Corso di. Idraulica e Sistemi di Protezione degli Acquiferi

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1 Simone Ferrari Corso di 1

2 Moti di filtrazione nell ambito della bonifica di siti inquinati Disciplina sulla bonifica dei siti inquinati: il Testo Unico Ambientale (D.L. 152/06) D.Lgs. 22/97 e D.M. 471/99 e successive modifiche ed integrazioni: messa in sicurezza, bonifica e ripristino ambientale dei siti inquinati. Metodologie di messa in sicurezza e di bonifica: barriere idrauliche, confinamento, ricoprimento, intercettazione e modifica chimico-fisica; trattamenti: in-situ, ex-situ, on-site. Metodo più diffuso: barriera idraulica con pozzi (pump and treat). Determinazione delle modifiche alla superficie della falda e della zona di cattura. 2

3 Progettazione degli interventi di contenimento e di risanamento Esempi di carte delle isopiezometriche, delle linee di flusso e delle isoconcentrazioni. 3

4 Barriere idrauliche Depressione nel livello della falda che determina una zona di cattura: permettono d intercettare l inquinante e d impedirne il deflusso a valle. Vantaggi: sistema più utilizzato, rapido, maggiore profondità operativa, economico, adatte a tutte le fasi dell intervento. Svantaggi: non permette d intervenire sull inquinante adsorbito alla fase solida, ottimizzazione tecnico-economica in situazioni complesse (es., intrusione salina). Pozzi: metodo più diffuso, occupa poco spazio, molto flessibile, modulabile. Trincee: per basse soggiacenze, in caso di composti non solubili galleggianti. Dreni sotterranei: in particolari situazioni. 4

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6 Schemi di funzionamento delle barriere idrauliche Pozzo-barriera: arresto integrale della propagazione a valle. Pozzo-barriera parziale con attenuazione naturale. Pozzo di aggottamento abbinato a barriere fisiche. Pozzo di disinquinamento. 6

7 Equazione di Laplace Equ. di continuità: U 0 2 Per mezzo isotropo alla permeabilità, h 0 Equazione puramente cinematica, per cui a parità di condizioni ai limiti il campo di moto è lo stesso di un liquido perfetto in moto irrotazionale. 1 eq. in 1 incognita, quindi risolvibile una volta note le condizioni al contorno. Equazione differenziale lineare, per cui è applicabile il principio di sovrapposizione degli effetti: attraverso la combinazione delle 3 soluzioni semplici di flusso uniforme indisturbato, sorgente e pozzo siamo in grado di simulare campi di moto reali comunque complessi. 7

8 Flusso uniforme indisturbato La velocità del flusso indisturbato è u ; sistema di assi con l asse x in direzione del moto; risulta u u 0 0 Il potenziale del campo di velocità è, che soddisfa Laplace. kh x 0 u dx u x u h k x 8

9 Sorgente e pozzo puntiformi Discontinuità puntiforme che genera una certa portata. u 0 uds u ndl u ndl S l l 1 2 Gli integrali di linea rappresentano il flusso volumetrico per unità di profondità (definito attraverso la normale esterna) attraverso le due linee. u n dl u n dl cos t Q l 1 Problema a simmetria circolare, per cui l unica grandezza geometrica caratterizzante è r: u 0 r 0 e 1 l 2 e 2 9

10 Sorgente e pozzo puntiformi Le linee di flusso sono concentriche. Q u ndl u( r) dl u( r)2r u( r) l l Q 2r kh r u( r) dr r Q dr 2r Q 2 r dr r Q ln r h 2 Q 2 k ln r cioè le isopotenziali (isopiezometriche) sono cerchi concentrici crescente per r decrescente. Nel caso del pozzo, la portata viene sottratta allo spazio, quindi Q h ln r 2k cioè h cresce quando ci allontaniamo dal pozzo. con carico 10

11 Costruzione grafica di Rankine o di Slichter Se in ogni tubo di flusso transita la stessa frazione di portata, nei punti di intersezione posso definire il rapporto tra le due velocità e, fattane la composizione vettoriale, trovare la velocità risultante: soluzione esatta (calcolo numerico). 11

12 Zona di cattura di un pozzo Divido la zona attorno al pozzo in N tubi di flusso; divido il flusso uniforme in tubi di flusso larghi r, in modo che rq 0 =Q/N => r = Q/(Nq 0 ) = Q/(Nkej 0 ). (Q = portata dal pozzo, q 0 = portata per unità di lunghezza del flusso indisturbato, e = spessore della falda, k = permeabilità, U 0 =kj 0 =velocità flusso uniforme ). Zona di influenza: i tubi di flusso vengono deviati ma non convergono al pozzo. Zona di cattura o di aspirazione: insieme dei tubi di flusso che convergono al pozzo e forniscono la portata estratta. Punto di ristagno: U p = velocità pozzo = U 0 ; Q/(2d 0 e) = kj 0 => d 0 =Q/(2ekj 0 ). Larghezza zona di cattura: di tutte le q 0, solo una frazione y C =Nr va verso il pozzo: Q=(Nr)q 0 => y C =Nr=Q/q 0 =Q/(ekj 0 ). Larghezza sul pozzo: y 0 =Q/(2ekj o ). 12

13 Efficienza idraulica di un pozzo y inq : larghezza massima del pennacchio inquinante, calcolata sull isocona (curva a concentrazione costante) limite. E = efficienza idraulica = y inq /y c E > 1 => sistema sottodimensionato E < 1 => sistema sovradimensionato E dovrebbe valere, a regime, intorno a N.B.: inizialmente, in particolare con pochi dati o dati incerti, conviene sovradimensionare! 13

14 Barriere idrauliche perpendicolari Pozzi spia: per il monitoraggio, almeno uno a valle, uno interno e uno a monte della zona contaminata. 14