonello (1997) - Atlante degli acquiferi del Comune di Genova. Vol. 1 (Alta Val
Bisagno ed Alta Val Polcevera). Pacini Editore, Pisa, 43pp.
 Todd T.K., Mays L.W. (2005) - Groundwater Hydrology. Wiley.
 Yurtsever Y., Gat J.R. (1981). Atmospheric waters. In: Stable Isotope Hydrology (Deuterium
and Oxygen-18 in the Water Cycle), J.R. Gat& R. Gonfiantini editors, technical reports serie no.
210, IAEA, Vienna, 103–142.
UNIVERSITÀ DI PISA - Dipartimento di Scienze della Terra
UNIVERSITÀ DI PISA
Dipartimento di Scienze della Terra
Master di II Livello in Bonifiche sei Siti Inquinati
Caratterizzazione idrogeologica
Alcuni testi utili
TESTI A CARATTERE SPECIFICO
 Butteri M., Doveri M., Giannecchini R., Gattai P. (2010) - Hydrogeologic-hydrogeochemical multidisciplinary study of
the gravel confined aquifer in the coastal Pisan Plain (Tuscany) between the Arno River and Scolmatore Canal
(Tuscany). Memorie Descrittive della Carta Geologica d’Italia, Vol. 90, 51-66.
 Cervi F. Corsini A. Doveri M. et al. 2015. Characterizing the recharge of fractured aquifers: A case study in a flysch
rock mass of the Northern Apennines (Italy). Engineering Geology for Society and Territory – Vol. 3: River Basins
Reservoir Sedimentation and Water Resources, 563-567
 Colombetti A., Nicolodi F. (2007) - Metodi per la determinazione del coefficiente di permeabilità K nel “non saturo”.
Geograph.
 Doveri M. (2008) - Studio idrogeologico e idrogeochimico dei sistemi acquiferi carbonatici nel bacino del Torrente
Carrione (Alpi Apuane nord-occidentali). Atti Simposio Stato del Territorio e delle risorse naturali in Toscana, 167-176.
 Doveri M. et al. (2013). Stable water isotopes as fundamental tool in karst aquifer studies: some results from isotopic
applications in the Apuan Alps carbonatic complexes (NW Tuscany). IJEGE, 1,33-50.
 Doveri M., Mussi M. (2014) - Water isotopes as environmental tracers for conceptual understanding of groundwater
flow: An application for fractured aquifer systems in the "Scansano-Magliano in Toscana" area (Southern Tuscany Italy).
Water, 6, 2255-2277.
 Gorla M. (2009) - Idrogeofisica. Dario Flaccovio Editore.
 Gorla M. (2010) - Pozzi per acqua. Dario Flaccovio Editore.
 Domenico P.A., Schwartz F.W. (1998) - Physical and chemical hydrogeology. Wiley and Sons.
 Fetter C.W. - Applied Hydrogeology. McMillian.
 Ford D., Williams P. (2007) - Karst hydrogeology and geomorphology. Wiley and Sons, 2007.
 Menichini M., Da Prato S., Doveri M. et al. (2015). An integrated methodology to define Protection Zones for
groundwater-based drinking water sources: an example from the Tuscany Region, Italy. Italian Journal of Groundwater,
21-27
 Molli G. Doveri M. et al. (in press). Surface-subsurface structural architecture and groundwater flow of the Equi Terme
hydrothermal area, northern Tuscany Italy, Italian Journal of Geosciences.
 Singhal B.B.S., Guphs R.P. (2010) - Applied Hydrogeology of fractured rocks. Springer.
UNIVERSITÀ DI PISA - Dipartimento di Scienze della Terra
CICLO IDROLOGICO
L’acqua è soggetta in natura ad un ciclo idrologico chiuso che ha
come motori l’ENERGIA SOLARE e la FORZA DI GRAVITA’.
Essendo un ciclo
chiuso, a livello
globale
l’equazione di
bilancio
entrate=uscite si
può scrivere:
P = ETR
P = precipitazione
ETR = evapotraspirazione
UNIVERSITÀ DI PISA - Dipartimento di Scienze della Terra
BILANCIO IDROLOGICO
Se ci si riferisce alle sole aree continentali, l’equazione di bilancio diventa:
P = ETR + Ds + I
P = precipitazione
ETR = evapotraspirazione
Ds = deflusso superficiale
I = infiltrazione
In realtà, in un bilancio idrogeologico, il contributo di I può essere sia in
entrata che in uscita:
P = ETR + Ds ± I
Si definisce: P - ETR = Pe
da cui:
(precipitazione efficace o disponibilità idrica)
idrica
Pe = Ds ± I
Il calcolo del BILANCIO IDROGEOLOGICO è uno degli scopi principali
dell’idrogeologia e permette:
- di stimare le disponibilità idriche superficiali e sotterranee;
- di avere informazioni preliminari sulla struttura dell’acquifero.
UNIVERSITÀ DI PISA - Dipartimento di Scienze della Terra
BILANCIO IDROLOGICO
Le operazioni da fare per la valutazione del bilancio sono:
1. definizione del bacino o dell’area di studio
2. definizione del periodo di tempo da considerare
3.
valutazione dei parametri di bilancio:
- precipitazioni (P)
- evapotraspirazione (ETR)
- deflusso (Ds)
- infiltrazione (I)
UNIVERSITÀ DI PISA - Dipartimento di Scienze della Terra
BILANCIO IDROLOGICO
bilancioidrologico
idrologicodi
diun
unbacino,
bacino,su
sunumerosi
numerosianni,
anni,
IlIlbilancio
dovrebbechiudersi
chiudersiin
inparità:
parità: PP=
=ETR
ETR+
+Ds
Ds+
+II
dovrebbe
Senon
nonsisichiude
chiudein
inparità,
parità,con
conscostamenti
scostamentinon
nonimputabili
imputabiliad
aderrori
erroridi
di
Se
misuraeeapprossimazioni
approssimazioni(e
(ese
senon
noncicisono
sonointerventi
interventiartificiali,
artificiali,quali
quali
misura
prelieviooapporti
apportidi
diacqua
acquada
daooverso
versobacini
bacinicontigui),
contigui),allora
allora
prelievi
BACINOIDROGRAFICO
IDROGRAFICOnon
noncoincide
coincidecon
conililBACINO
BACINO
ililBACINO
IDROGEOLOGICO,ovvero
ovverolo
loSPARTIACQUE
SPARTIACQUESUPERFICIALE
SUPERFICIALEnon
non
IDROGEOLOGICO,
coincidecon
conlo
loSPARTIACQUE
SPARTIACQUESOTTERRANEO
SOTTERRANEO
coincide
(ogeologico,
geologico,ooidrogeologico)
idrogeologico)
(o
=ETR
ETR+
+Ds
Ds±
±II
PP=
Quindidovrà
dovràessere
essereindividuato
individuatocorrettamente
correttamenteililBACINO
BACINO
Quindi
IDROGEOLOGICOmediante
medianteopportuni
opportunistudi
studiidro-strutturali.
idro-strutturali.
IDROGEOLOGICO
UNIVERSITÀ DI PISA - Dipartimento di Scienze della Terra
Esempi di rapporti tra bacini
idrografici e idrogeologici
perm.
imp.
A
A
B
B
Roccia permeabile
Roccia impermeabile
UNIVERSITÀ DI PISA - Dipartimento di Scienze della Terra
Esempio: bacino Rio delle Campore (Val Pedogna, LU)
(Tesi Banchieri-Vagli, 2009)
UNIVERSITÀ DI PISA - Dipartimento di Scienze della Terra
Esempio: bacino Rio delle Campore (Val Pedogna, LU)
(Tesi Banchieri-Vagli, 2009)
Bacino idrografico
Bacino idrogeologico
7,55 Km2
4,66 Km2
In un BACINO IDROGEOLOGICO
correttamente individuato il
bilancio deve chiudersi in parità.
UNIVERSITÀ DI PISA - Dipartimento di Scienze della Terra
PROPRIETÀ DELLE ROCCE NEI
CONFRONTI DELL’ACQUA
Poiché l’INFILTRAZIONE è un movimento in discesa libera delle acque nel
sottosuolo sotto la forza della gravità, perché ciò avvenga è necessario che la
formazione rocciosa abbia dei vuoti (POROSITÀ) e che questi siano
attraversabili dall’acqua con una certa velocità (PERMEABILITÀ).
POROSITÀ
POROSITÀ
Rapportotra
travolume
volumedei
deivuoti
vuotieevolume
volumetotale
totaledella
dellaroccia.
roccia.
Rapporto
PERMEABILITÀ
PERMEABILITÀ
Attitudinedella
dellaroccia
rocciaaalasciarsi
lasciarsiattraversare
attraversaredall’acqua
dall’acqua
Attitudine
Rappresentala
la“conducibilità
“conducibilitàidraulica”
idraulica”della
dellaroccia.
roccia.
Rappresenta
Queste proprietà varieranno e
incideranno sulle caratteristiche
idrogeologiche del sottosuolo in
maniera differente a seconda che
si tratti di ROCCIA o TERRENO
SCIOLTO.
UNIVERSITÀ DI PISA - Dipartimento di Scienze della Terra
POROSITÀ (porosity, n)
La porosità può essere PRIMARIA o SECONDARIA.
La porosità primaria è di tipo interstiziale, ovvero i vuoti sono lasciati dai
granuli che si depositano l’uno sull’altro.
La porosità secondaria è caratteristica di tutte le rocce a consistenza più o
meno litica. Deriva infatti da fenomeni di fratturazione (per processi tettonici,
vulcanici, metamorfici, gravitativi, ecc.), dissoluzione (es. carsismo), ecc.,
successivi alla formazione della roccia stessa.
La porosità di una roccia è il rapporto tra il volume dei vuoti e il volume totale
della roccia (%):
vv
nt 
100
vt
POROSITÀ
TOTALE
Per materiali sciolti, la porosità interstiziale dipende da:
a) dimensioni relative dei granuli
b) forma dei granuli
c) disposizione dei granuli
d) grado di cementazione
Per sistemi a porosità secondaria, la porosità dipende essenzialmente da
dimensioni e continuità delle discontinuità e dall’eventuale presenza di
riempimento o cementazione.
UNIVERSITÀ DI PISA - Dipartimento di Scienze della Terra
PERMEABILITÀ (K)
Attitudinedi
diuna
unaroccia
rocciaaalasciarsi
lasciarsiattraversare
attraversaredall’acqua,
dall’acqua,sia
sia
Attitudine
sottol’azione
l’azionedella
dellagravità
gravità(verticalmente),
(verticalmente),sia
siaper
perestrazione,
estrazione,
sotto
ovveroper
perpompaggio
pompaggio(orizzontalmente).
(orizzontalmente).
ovvero
Una roccia, per essere permeabile, deve essere porosa; ma non sempre è vero
il contrario. Ad es. un’argilla è estremamente porosa (nt =40-50%), ma i pori
sono così piccoli che i fenomeni di igroscopicità, pellicolarità e capillarità
impediscono in pratica il passaggio dell’acqua gravifica. La pomice possiede
vuoti numerosi e grandi, ma non comunicanti.
E’ evidente che non è il concetto di porosità ad essere utile per definire la
permeabilità, ma quella che viene definita porosità efficace:
POROSITÀ
EFFICACE((effective
porosity):
rapportotra
trailil
POROSIT
À EFFICACE
effective porosity
): rapporto
volumedei
deivuoti
vuoticomunicanti
comunicantieeililvolume
volumetotale
totaledella
dellaroccia.
roccia.
volume
v v comunicanti
ne 
 100
vt
Poiché all’interno delle rocce l’acqua si muove attraverso i vuoti, esiste una
stretta relazione tra permeabilità e porosità efficace.
efficace
UNIVERSITÀ DI PISA - Dipartimento di Scienze della Terra
PERMEABILITÀ
ROCCEPERMEABILI:
PERMEABILI:rocce
roccenelle
nellequali
qualile
leacque
acquesisimuovono
muovonocon
conuna
una
ROCCE
velocitàtale
taleda
daessere
essereutilmente
utilmentecaptate.
captate.
velocità
Ghiaia e ciottoli
Sabbia grossolana
Calcare fratturato
Calcare
carsificato
(Mark Twain
Lake,
Missouri,
USA)
Calcare carsificato (Guilin, Cina)
UNIVERSITÀ DI PISA - Dipartimento di Scienze della Terra
PERMEABILITÀ
ROCCE
 ROCCE
IMPERMEABILI:
IMPERMEABILI:
roccenelle
nellequali
qualile
leacque
acque
rocce
nonhanno
hannomovimenti
movimenti
non
significativiper
per
significativi
mancanzadi
divuoti
vuotidi
di
mancanza
dimensioni
dimensioni
sufficientementeampie
ampie
sufficientemente
e/ointercomunicanti.
intercomunicanti.
e/o
Argilla
Fillade
Micascisto a muscovite
Granito compatto
Argillite
UNIVERSITÀ DI PISA - Dipartimento di Scienze della Terra
PERMEABILITÀ
Tra rocce estremamente
permeabili e rocce pressoché
impermeabili esiste una
vasta gamma di rocce
intermedie…
Detrito in blocchi
… spetta al geologo il
compito di valutarne la
“bontà idrogeologica”!
Argilla
UNIVERSITÀ DI PISA - Dipartimento di Scienze della Terra
PERMEABILITÀ
In funzione della tipologia dei meati che conferiscono permeabilità ad una
roccia, si possono distinguere tre tipologie di permeabilità:
PERMEABILITÀ
PERMEABILIT
À
PRIMARIA
PRIMARIA
SECONDARIA
SECONDARIA
perPOROSITÀ
POROSITÀ
ooper
perFESSURAZIONE
FESSURAZIONE
ooper
MISTA
MISTA
perPOROSITÀ
POROSITÀee
per
FESSURAZIONE
FESSURAZIONE
CONFRONTO TRA PERMEABILITÀ ASSOLUTA E
GRADO DI PERMEABILITÀ
La permeabilità
può essere
espressa in
termini relativi o
assoluti.
UNIVERSITÀ DI PISA - Dipartimento di Scienze della Terra
PERMEABILITÀ
Come conseguenza del grado di permeabilità, le rocce hanno un diverso
comportamento nei confronti dell’acqua, per cui si definiscono:
ROCCEIMPERMEABILI
IMPERMEABILI
ROCCE
ACQUIFUGHE: rocce
rocce sostanzialmente
sostanzialmente prive
prive di
di porosità,
porosità, per
per cui
cui non
non
ACQUIFUGHE:
ACQUIFUGHE
contengonoapprezzabili
apprezzabili quantità
quantitàdi
diacqua
acquané
nétanto
tantomeno
menosono
sonoin
ingrado
gradodi
di
contengono
trasmetterla(es.
(es.granito
granitoeemarmo
marmonon
nonfessurati);
fessurati);
trasmetterla
ACQUICLUDE: rocce
rocce dotate
dotate di
di porosità
porosità (ma
(ma con
con vuoti
vuoti molto
molto piccoli),
piccoli), per
per
ACQUICLUDE:
ACQUICLUDE
cui contengono
contengono una
una certa
certa quantità
quantità di
di acqua,
acqua, ma
ma prevalentemente
prevalentemente di
di
cui
ritenzioneeequindi
quindinon
nonsono
sonoin
ingrado
gradodi
ditrasmetterla
trasmetterla(es.
(es.argille);
argille);
ritenzione
ROCCEPERMEABILI
PERMEABILI
ROCCE
ACQUIFERE:rocce
roccedotate
dotatedi
diporosità
porositàefficace
efficaceeecon
conbuona
buonacontinuità
continuitàdei
dei
ACQUIFERE:
ACQUIFERE
poritali
talida
daconsentire
consentireun
unbuon
buonimmagazzinamento
immagazzinamentoeeililpassaggio
passaggio
pori
dell’acqua,sia
siaper
pereffetto
effettodella
dellagravità
gravitàche
cheper
perun
ungradiente
gradientedi
dipressione
pressione
dell’acqua,
(es.sabbie,
sabbie,ghiaie,
ghiaie,rocce
roccecarbonatiche
carbonatichefratturate);
fratturate);
(es.
ACQUITARDE: rocce
rocce aa caratteristiche
caratteristiche intermedie
intermedie fra
fra le
le acquifere
acquifere ee le
le
ACQUITARDE:
ACQUITARDE
acquiclude(es.
(es.sabbie
sabbiemolto
moltofini,
fini,limi,
limi,rocce
roccelitoidi
litoidipoco
pocofratturate).
fratturate).
acquiclude
UNIVERSITÀ DI PISA - Dipartimento di Scienze della Terra
RIPARTIZIONE DELL’ACQUA NEL SOTTOSUOLO
Si consideri una situazione ideale di un mezzo permeabile per porosità, continuo,
omogeneo (granulometria uniforme) e isotropo (senza stratificazioni, K uguale in tutte le
direzioni) e con una base impermeabile (es.: sabbia omogenea sopra un livello di argilla).
Supponiamo che la sabbia sia completamente asciutta e che inizi a piovere con una
intensità inferiore alla capacità di infiltrazione (per inibire il ruscellamento):
- l’acqua si infiltrerà inizialmente fermandosi nei vuoti in cui c’è ancora posto per l’acqua
di ritenzione;
- l’ulteriore acqua aggiunta sarà gravifica per i pori dei livelli superiori (già saturi per
l’acqua di ritenzione) e diventa di ritenzione per quelli dei livelli sottostanti;
- una volta saturato tutto lo spessore della sabbia relativamente a Cr (Vr/Vt ×100), tutta
l’acqua in aggiunta sarà gravifica, che stratificherà a iniziare dalla base impermeabile.
Cr : coefficiente di ritenzione
Vr : volume di acqua di ritenzione
Vt : volume totale della roccia
Zona di aerazione
(insatura)
Sup. freatica
Zona di saturazione
(satura)
(da Civita, 2005)
UNIVERSITÀ DI PISA - Dipartimento di Scienze della Terra
RIPARTIZIONE DELL’ACQUA NEL SOTTOSUOLO
Si definisce quindi:
FALDA FREATICA o FALDA
LIBERA: falda la cui superficie
superiore (superficie freatica) è
libera di muoversi e oscillare in
funzione delle condizioni di ricarica e
discarica.
Sulla superficie freatica la pressione
dell’acqua è uguale alla pressione
atmosferica. Per questo motivo la
superficie freatica è una SUPERFICIE
PIEZOMETRICA.
PIEZOMETRICA
(da Civita, 2005)
max
Zona di fluttuazione
e risorsa rinnovabile
Zona di aerazione
(non satura)
Superficie freatica
min
Zona di saturazione
Riserva permanente
Substrato impermeabile
UNIVERSITÀ DI PISA - Dipartimento di Scienze della Terra
RIPARTIZIONE DELL’ACQUA NEL SOTTOSUOLO
FALDACONFINATA
CONFINATA(o
(oIN
INPRESSIONE*):
PRESSIONE*):l’acqua
l’acquacircola
circolatra
tradue
dueorizzonti
orizzonti
FALDA
impermeabilied
edha
hauna
unapressione
pressionemaggiore
maggioredi
diquella
quellaatmosferica.
atmosferica.Una
Unafalda
falda
impermeabili
confinatain
incui
cuila
lapressione
pressionedell’acqua
dell’acquaèètale
taleda
darisalire
risalireoltre
oltreililpiano
piano
confinata
campagna(ad
(ades.
es.in
inpozzi
pozzieepiezometri)
piezometri)viene
vienedefinita
definitaFALDA
FALDAARTESIANA.
ARTESIANA.
campagna
Sup. piezometrica
Sup. piezometrica
Imp.
Imp.
Perm.
Falda confinata
Imp.
Falda artesiana
Perm.
Imp.
Inserendo un piezometro nella falda in pressione, l’acqua nel tubo risale fino a
quando la pressione idrica sostiene il peso della colonna d’acqua,
equilibrandosi alla pressione atmosferica.
La superficie individuata unendo i livelli dell’acqua in infiniti piezometri in una
falda in pressione corrisponde alla SUPERFICIE PIEZOMETRICA, poiché in
tutti i suoi punti la pressione è uguale a quella atmosferica.
atmosferica
*NOTA: I due termini non sono necessariamente sinonimi; in realtà
le falde confinate possono anche non essere in pressione. Dipende
dalle condizioni di ricarica e di sfruttamento.
UNIVERSITÀ DI PISA - Dipartimento di Scienze della Terra
RIPARTIZIONE DELL’ACQUA NEL SOTTOSUOLO
FALDASEMI-CONFINATA:
SEMI-CONFINATA:alla
allabase
baseha
haun
unacquiclude
acquiclude(impermeabile);
(impermeabile);al
al
FALDA
tettoha
haun
unacquitardo
acquitardo(permeabilità
(permeabilitàmedio-bassa).
medio-bassa).In
Inquesti
questicasi,
casi,i ipassaggi
passaggi
tetto
d’acquaacquifero-acquitardo
acquifero-acquitardocreano,
creano,in
incondizioni
condizioninon
noninfluenzate
influenzateda
da
d’acqua
pompaggi,una
unasituazione
situazioneper
percui
cuila
lasup.
sup.piezometrica
piezometricadell’acquifero
dell’acquifero
pompaggi,
semiconfinatopuò
puòcoincidere
coincidereoomeno
menocon
conla
latavola
tavolad’acqua
d’acquanell’acquitardo.
nell’acquitardo.Le
Le
semiconfinato
variazionidi
dipressione
pressionenell’acquifero
nell’acquifero(ricarica/pompaggi)
(ricarica/pompaggi)sono
sonopiù
piùrapide
rapidedegli
degli
variazioni
spostamentidella
dellatavola
tavolad’acqua
d’acqua(freatica)
(freatica)aacausa
causadella
delladiversa
diversapermeabilità
permeabilità
spostamenti
dellerocce.
rocce.Ad
Ades.
es.un
unpompaggio
pompaggiodell’acquifero
dell’acquiferodetermina
determinailildrenaggio
drenaggio
delle
(drenanza)dell’acquitardo,
dell’acquitardo,la
lacui
cuisup.
sup.freatica
freaticasegue
seguecon
conritardo
ritardo
(drenanza)
l’abbassamentodella
dellasup.
sup.piezometrica.
piezometrica.
l’abbassamento
Semi-perm.
Sup. piezometrica
Acquitardo
Perm.
Acquifero
Falda semi-confinata
Imp.
Acquiclude
UNIVERSITÀ DI PISA - Dipartimento di Scienze della Terra
RIPARTIZIONE DELL’ACQUA NEL SOTTOSUOLO
Tipi di acquiferi e drenanza
drenanza
ascendente
drenanza
discendente
piezometriche
coincidenti
(Celico, 1986)
a. confinato
b. semi-confinato
c. libero+
d. semi-libero
semi-confinato
e. libero
La presenza di falde tra loro intercomunicanti, sottoposte a diverso carico
piezometrico, favorisce gli scambi idrici dall’acquifero inferiore a quello
superiore (caso b) e viceversa (caso c).
Il fenomeno è chiamato drenanza (ascendente o discendente).
UNIVERSITÀ DI PISA - Dipartimento di Scienze della Terra
RIPARTIZIONE DELL’ACQUA NEL SOTTOSUOLO
Faldasospesa:
sospesa:piccola
piccolafalda
faldalibera
libera(freatica)
(freatica)sostenuta
sostenutada
dalenti
lenti
Falda
impermeabili(es.
(es.argilla)
argilla)presenti
presentiin
inuna
unazona
zonadi
diaerazione
aerazionedi
diuna
unafalda
falda
impermeabili
libera(es.
(es.sabbia).
sabbia).
libera
Falda sospesa
sabbia
Falda libera
argilla
(da Pranzini, 2009 mod.)
UNIVERSITÀ DI PISA - Dipartimento di Scienze della Terra
RIPARTIZIONE DELL’ACQUA NEL SOTTOSUOLO
Esistono anche situazioni complesse, che assumono le definizioni di
sistemi acquiferi multifalda e multistrato. Per alcuni autori, i termini
sono sinonimi. Altri invece tendono a differenziarli. Per essi, l’acquifero
multifalda è costituito da una serie di acquiferi (e falde) effettivamente
separate.
ACQUIFERO
MULTIFALDA
acquiclude
acquifero
ACQUIFERO
MULTISTRATO
UNIVERSITÀ DI PISA - Dipartimento di Scienze della Terra
RIPARTIZIONE DELL’ACQUA NEL SOTTOSUOLO
DEFINIZIONI
p.c.
Soggiacenza:
dislivello tra la
tavola d’acqua della
superficie
piezometrica e il
piano di campagna.
Prevalenza: altezza
del livello
piezometrico delle
falde artesiane
rispetto al piano di
campagna.
sabbia
argilla
p. c
.
UNIVERSITÀ DI PISA - Dipartimento di Scienze della Terra
RIPARTIZIONE DELL’ACQUA NEL SOTTOSUOLO
Distinzione falda-acquifero
ACQUIFERO = serbatoio
FALDA =
acqua contenuta nel
serbatoio
UNIVERSITÀ DI PISA - Dipartimento di Scienze della Terra
LEGGI DELLA CIRCOLAZIONE DELL’ACQUA
NEI MEZZI POROSI
LEGGE DI DARCY
In un mezzo poroso,
continuo,
omogeneo e
isotropo l’acqua si
muove sotto la spinta
della gravità secondo
leggi ben precise;
quella fondamentale
è la LEGGE DI
DARCY (1856).
La legge di Darcy è
espressa dalle relazioni:
Omogeneo
isotropo
Omogeneo
anisotropo
Eterogeneo
anisotropo
Q  K  A i v  K  i
Q: portata falda
A: sezione falda
v: velocità acqua
dove K è il COEFFICIENTE DI PERMEABILITÀ (hydraulic
conductivity), dipendente dalle caratteristiche granulometriche del
materiale (per un mezzo granulare) ed è, dimensionalmente, una
velocità [m/s].
H
i
L
i, definito GRADIENTE IDRAULICO (hydraulic gradient), è il
rapporto fra perdita di carico idraulico e percorso dell’acqua nel mezzo
poroso.
UNIVERSITÀ DI PISA - Dipartimento di Scienze della Terra
LEGGE DI DARCY
Nella Legge di Darcy, il rapporto Q/A non corrisponde alla velocità reale vr
dell’acqua nel mezzo poroso, ma alla velocità apparente va: infatti, per come
è stata ricavata la legge, la sezione A viene considerata interamente,
comprendendo sia pori che granuli. Ma l’acqua si muove solo nei vuoti, per cui
la vera sezione di flusso sarà la sezione A moltiplicata per la porosità efficace
del mezzo:
Ar=Aa×ne, da cui Aa=Ar/ne
da cui:
Sr: sezione reale
Sa: sezione apparente
ne: porosità efficace
Ar
Q  K  Aa i
Q K
i
ne
Q K i

Ar
ne
vreale
(da Barazzuoli)
A
Ar
K i va


ne
ne
La velocità reale è quindi maggiore di quella apparente
considerata da Darcy.
UNIVERSITÀ DI PISA - Dipartimento di Scienze della Terra
LEGGE DI DARCY
La Legge di Darcy, trovata sperimentalmente, ha un supporto anche teorico.
Si consideri una massa m di volume unitario di un liquido perfetto (senza attrito
interno e senza attrito con il mezzo) in un mezzo poroso, omogeneo e isotropo.
Questa massa avrà diverse forme di energia, la cui somma è costante, secondo la
Legge di Bernoulli (Celico, 1986):
E. cinetica + E. potenziale + E. di pressione = costante
1
mv2  mgh  p  cost
2
v2
p
 h   cost
2g

h
p

Dividendo ambo i membri per mg= (peso specifico del liquido) si ottiene:
Nei mezzi porosi la velocità dell’acqua è molto bassa e può essere ritenuta
con buona approssimazione costante, per cui si ha:
h: altezza idrica rispetto a un piano
di riferimento.
P: pressione idrica esistente nel
punto ad altezza h.
γ: peso specifico dell’acqua.
 cost
p1/
p2/
Se consideriamo due successive posizioni della
massa unitaria del liquido nel mezzo poroso, per
il principio di conservazione dell’energia, si avrà:
h1 
p1

 h2 
p2

h1
h2
Pertanto, nel movimento del liquido le perdite di quota rispetto a un piano di
riferimento sono compensate da un aumento della pressione idraulica (le perdite di
DI PISA - Dipartimento di Scienze della Terra
viceversa).
Epot sono bilanciate da aumenti della Epress eUNIVERSITÀ
LEGGE DI DARCY
Considerando il movimento dell’acqua (liquido non perfetto e quindi dotato
di attrito sia interno che con il mezzo) in un mezzo poroso reale, si
verifica una perdita di carico h nel passaggio da un punto all’altro:
h1 
p1/
p1

 h2 
p2


p1  
p2 
h   h1     h2  
  
 

h
p2/
h1
h2
: peso
specifico
del liquido
h/l: gradiente idraulico;
h: perdita di carico
piezometrico;
l: distanza tra i tubi
piezometrici misurata lungo
il profilo piezometrico;
p1, p2: pressione esistente in
corrispondenza dei tubi
piezometrici pz1 e pz2;
: peso specifico acqua;
h1, h2: altezze dal piano di
riferimento;
UNIVERSITÀ DI PISA - Dipartimento di Scienze della Terra
LEGGE DI DARCY
Il movimento dell’acqua in una falda acquifera avviene quindi da punti a
potenziale maggiore verso punti a potenziale minore, ovvero secondo il
gradiente idraulico i = h/l. Pertanto:
unfluido
fluidosi
simette
mettein
inmovimento
movimentosolo
solose
setra
tradue
duepunti
puntiesiste
esiste
un
unavariazione
variazionedi
dicarico
caricoidraulico,
idraulico,cioè
cioèdel
dellivello
livellopiezometrico
piezometrico
una
h,spostandosi
spostandosida
dapunti
punticon
conhhmaggiore
maggioreverso
versopunti
punticon
conhhminore.
minore.
h,
Questo significa che:
perchél’acqua
l’acquanel
nelsottosuolo
sottosuolopossa
possamuoversi,
muoversi,la
lasuperficie
superficie
perché
piezometricadeve
deveessere
essereinclinata.
inclinata.
piezometrica
UNIVERSITÀ DI PISA - Dipartimento di Scienze della Terra
LA LEGGE DI DARCY
CONDIZIONI DI VALIDITÀ DELLA LEGGE DI DARCY
La Legge di Darcy è valida per un mezzo continuo, omogeneo e isotropo, tale
cioè da presentare le stesse caratteristiche di porosità e permeabilità in ogni
direzione (condizione che può essere ottenuta solo artificialmente e per piccole
porzioni di terreno – es. sabbia di granulometria uniforme). E’ inoltre valida in
condizioni di mezzo saturo e regime laminare di flusso.
(da A. Fileccia)
Mezzo continuo: mezzo
caratterizzato da una fitta e
infinita maglia di vuoti
interconnessi.
Mezzo omogeneo:
caratteristiche costanti nel
verso del deflusso delle
acque.
Mezzo isotropo:
caratteristiche costanti nelle
tre direzioni dello spazio.
Kv
Kv
Kh
Kh
Kv
Kv
Kh
Kh
omogeneo, isotropo
omogeneo, anisotropo
Kv
Kv
Kv
Kh
Kh
Kv
Kh
Kh
eterogeneo, isotropo
eterogeneo, anisotropo
Un mezzo omogeneo anisotropo può essere trasformato in uno isotropo fittizio,
considerando una permeabilità media (Km) e conoscendo i valori di permeabilità
orizzontale (Kh) e verticale (Kv).
In natura Kh può essere da 2 a 100 volte superiore a Kv.
UNIVERSITÀ DI PISA - Dipartimento di Scienze della Terra
LA LEGGE DI DARCY
CONDIZIONI DI VALIDITÀ DELLA LEGGE DI DARCY
I terreni naturali non sono né omogenei, né isotropi, né continui;
tuttavia, considerando volumi sufficientemente grandi di un determinato
sedimento, senza variazione di facies (es. sabbie di spiaggia, ghiaie fluviali,
ecc.), con buona approssimazione il mezzo può essere considerato omogeneo
e continuo. Più difficile è considerarli anche isotropi; infatti, i terreni naturali
sono spesso dotati di stratificazione, con variazioni granulometriche e di
addensamento, e quindi di porosità e permeabilità.
Dato però che il movimento dell’acqua nel sottosuolo (in falda) ha una
componente orizzontale dominante su quella verticale, si può approssimare che
il flusso avvenga in condizioni molto vicine a quelle teoriche.
Naturalmente, nei mezzi dotati di porosità secondaria ci si allontana sempre di
più dalle condizioni di omogeneità e isotropia, e l’applicazione della Legge di
Darcy è più problematica (maggiore è la fratturazione e il numero di superfici di
frattura, migliori sono le condizioni).
In sintesi:
l’insieme delle condizioni di validità della Legge di Darcy può sembrare molto
restrittivo, ma nella realtà i casi in cui tale legge non è applicabile sono limitati
ai litotipi estremamente eterogenei, agli acquiferi carsici e, in generale,
quando la velocità del flusso è molto elevata (ad es. in vicinanza di
sorgenti e opere di captazione), favorendo il regime turbolento.
UNIVERSITÀ DI PISA - Dipartimento di Scienze della Terra
PERMEABILITÀ
Permeabilità intrinseca (permeability)
Darcy definì la permeabilità riferendosi all’acqua. Quando si considera però un
liquido diverso (oli, combustibili, inquinanti, salamoie, ecc.), occorre tener
conto che il volume che attraversa una sezione del mezzo nell’unità di tempo
dipende anche dalle caratteristiche del liquido.
Un più corretto concetto di permeabilità deve essere indipendente dal tipo di
liquido, ma deve dipendere solo dalle caratteristiche del mezzo (permeabilità
intrinseca). Le proprietà del fluido che influenzano il moto sono la viscosità
(µ) e il peso specifico (γ).
Per un mezzo dotato di porosità intergranulare, il COEFFICIENTE DI
PERMEABILITÀ generalizzato a tutti i liquidi diventa (Davies & DeWiest, 1966):

K  Cd 

2
L’espressione:
K: coefficiente di permeabilità.
C: fattore di forma (adimensionale): dipende da forma e aggregazione dei grani.
d: diametro grani.
: peso specifico del liquido (dipende da temperatura, pressione e tenore dei sali).
: viscosità del liquido (dipende da temperatura, pressione e tenore dei sali);
esprime la resistenza del liquido al moto.
2
Ki  C  d
rappresenta la permeabilità intrinseca (permeability) ed è espressa in
m2, cm2 o in darcy (1 darcy = 9,87×10-9 cm2).
UNIVERSITÀ DI PISA - Dipartimento di Scienze della Terra
PERMEABILITÀ
Permeabilità intrinseca
L’espressione

Kv  Ki 

corrisponde al COEFFICIENTE DI
PERMEABILITÀ sensu latu, ovvero non
rappresenta più una costante specifica di un
acquifero, ma è una variabile che dipende anche
dalle caratteristiche del liquido che lo attraversa.
La Legge di Darcy può quindi essere espressa nella forma:
(Singhal a Gupta, 1999)
Q  Kv  A i
UNIVERSITÀ DI PISA - Dipartimento di Scienze della Terra
TRASMISSIVITÀ (Transmissivity)
Essendo la produttività di un acquifero funzione non solo della
PERMEABILITÀ K, ma anche dello spessore della sua parte satura,
nei calcoli idrogeologici si tiene spesso conto di un altro importante
parametro: la TRASMISSIVITÀ T (m2/s).
T=K×h
falde libere
T = K × s falde confinate in pressione
Sup. piezometrica
Falda libera
Tetto impermeabile
h
Substrato impermeabile
Sup. piezometrica
Falda confinata
Substrato impermeabile
s
Il concetto di Trasmissività T = K × h
prevede che in teoria un mezzo poco
permeabile possa anche essere molto
trasmissivo se il suo spessore è
sufficientemente grande. In maniera
analoga, due acquiferi aventi uguale K
possono avere diversa trasmissività se i
loro spessori sono diversi.
UNIVERSITÀ DI PISA - Dipartimento di Scienze della Terra
COEFFICIENTE D’IMMAGAZZINAMENTO
(Storage)
Rapporto tra il volume d’acqua liberato o immagazzinato (a seguito di
una variazione unitaria del livello piezometrico) in un prisma verticale
di materiale acquifero saturo ed il volume del prisma stesso.
Il coefficiente di
immagazzinamento S è
adimensionale e si ottiene
da prove di emungimento.
In un acquifero a falda
libera S  ne;
in un acquifero a falda
confinata S << n
(da 100 a 1.000, talora 10.000,
volte più piccolo di ne).
Nell’acquifero freatico, una caduta unitaria
del carico idraulico produce un volume di
acqua pari alla porosità efficace ne.
Nell’acquifero confinato, la stessa caduta
unitaria di carico idraulico produce un
volume di acqua inferiore e l’acquifero resta
comunque saturo. Ciò perché in un mezzo in
pressione c’è più acqua di quella che può
contenere ne.
UNIVERSITÀ DI PISA - Dipartimento di Scienze della Terra
MOVIMENTI DELL’ACQUA NEL SOTTOSUOLO
Le acque sotterranee sono soggette ad una circolazione molto complessa, in
funzione delle caratteristiche idrogeologiche-idrostrutturali degli acquiferi e dei
loro rapporti geometrici. Schematicamente, si possono individuare due tipi di
movimenti principali, determinati, salvo in presenza di emungimenti, dalla
forza di gravità:
- sub-verticali. Prevale il movimento verticale rispetto a
quello orizzontale e si hanno in prevalenza nella zona di
aerazione (movimento discendente dell’infiltrazione,
ascendente della capillarità, oscillazioni del livello
piezometrico).
- sub-orizzontali. Coincidono con il deflusso della falda e
comportano il trasferimento di quantitativi d’acqua dalle
zone di alimentazione a quelle di recapito.
Le acque, una volta raggiunta la zona satura, si spostano
secondo percorsi a prevalente componente orizzontale. A
grande scala, è possibile distinguere il movimento dato da
una serie di tubicini di flusso, di sezione anche molto piccola
(filetti idrici), che seguono traiettorie diverse all’interno dei
meati intercomunicanti della roccia. A piccola scala, si ha
invece una corrente idrica costituita dall’insieme dei filetti
idrici che si muove con direzione e verso derivanti
dall’insieme di tutte le traiettorie elementari.
sup. piezometrica
sup. piezometrica
Risultante delle
traiettorie reali o
LINEE DI FLUSSO
traiettorie reali o
FILETTI IDRICI
UNIVERSITÀ DI PISA - Dipartimento di Scienze della Terra
MOVIMENTI DELL’ACQUA NEL SOTTOSUOLO
Il deflusso della falda
Se in un punto qualsiasi della massa liquida, al tempo t, le particelle di un
filetto idrico che si succedono hanno la stessa velocità, occupano posizioni
identiche e hanno la stessa pressione, la falda si muove di moto
permanente (anche se la velocità delle particelle cambia lungo la stessa
traiettoria).
In un acquifero a sezione variabile, dove la corrente idrica si muove di
moto permanente, la portata (= volume di acqua che attraversa una
sezione normale alla direzione di flusso nell’unità di tempo) non cambia:
Q=
= SS1vv1 =
= SS2vv2 =
= cost
cost
Q
1 1
2 2
Q: portata (m3/s)
S1, S2: area delle sezioni 1 e 2 (m2)
v1, v2: velocità acqua alle sezioni 1 e 2 (m/s)
L’equazione sopra è detta EQUAZIONE DELLA
CONTINUITÀ. Da essa si deduce che, anche
nelle falde acquifere, la velocità dell’acqua varia
in ragione inversa della sezione.
(da Celico, 1986)
UNIVERSITÀ DI PISA - Dipartimento di Scienze della Terra
RAPPRESENTAZIONI IDROGEOLOGICHE
In idrogeologia, nelle carte tematiche si può scegliere di rappresentare:
1. CARATTERISTICHE
CARATTERISTICHE DELL
DELL’ACQUIFERO
1.
’ACQUIFERO
2. ANDAMENTO
ANDAMENTO DELLA
DELLA SUPERFICIE
SUPERFICIE PIEZOMETRICA
PIEZOMETRICA
2.
UNIVERSITÀ DI PISA - Dipartimento di Scienze della Terra
1. RAPPRESENTAZIONE DEGLI ACQUIFERI
Un acquifero può essere rappresentato mediante carte tematiche che
mettano in evidenza:
morfologiaeestruttura
strutturadel
delsubstrato
substrato
••morfologia
CARTADEL
DELTETTO
TETTODEL
DELSUBSTRATO
SUBSTRATO);
);
((CARTA
morfologiaeestruttura
strutturadel
deltetto
tetto
••morfologia
CARTADEL
DELTETTO
TETTODELL’ACQUIFERO
DELL’ACQUIFERO);
);
((CARTA
spessoreeevolume
volumedella
dellaroccia
rocciaserbatoio
serbatoio
••spessore
CARTADELLE
DELLEISOPACHE
ISOPACHEDELL’ACQUIFERO
DELL’ACQUIFERO))
((CARTA
caratteristichestrutturali:
strutturali:faglie,
faglie,pieghe,
pieghe,lineazioni,
lineazioni,fratture,
fratture,ecc.
ecc.
••caratteristiche
caratteristicheidrogeologiche
idrogeologiche::permeabilità,
permeabilità,trasmissività,
trasmissività,
••caratteristiche
coefficientedi
diimmagazzinamento.
immagazzinamento.
coefficiente
UNIVERSITÀ DI PISA - Dipartimento di Scienze della Terra
1. RAPPRESENTAZIONE DEGLI ACQUIFERI
Esempi:
Carta delle isopache
dell’acquifero della Piana
di Lucca
(Nardi et al., 1987)
Carta dello spessore della copertura
dell’acquifero - Piana di Lucca SE
(Autorità Bacino Arno, 2006)
Carta della permeabilità
assoluta (acquifero in
granito – NW India)
(Chandra et al., 2008)
Carta della Trasmissività
in Arabia Saudita
(Legchenko et al., 2002)
Carta della
permeabilità
relativa (acquifero
in ghiaie pianura
costiera pisana)
(Butteri et al., 2010)
UNIVERSITÀ DI PISA - Dipartimento di Scienze della Terra
2. RICOSTRUZIONE DELLA SUPERFICIE PIEZOMETRICA
La superficie piezometrica di una falda può essere ricostruita mediante misure
del livello idrico in tutti i punti d’acqua disponibili, ovvero pozzi, piezometri,
emergenze della falda naturali (stagni, laghi, fiumi, torrenti, fossi, sorgenti, ecc.)
e artificiali (laghi di cava, scavi, canali, ecc.), purché rappresentativi della falda
oggetto di studio.
La ricostruzione della superficie
piezometrica dovrebbe essere effettuata in
almeno due periodi dell’anno,
corrispondenti ai massimi (MORBIDA) e ai
minimi (MAGRA) livelli di falda. Per avere
un quadro più accurato e in considerazione
della variabilità climatica attuale,
potrebbero essere utili più campagne, ad
es. bimestrali o trimestrali.
A seconda degli scopi (es. verifica idrodinamica finalizzata ad uno studio su
contaminanti) potrebbe rendersi utile una campagna mensile. In questo caso
potrebbe rivelarsi utile l’utilizzo di sonde multiparametriche per l’acquisizione in
continuo dei livelli piezometrici.
La carta di rappresentazione si definisce CARTA DELLE ISOPIEZE o CARTA
PIEZOMETRICA.
PIEZOMETRICA Per acquiferi liberi viene anche denominata carta delle
isofreatiche.
isofreatiche
UNIVERSITÀ DI PISA - Dipartimento di Scienze della Terra
2. RICOSTRUZIONE DELLA SUPERFICIE PIEZOMETRICA
Freatimetro
Sonda multiparametrica
UNIVERSITÀ DI PISA - Dipartimento di Scienze della Terra
2. RICOSTRUZIONE DELLA SUPERFICIE PIEZOMETRICA
In sintesi:
Incampagna,
campagna,mediante
mediante
In
misurefreatimetriche,
freatimetriche,
misure
vienemisurata
misuratalala
viene
SOGGIACENZA.
SOGGIACENZA.
Successivamente,tutte
tuttelele
Successivamente,
misuredidisoggiacenza
soggiacenza
misure
vannoriferite
riferitealalLIVELLO
LIVELLO
vanno
DELMARE,
MARE,per
percui
cui
DEL
l’elaboratodefinitivo
definitivo
l’elaborato
(cartadelle
delleisopieze)
isopieze)
(carta
riporteràdelle
delleisolinee
isolinee
riporterà
dellasuperficie
superficie
della
piezometricarispetto
rispettoalal
piezometrica
livellodel
delmare.
mare.
livello
B
p.c.
S
F
Quota p.c.
s.l.m. (Qpc)
Quota sup. piez
s.l.m. (Qsp)
S=F–B
Qsp = Qpc – S
S: soggiacenza
F: profondità della superficie piezometrica
misurata da boccapozzo con il freatimetro
B: altezza del boccapozzo da p.c.
C: profondità del boccapozzo da p.c.
Quota p.c.
s.l.m. (Qpc)
p.c.
C
S
F
Quota sup. piez
s.l.m. (Qsp)
S=F+C
Qsp = Qpc – S
UNIVERSITÀ DI PISA - Dipartimento di Scienze della Terra
2. RICOSTRUZIONE DELLA SUPERFICIE
PIEZOMETRICA
Censimento punti d’acqua
(predisporre una scheda-pozzo per ciascuno)
In acquiferi multi-falda
bisogna prima
accertarsi di quale sia la
falda oggetto di
studio…!
(Piana di Lucca sud-orientale, da Tesi
di Laurea Del Sordo-Sartelli, 2008)
UNIVERSITÀ DI PISA - Dipartimento di Scienze della Terra
Carta delle Isopieze
(da Tesi di Laurea Sartelli-Del Sordo, 2008)
UNIVERSITÀ DI PISA - Dipartimento di Scienze della Terra
RICOSTRUZIONE DELLA SUPERFICIE PIEZOMETRICA
INTERPRETAZIONE DELLA CARTA DELLE ISOPIEZE
Le isopieze consentono di analizzare la morfologia della superficie
piezometrica ottenuta. In particolare, consentono di:
1. Accertare le direzioni del flusso sotterraneo;
2. Calcolare il gradiente idraulico nei diversi punti della falda;
3. Fare valutazioni su andamento del bedrock impermeabile e sulla
permeabilità dell’acquifero;
4. Individuare spartiacque sotterranei e assi di drenaggio;
5. Riconoscere i diversi tipi morfologici di falda;
6. Fare valutazioni su presenza di emungimenti;
7. Verificare i rapporti con i corsi d’acqua;
8. Valutare l’escursione annua della falda.
Utilità pratica della carta delle isopieze
a) Riconoscere le aree di alimentazione
b) Fare valutazioni sulle portate della falda
c) Esaminare le oscillazioni piezometriche
d) Individuare criticità della superficie piezometrica
e) Verificare percorsi di possibili inquinanti
UNIVERSITÀ DI PISA - Dipartimento di Scienze della Terra
f) Ubicare punti di emungimento
L’INTRUSIONE SALINA
Equilibrio acqua dolce – acqua salata
La differenza di densità fra acqua dolce (circa 1,000 gr/cm3) e acqua salata
(in media 1,025 gr/cm3) comporta che in prossimità delle coste, in
condizioni non influenzate, l’acqua dolce si riversi in mare, mentre quella
salata tende a incunearsi al di sotto dell’acqua dolce e a spostarsi verso
l’interno. Il fenomeno venne studiato alla fine del ’800 da due studiosi,
Ghyben e Herzberg.
Interfaccia
acqua dolceacqua salata.
In realtà non è
una linea netta,
ma una zona di
miscelazione,
in cui, andando
verso il basso, la
salinità aumenta
fino al valore
dell’acqua di
mare.
Cuneo salino
(Fitts, 2002)
UNIVERSITÀ DI PISA - Dipartimento di Scienze della Terra
Calcolo della profondità del cuneo salino
(relazione di Ghyben-Herzberg)
Condizioni di
validità:
A) flusso d’acqua
dolce perfettamente
orizzontale e
pertanto potenziale
costante lungo tutte
le verticali;
hd
Zs=Z
B) non esiste flusso
d’acqua salata;
C) l’interfaccia è
assimilabile a un
piano, non esistendo
zone di
miscelazione;
D) c’è equilibrio
statico di colonne
d’acqua a differente
densità.
A’
γd
z
 hd    hd
γs  γd
Se si considerano:
d = 1,000 gr/cm3
s = 1,025 gr/cm3
z  40  hd
z
A
hd = quota acqua dolce s.l.m.
z= profondità di A sotto il l.m.
d = peso specifico acqua dolce (
1,000 gr/cm3)
s = peso specifico acqua salata
( 1,025 gr/cm3)
ω = varia tra 33 e 50, con 40
valore più frequente
UNIVERSITÀ DI PISA - Dipartimento di Scienze della Terra
L’INTRUSIONE SALINA
L’equilibrio acqua
dolce–acqua salata
dipende dalla
pressione dell’acqua
dolce e quindi da tutto
ciò che succede nella
falda acquifera.
Uno degli aspetti che
maggiormente influisce
sull’avanzamento del
cuneo salino sono gli
emungimenti nelle zone
costiere.
UNIVERSITÀ DI PISA - Dipartimento di Scienze della Terra
LE SORGENTI
L’emergenza delle acque sotterranee è legata ad una serie di fattori di natura
litologica, stratigrafica, tettonica, morfologica che agiscono quasi
sempre in maniera interdipendente. Le acque fuoriescono da zone
denominate SORGENTI.
SORGENTE: punto o zona
ristretta della superficie del
suolo in corrispondenza della
quale si ha la venuta a
giorno di acque sotterranee
per cause naturali.
Una sorgente rappresenta un
punto d’intersezione tra la
superficie piezometrica e la
superficie topografica.
Le sorgenti
possono essere
classificate e
seconda di vari
aspetti:
-
Scuola Primaria "Don Lorenzo Milani " - Villachiara (BS)
Temperatura
Temperatura e chimismo
Struttura geologica della zona di emergenza
Portata
UNIVERSITÀ DI PISA - Dipartimento di Scienze della Terra
Classificazione della struttura geologica della zona di emergenza
CLASSIFICAZIONE DI CIVITA (1973)
Classe
Sottoclasse
1
Sorgenti per limite di
permeabilità
a
b
Sorgenti per limite di permeabilità definito
Sorgenti per limite di permeabilità indefinito
2
Sorgenti per soglia di
permeabilità
c
d
Sorgenti per soglia di permeabilità sovraimposta
Sorgenti per soglia di permeabilità sottoposta
e
Sorgenti per affioramento della piezometrica di falde o reti
idriche libere
Sorgenti per affioramento della piezometrica di falde o reti
idriche in pressione
Sorgenti per affioramento
3 della superficie
piezometrica
f
UNIVERSITÀ DI PISA - Dipartimento di Scienze della Terra
Classificazione in base alla portata
In base alla portata, Meinzer (1927) propose una classificazione quantitativa,
suggerendo un utile indice di variabilità, calcolato in genere su base annua:
CLASSIFICAZIONE DELLE
SORGENTI IN BASE ALLA
PORTATA MINIMA ANNUA
Meinzer faceva riferimento alla
portata media; per ovvii motivi,
si preferisce considerare la
portata minima.
INDICE DI VARIABILITÀ
Qmax  Qmin
Rv 
100
Qmed
Classe
portata minima
annua (m3/s)
1
2
3
4
5
6
7
8
- costante
> 10
10 ÷ 1
1 ÷ 10-1
10-1 ÷ 10-2
10-2 ÷ 10-3
10-3 ÷ 10-4
10-4 ÷ 10-5
< 10-5 (da Civita, 2005)

Rv < 0,25
- subvariabile 
0,25  Rv  1,00
- variabile
Rv > 1,00

Ai fini del loro utilizzo, sono considerate interessanti le sorgenti ricadenti nelle
classi 1-5 e nella 6, purché costanti in base a Rv.
UNIVERSITÀ DI PISA - Dipartimento di Scienze della Terra
I POZZI
1. POZZI SCAVATI A MANO O CON TECNOLOGIA SEMPLICE
- pozzi alla romana
- pozzi ad anelli
- pozzi Norton
2. POZZI A PERCUSSIONE
- perforatrici a caduta o a funi
- martelli perforatori (rock drill)
- perforatrici con martello fondo foro
3. POZZI A ROTAZIONE
- distruzione di nucleo
- carotaggio continuo
- elica
4. POZZI A ROTO-PERCUSSIONE
UNIVERSITÀ DI PISA - Dipartimento di Scienze della Terra
METODI DI PERFORAZIONE DEI POZZI
Pozzi scavati a mano (foto web)
Pozzo a rotazione a secco
(foto: R. Giannecchini)
Pozzo Norton
(da Pranzini, 2009)
Anelli forati prefabbricati
(foto: R. Giannecchini)
Pozzo a
percussione
(foto: A. Salvetti)
Pozzo a rotazione con fluido di
circolazione (foto: R. Giannecchini)
UNIVERSITÀ DI PISA - Dipartimento di Scienze della Terra
CONDIZIONAMENTO O
COMPLETAMENTO DEI POZZI
TUBAZIONE
CIECA
Dopo aver perforato un pozzo, occorre
procedere al suo CONDIZIONAMENTO
(o COMPLETAMENTO) definitivo,
ovvero a tutte quelle procedure di
installazione della tubazione definitiva,
di filtri e dreni necessari per garantire
la massima efficienza del pozzo.
TUBI FILTRO
Le modalità di condizionamento
cambiano in relazione al metodo di
perforazione utilizzato, al tipo di roccia e
al tipo di falda.
Le operazioni che dovranno essere
portate a termine saranno in genere le
seguenti:
Filtro Johnson
Filtro a ponte
con
finestrature
verticali
Filtro a
fessure
verticali
studio della
della sezione
sezione filtrante
filtrante
-- studio
sviluppo oo espurgo
espurgo del
del pozzo
pozzo
-- sviluppo
cementazione
-- cementazione
UNIVERSITÀ DI PISA - Dipartimento di Scienze della Terra
Filtro a
fori
circolari
CONDIZIONAMENTO DEI POZZI
Procedura di realizzazione di un pozzo
(da Civita, 2005)
UNIVERSITÀ DI PISA - Dipartimento di Scienze della Terra
PROVE DI POMPAGGIO
PROVE DI POMPAGGIO
Acquifero (aquifer test)
- permeabilità
Pozzo (well test)
- portata specifica
- portata critica
- trasmissività
- coeff.d’immagazzinamento
- diffusività D (T/S)
- perdita di carico
- abbassamenti
- raggio d’influenza
Geometria e caratteri
idrodinamici dell’acquifero
Portata ottimale
di sfruttamento
(portata di esercizio)
Condizioni di sfruttamento
dell’acquifero
UNIVERSITÀ DI PISA - Dipartimento di Scienze della Terra
Scarica
Random flashcards
creare flashcard