Integral Pumping Test - Una nuova metodologia di indagine -

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1 Integral Pumpng Test - Una nuova metodologa d ndagne - Zann Andrea, Tanda Mara Govanna Dpartmento d Ingegnera Cvle, dell Ambente e Terrtoro e Archtettura Unverstà degl Stud d Parma Vale G.P. Usbert 181/A Parma

2 Il progetto INCORE INCORE: Progetto d rcerca fnanzato dalla Comuntà europea nel qunto programma quadro (n contratto: EVK1-CT ). WP1: Raccolta de dat WP2: Implementazone delle IPT WP3: Scentfco Interpretazone de dat WP4: Anals n sto Unv. d Tubnga Umweltwrtschaft WP5: Polt. Stma d Mlano Stoccarda del rscho Unv d BRGM WP6: Strasburgo Strasburgo Azon d bonfca IETU Katowce WP7: Concett ammnstratv Scop de WP 2 e 3: Applcazone della metodologa ad un caso reale Stmare l flusso d massa transtante lungo un Mlano-Itala pano d controllo Strasburgo-Franca Indvduare Stoccarda-Germana l proflo d concentrazone Lnz-Austra lungo un pano d Bydsgoz-Polona controllo Ipotzzare la poszone della sorgente nqunante Ingegnera Ammnstrazon Realzzazone Comune d Mlano Comune d Stoccarda Comune d Strasburgo UBAU Austra

3 Il progetto INCORE propone un nnovatvo approcco cclco d ndagne, che parte dallo studo de pennacch d nqunante nelle acque sotterranee su larga scala (aree ndustral) e termna con la bonfca delle sole aree nqunate. Chronology Investgaton Assessment Revtalsaton Cycle I Cycle II Cycle III Plume Screenng Source Screenng Source/Plume Remedaton Ft for Use Questa metodologa è basata sulla quantfcazone ntegrale degl nqunant present n falda, consderando st ndustral nvece de sngol st, ottenendo un elevato lvello d affdabltà nell ndagne. Investgated Area [m²] / Cycle Reganed Land [m²] Costs/ (m² and Cycle)

4 Metodologa tradzonale (Ptak, 2003)

5 Cclo I: dentfcazone del pennaccho La caratterzzazone de pennacch avvene attraverso le prove d pompaggo ntegral (IPT), elmnando le lmtazon dovute all nterpretazone de dat puntual. Le IPT sono prove d pompaggo d lunga durata effettuate su dvers pozz post perpendcolarmente al normale flusso della falda, (massma area d cattura). Durante le prove vengono raccolt de campon d acqua a predetermnat stant. Rsultat: Dstrbuzone spazale della concentrazone d contamnante Identfcazone della poszone del pennaccho Quantfcazone del flusso d massa nell acqufero

6 Cclo I: dentfcazone del pennaccho (Ptak Teusch, 2000)

7 Cclo I: dentfcazone del pennaccho Ipotes d base Moto d fondo ndsturbato Pano d controllo ortogonale al flusso Sorgente d nqunante puntuale Sorgente d nqunante contnua nel tempo Sovrapposzone delle aree d cattura de pozz adacent Assenza d mutuo dsturbo tra due pozz adacent

8 Le curve concentrazone-tempo sono state elaborate nseme al flusso sotterraneo Q, la portata estratta da sngol pozz Q, lo spessore saturo h, la permeabltà k, e la porostà effcace n e per ottenere un grafco concentrazone-dstanza dal pozzo pompante. La formula tene conto d una dstrbuzone smmetrca ntorno al pozzo pompante. M rappresenta la massa transtante attraverso l pano d controllo. Attraverso l nversone analtca proposta da Schwartz (1998), è possble valutare la concentrazone d nqunant lungo l pano d controllo partendo da grafc concentrazon-tempo fornt dalle IPT k k 1 k k r r arccos r r arccos r r arccos c 2 π c c n 1 c Q 2 M 1 r r h k Q e n h π t Q r Cclo I: dentfcazone del pennaccho

9 Cclo I: dentfcazone del pennaccho Concentrazone al al tempo tempo t t+1 c t c t+1 r t Tubo d flusso Tubo C t 1d flusso π 2 1 k1 Isocrona c Isocrona al ck al tempo arccos tempo t+1 t k1 c r 1 arccos r r r r arccos r k r t+1 c t c t c t

10 Rsultat dell nversone analtca Concentrazonemsurata [g/l] Concentrazone msurata - tempo P36 TCE PCE 0 1x10 2 1x10 3 1x10 4 1x10 5 1x10 6 1x10 7 Tempo [s] Concentrazone nvertta [g/l] Concentrazone nvertta - raggo P36 TCE PCE Raggo [m]

11 Cclo I: dentfcazone del pennaccho Non unctà della soluzone: l grafco concentrazone-raggo non ndca se l pennaccho d nqunante è a destra o a snstra del pozzo

12 Cclo I: dentfcazone del pennaccho Per rdurre le soluzon possbl è necessaro confrontare grafc concentrazone-raggo d pù pozz vcn.

13 Cclo I: dentfcazone del pennaccho Utlzzando dvers pozz, (le cu aree d cattura s sovrappongono), è possble estendere l area d ndagne e confrontare grafc concentrazone raggo tra pozz adacent. Questo permette d rdurre la non unctà della soluzone.

14 Cclo II: dentfcazone della sorgente P1003 TCE PCE P1002 TCE PCE Radus [m] Radus [m] Radus [m] P1001 TCE PCE Radus [m] 20 W1 TCE PCE Radus [m] Inverted concentratons n the aqufer [ug/l] Inverted concentratons n the aqufer [ug/l] Inverted concentratons n the aqufer [ug/l] Inverted concentratons n the aqufer [ug/l] W3bs TCE 12 PCE P1012 TCE PCE Radus [m] P1013 TCE PCE Radus [m] Inverted concentratons n the aqufer [ug/l] Inverted concentratons n the aqufer [ug/l] Inverted concentratons n the aqufer [ug/l]

15 Cclo I: dentfcazone del pennaccho Il confronto d pù pozz permette d rcostrure l proflo d concentrazone lungo l pano d controllo?

16 Cclo II: dentfcazone della sorgente Backtrackng Chlometr Legenda St contamnat Confn del sto Area ndagata Pano d controllo Pozz IPT Rsultat progetto INCORE (2003) Studo lunghezza pennacch d contamnante (Schedek Grathwohl Teutsch, 1997)

17 Organzzazone prove IPT 1. Stud prelmnar 2. Implementazone d un modello numerco dell acqufero per smulare l flusso e l trasporto d nqunant 3. Defnzone de pan d controllo e progettazone IPT 4. Esecuzone delle prove e anals de rsultat

18 1. Stud prelmnar Studo della falda Anals storca dat d falda Drezone prncpale d moto Gradente Parametr draulc dell acqufero Raccolta dat stratgrafc e anals della geologa degl acqufer Anals chmche Camponament su pezometr dsponbl Raccolta dat storc Anals storca delle possbl font d contamnazone Area da nvestgare

19 Y= Y= Y= Modellazone Numerca PRO2 SV08 AS09 SV09 AS08 AS10 SV11 SV12 POZZO 11 AS12 AS11 SV10 AS03 SV03 SV13 AS13 AS01 SV02 AS07 SV06 SV14 AS14 SV01 AS04 SV05 AS02 SV04 AS06 AS05 SV07 pezometro PC2-A.M.S PC3-A.M.S pezometro PC4-A.M.S ZONA IN C.L.S. DI VINCOLO PC5-A.M.S PZ11 pezometro PRO1 PZ10 POZZO ZONA IN C.A DI VINCOLO C.S. S3 S CS C.S CS CS CS CS PC CS5 M4 C.S PZ2 PZB PZ1 PZ4 PZA Y= PZ3 63 B2 PZ8 PZ PZ Y= P1 X= W AREA "Bstolett" A R E A e x X= R E D A E L L I EX VASCA DI CONTENIMENTO F o n t a n l e E S T V a Y= Y= Y= Y= Y= Y= Y= Y= Y= Y= Y= Y= Y= Y= Y= Y= Y= Y= acque s t r a d a f o s s o T o l e d o a r e a X= X= X= X= X= r e c n z o n e X= X= f o s s o T o l e d o m u r o 1800 V a LINEA X= cun colo e x 1400 r e c n z o n e V a c n t a d 1500 T A N G E N Z I A L E pez ometro m u r o T o l e d o pezometro r e c n z o n e V a Bologna R o g g a T r u l z a E S T r e c n z o n e r e c n z o n e f o s s o M O N T E D I S O N pezometro K V 14 c n t a d 20 R o g g a 2 21 m u r o 24 f o s s o vasca n c.a. X= X= X= scor r mento T r u l z a muro n demolzone v a s c a d equal zzaz one n c.a. R o g g a T r u l z a c n t a r e c n z o n e pezometro X= E N E L 2 22 d L I N E A b n a r o b n a r o muro n demolzone m u r o B n a r o 9 b n a r T o l e d o X= T r u l z a 1000 R o g g a B n a r TANGENZIALE Bologna B n a r o s o t t o s t a z o n e X= pozzo b n a r pozzo r e c n z o n e b n a r L I N E A E N E L K V b n a r b n a r s t r a d a S T R A D A ( a s f. ) b n a r b n a r e x Realzzazone d un modello numerco dettaglato dell acqufero r e c n z o n e Pozzo a ragg er a S T R A D A ( a s f. ) v a s c a S T R A D A ( a s f. ) B OX pr efabbr cat b n a r o v a s c a b n a r o S1 P6 Dmensone della grgla: Grgla regolare d 1m x 1m all nterno dell area delle prove d pompaggo Grgla d 15m x 15m all nterno del sto Grgla d 50m x 50m al d fuor del sto Meton celle c n t a f o s s o r e c n z o n e d r e c n z o n e m u r o d r e c n z o n e

20 2. Modellazone Numerca Modello Locale Dmenson della grgla: 1m x 1m ntorno a pozz utlzzat nelle prove d pompaggo Grgla d 5m x 5m altrove celle

21 3. Defnzone de pan d controllo Indvduazone della poszone de pan d controllo sulla base del tpo d contamnante Defnzone del numero d pozz necessar Localzzazone de pozz Defnzone delle portate Esstent o da costrure Defnzone de temp d pompaggo Defnzone de perod d pompaggo Defnzone del numero d campon

22 3. Defnzone de pan d controllo Defnzone de temp d camponamento: Fssare l area d cattura del sngolo pozzo Fssare numero d camponament Ogn camponamento deve contenere la medesma quanttà d nformazon NB possbltà d camponament notturn e/o week end

23 3. Defnzone de pan d controllo IMPORTANTE Deve esserc una sovrapposzone tra le aree d cattura d pozz adacent I pozz non s devono dsturbare a vcenda d conseguenza tra una prova IPT e la successva bsogna attendere l rprstno del flusso naturale della falda La defnzone del numero d campon e del tempo d camponamento deve garantre la medesma quanttà d nformazone per ogn camponamento

24 Y= Y= Y= Y= Pano d controllo PRO1 PRO2 PZ10 AS08 AS10 SV12 AS11 SV11 SV10 AS12 POZZO 11 s o t t o s t a z o n e SV13 AS13 SV03 AS01 POZZO 3 AS04 MWC\a SV AREA "Bstolett" p ezometro P PC1AMS ZONA IN C.L.S. DI VINCOLO PZ ZONA IN C.A. DI VINCOLO PC2-A.M.S PC3-A.M.S PC4-A.M.S. pezometro e x PC5-A.M.S pez ometr o C.S. S3 S CS C. S CS CS CS CS PC CS C.S.5 M4 54 PZ2 1 PZB PZ4 PZ PZA E S T PZ3 63 B2 PZ8 PZ PZ Y= EX VASCA DI CONTENIMENTO X= A R E A X= R E D A E L L I P V a c n t a Y= Y= Y= Y= Y= Y= Y= Y= Y= Y= Y= Y= Y= Y= Y= Y= Y= Y= X= X= SV08 SV09 AS09 MW4\a X= X= F o n t a n l e X= r e c n z o n e X= X= b n a r acque sc orr mento T r u l z a T o l e d o f o s s o r e c n z o n e a r e a f o s s o f o s s o 102 T o l e d o r e c n z o n e1800 V a cunc olo n c.a V a c n t a d 1500 X= m u r o LINEA pez ometr o pezometro m u r o T o l e d o f o s s o r e c n z o n e V a pez ometr o 3 14 c n t a d 20 R o g g a 21 m u r o f o s s o 30 X= e x s t r a d a vasca n c.a X= K V X= E N E L X= d L I N E A c n t a b n a r o b n a r o v a s c a d equalz zaz one pezometro m u r o p oz zo B n a r T r u l z a T o l e d o X= b n a r v a s c a r e c n z o n e b n a r X= b n a r S T R A D A ( a s f. ) L I N E A E N E L K V R o g g a B n a r o r e c n z o n e pez omet ro MW1\a pozz o v a s c a b n a r b n a r b n a r e x s t r a d a B n a r o AS03 MWC\b SV06 MW3\a AS07 SV14 AS14 SV02 P oz z o a raggera MW2\a SV01 AS02 SV04 AS05 AS06 SV07 S T R A D A ( a s f. ) B O X prefabbrc at Bologna TANGENZIALE S1bs R o g g a T r u l z a AREA DISCARICA S2 S T R A D A ( a s f. ) MW6\a MW5\a b n a r o b n a r o Pano d controllo W2 W1 W4 P1002 muro n demolzone WBR1 muro n demolz one P1003P1012P1013 W3 bs W3bs PRO WBR1PZ2 W1 P1 P2 P3 P5 P6 P7 T A N G E N Z I A L E r e c n z o n e Bologna R o g g a T r u l z a r e c n z o n e m u r o d r e c n z o n e E S T M O N T E D I S O N r e c n z o n e d r e c n z o n e

25 3. Pano d controllo

26 3. Pano d controllo Durata d pompaggo: 7 gorn per ogn perodo Prmo perodo d pompaggo: P1003- P1013 Secondo perodo d pompaggo : W1- P1002 Terzo perodo d pompaggo : P1001- W3 bs-p1012 Massma sovrapposzone: 10%

27 4. Interpretazone de rsultat I dat d concentrazone tempo raccolt durante le prove IPT possono essere nterpretat n dvers mod: Analtcamente medante la formulazone d Schwarz (1998) Analtcamente medante l software MAGIC Numercamente medante softwares: C-Stream (Bayer Rach et al., 2006) VINMOD (Zeru Schafer, 2008)

28 Rsultat medante C-STREAM [µg/l] [m]

29 Cost (2003) Untà Itala Germana Austra Franca Costo totale / lunghezza pano controllo Costo totale / superfce Costo totale / volume pompato Costo totale / pozzo [ /m] [ /m 2 ] [ /m 3 ] [ /pozzo] , , , ,00 Costo totale / lunghezza pano controllo: 300 /m Costo totale / pozzo: ,00

30 Concluson sulla metodologa Utlzzando questa metodologa s può ndvduare la dstrbuzone degl nqunant lungo l pano d controllo Quest rsultat non possono essere ottenut attraverso la rete d pezometr esstent Una volta che l pennaccho d nqunante è stato ndvduato, attraverso le IPT, è possble potzzare l area che contene la sorgente, attraverso metodologe d backtrackng e d anals della lunghezza de pennacch Per acqufer con trasmssvtà nferore a 10-5 m 2 /s l metodo potrebbe non essere economcamente vantaggoso Rsulta possble ndagare l acqufero sottostante una dscarca

31 Bblografa 1/2 1. Albert A., S. Lomb, and A. Zann Applcazone del metodo IPT per l'dentfcazone dell'area d provenenza dell'nqunamento da solvent clorurat. Internal report, Poltecnco d Mlano. In Italan. 2. Bayer-Rach, M., J. Jarsjö, R. Ledl, T. Ptak, and G. Teutsch Integral pumpng test analyses of lnearly sorbed groundwater contamnants usng multple wells: Inferrng mass flows and natural attenuaton rates. Water Resources Research 42, W08411, do: /2005wr Bauer, S., M. Bayer-Rach, T. Holder, T. Ptak, C. Kolesar, and D. Müller Quantfcaton of groundwater contamnaton n an urban area usng ntegral pumpng tests, Journal of Contamnant Hydrology 75: Bockelmann, A., T. Ptak, and G. Teutsch An analytcal quantfcaton of mass fluxes and natural attenuaton rate constants at a former gasworks ste. Journal of Contamnant Hydrology : Bockelmann, A., D. Zamfrescu, T. Ptak, P. Grathwohl, G. Teutsch Quantfcaton of mass fluxes and natural attenuaton rates at an ndustral ste wth a lmted montorng network: a case study. Journal of Contamnant Hydrology : INCORE Integrated Concept for Groundwater Remedaton Ffth framework program of EU, Energy, Envronment, Sustanable Development Key Acton one. Contract number EVK1-CT Ptak, T., L. Albert, S. Bauer, M. Bayer-Rach, S. Ceccon, P. Elsass, T. Holder, Ch. Kolesar, D. Müller, C. Padovan, G. Rnck, G. Schäfer, M.G. Tanda, G. Teutsch, and A. Zann Integral nvestgaton of groundwater qualty. Integrated Concept for Groundwater Remedaton - INCORE. Fnal Report on CD-ROM. UW Umweltwrtschaft Stuttgart, May 2003, ISBN: Ptak, T., J. Jarsjö, M. Bayer-Rach, T. Holder, and G. Teustch The ntegral groundwater nvestgaton method prncples, applcaton and evaluaton. IGEA, 19:

32 Bblografa 2/2 9. Ptak, T., J. Jarsjö, H. Krchholtes, G. Schäfer, M.G. Tanda, G. Teutsch, A. Zann, and A. Zeru Delmtng of potental contamnaton source zones. Integrated Concept for Groundwater Remedaton-INCORE. Fnal Report on CD-ROM. UW Umweltwrtschaft Stuttgart, May 2003, ISBN: Ptak, T. and G. Teutsch Development and applcaton of an ntegral nvestgaton method for the characterzaton of groundwater contamnaton. In Contamnated Sol 2000, Thomas Telford, London, Rügner, H., and G. Teutsch Lterature study "Natural attenuaton of organc pollutants n groundwater". Fnal Report for EU-FP5 project INCORE, Aprl 30, (also avalable at nternet page Schedek, T., P. Grathwohl, and G. Teutsch Lteraturstude zum natürlchen Rückhalt/Abbau von Schadstoffen m Grundwasser.- Texte und Berchte zur Altlastenbearbetung, Band 35/97, November 1997, Landesanstalt für Umweltschutz Baden-Württemberg, 51 Seten. In German. 13. Schedek, T., P. Grathwohl, and G. Teutsch Natural Attenuaton and Plume length of organc contamnants. - Abstract EGS98, Nce, Annales Geophyscae, Part II, 16: C489, Schwarz, R Grundwasser-Gefährdungsabschätzung durch Emssons-und Immssonsmessungen an Deponen und Altlasten. Ph.D. dss., Center of Appled Geoscences, Unversty of Tübngen. 125 pp. 15. Schwarz, R., T. Ptak, T. Holder, and G. Teutsch Groundwater rsk assessment at contamnated stes: a new nvestgaton approach. In Herbert, M., Kovar, K. (Eds.), GQ 98 Groundwater Qualty: Remedaton and Protecton, IAHS Publcaton, vol. 250, pp Zann A., L. Albert, S. Ceccon, S. Bauer, T. Ptak, and M.G. Tanda Applcaton of the ntegral nvestgaton pumpng test n Mlano. IGEA, 19: Zeru, A, Schäfer, G Volume-based nverse model (VINMOD) Innovatve approach to quantfy groundwater polluton n heterogeneous aqufers. Journal of Hydronformatcs Vol 10 No 4 pp IWA Publshng.

33 Integral Pumpng Test - Una nuova metodologa d ndagne - Zann Andrea Tanda Mara Govanna Dpartmento d Ingegnera Cvle, dell Ambente e Terrtoro e Archtettura Unverstà degl Stud d Parma Vale G.P. Usbert 181/A Parma e-mal: e-mal:

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