LE AREE DI RICARICA DEGLI ACQUIFERI PROFONDI: CRITERI PER L IDENTIFICAZIONE E PRIMA INDIVIDUAZIONE

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1 LE AREE DI RICARICA DEGLI ACQUIFERI PROFONDI: CRITERI PER L IDENTIFICAZIONE E PRIMA INDIVIDUAZIONE DEFINIZIONE DI RICARICA DEGLI ACQUIFERI...2 DEFINIZIONE DI AREE di RICARICA...3 DEFINIZIONE DI FALDE SUPERFICIALI E FALDE PROFONDE...4 SCHEMA IDROGEOLOGICO GENERALE PER L INDIVIDUAZIONE DELLE AREE DI RICARICA...5 DEFINIZIONE DELLE AREE DI RICARICA DEGLI ACQUIFERI PROFONDI IN BASE ALLA DIFFERENZIAZIONE DEL SISTEMA DI FLUSSO...9 I sistemi di flusso...9 Acquiferi profondi e superficiali...10 Componenti di un Sistema di flusso...13 CONOSCENZE NECESSARIE PER LA DEFINIZIONE DELLA AREE DI RICARICA DEGLI ACQUIFERI PROFONDI...14 PRIMA INDIVIDUAZIONE DELLE AREE DI RICARICA DEGLI ACQUIFERI PROFONDI DELLA PIANURA DELLA REGIONE PIEMONTE

2 LE AREE DI RICARICA DEGLI ACQUIFERI PROFONDI: CRITERI PER L IDENTIFICAZIONE E PRIMA INDIVIDUAZIONE DEFINIZIONE DI RICARICA DEGLI ACQUIFERI La ricarica degli acquiferi è stata definita da Meinzer e Heath (1990) come l acqua che si trasferisce dalla superficie del suolo o dalla zona non satura verso la zona satura. La ricarica può provenire dalla infiltrazione delle precipitazioni, da corpi idrici superficiali permanenti o temporanei e dall irrigazione. La ricarica può raggiungere l acquifero direttamente da porzioni di fiumi, laghi, canali benché usualmente essa sia prima mediata dalla zona non satura. Questo tipo di ricarica viene talora definita come ricarica diretta, riservando il termine di ricarica indiretta quella conseguente al flusso tra acquiferi differenti. 2

3 DEFINIZIONE DI AREE di RICARICA L area di ricarica di un acquifero può essere definita come : la superficie dalla quale proviene alimentazione al corpo idrico sotterraneo considerato; essa è costituita dall'area nella quale avviene l'infiltrazione diretta alle acque sotterranee delle acque meteoriche o dall'area di contatto con i corpi idrici superficiali (laghi, corsi d'acqua naturali o artificiali) dai quali le acque sotterranee traggono alimentazione. (definizione tratta da: Conferenza permanente per i rapporti tra lo Stato e le Regioni e le Province Autonome- Accordo 12 dicembre 2002 (Linee guida per la tutela della qualità delle acque destinate al consumo umano e criteri generali per l'individuazione delle aree di salvaguardia delle risorse idriche di cui all'art. 21 del decreto legislativo 11 maggio 1999, n. 152 ). Nelle pianure, le zone di raccordo con i rilievi sono aree a elevato rischio idrogeologico in quanto gli inquinanti qui infiltrati possono essere diffusi verso il centro della pianura negli acquiferi profondi. D'altra parte proprio l'elevata permeabilità dei terreni comporta un forte rischio di contaminazione - soprattutto da parte di inquinamenti conservativi - dei corpi idrici sotterranei con grave pregiudizio per le numerose utilizzazioni, anche idropotabili, esistenti e in progetto; peraltro l'elevata concentrazione insediativa soprattutto industriale che caratterizza questa fascia rende questo rischio particolarmente reale e presente. 3

4 DEFINIZIONE DI FALDE SUPERFICIALI E FALDE PROFONDE La Legge regionale 7 aprile 2003, n. 6 ( Disposizioni in materia di autorizzazione agli scarichi delle acque reflue domestiche e modifiche alla legge regionale 30 aprile 1996, n. 22 (Ricerca, uso e tutela delle acque sotterranee) così all articolo 5 definisce la falda freatica e la falda profonda: Per falda freatica, superficiale o libera, si intende la falda più vicina alla superficie del suolo alimentata direttamente dalle acque di infiltrazione superficiali ed in diretta connessione con il reticolo idrografico. Per falde profonde si intendono quelle poste al di sotto della falda freatica ove presente e cioè le falde confinate, le falde semiconfinate e le falde ospitate nelle porzioni inferiori dell'acquifero indifferenziato, caratterizzate da una bassa velocità di deflusso, da elevati tempi di ricambio e da una differente qualità idrochimica rispetto a quelle ospitate nelle porzioni più superficiali del medesimo. Per la tutela e la protezione della qualità delle acque sotterranee e' vietata la costruzione di opere che consentano la comunicazione tra le falde profonde e la falda freatica. Inoltre all articolo 6 si precisa quanto segue Le acque sotterranee da falde profonde sono riservate ad uso potabile, ad eccezione di quelle individuate dal Piano di tutela delle acque di cui all'articolo 44 del decreto legislativo 11 maggio 1999, n. 152 (Disposizioni sulla tutela delle acque dall'inquinamento e recepimento della direttiva 91/271/CEE concernente il trattamento delle acque reflue urbane e della direttiva 91/676/CEE relativa alla protezione delle acque dall'inquinamento provocato dai nitrati provenienti da fonti agricole), in quanto, in base alla vigente normativa, non destinabili a tale uso per le loro caratteristiche chimiche naturali". 4

5 SCHEMA IDROGEOLOGICO GENERALE PER L INDIVIDUAZIONE DELLE AREE DI RICARICA Le risorse idriche sotterranee ( le falde idriche) sono localizzate nelle porzioni porose e permeabili del sottosuolo (acquiferi). Esse costituiscono una risorsa rinnovabile perché ricaricate per infiltrazione dalla superficie. Figura 1 L acquifero superficiale, detto anche freatico, è collegato ad un ampia area di ricarica corrispondente nella pratica a quasi tutta di media e bassa pianura. Gli acquiferi profondi, spesso in pressione, sono comunemente ricaricati in una fascia stretta e ben delimitata ai margini delle pianure. In figura 1 è rappresenta una semplice schematizzazione concettuale di tale situazione. In prima approssimazione è possibile affermare che i principali livelli impermeabili con significato regionale in grado di separare un acquifero superficiale dagli acquiferi profondi sono quelli che individuano in superficie le aree di ricarica diretta. 5

6 Nella realtà l assetto idrogeologico delle pianure è riferibile ad un modello multistrato formato da una successione complessa di corpi acquiferi ed orizzonti impermeabili con continuità laterale variabile. Figura 2 La fascia di ricarica delle falde acquifere corrisponde in genere alle zone di alta pianura compresa tra i rilievi delimitanti l'area montana e la zona di media e bassa pianura; tali zone sono formate dalle potenti conoidi alluvionali costituite da materiali prevalentemente grossolani depositati dai corsi d'acqua all'uscita del bacino montano. La zona di alta pianura è, per tale particolare struttura morfologica, un grande serbatoio d'acqua che alimenta le falde profonde della pianura sottostante. 6

7 A riguardo conviene comunque rimarcare come le caratteristiche di permeabilità di questa fascia possano variare enormemente, in particolare per la locale presenza di strati superficiali del terreno con tessitura più fine. L'area di alta pianura è costituita dalle conoidi alluvionali depositate dai corsi d'acqua uscenti dai bacini montani. In quest'area, che presenta terreni ad elevata permeabilità, si ha il massimo contributo all'alimentazione delle falde acquifere sotterranee anche da parte dei corsi d acqua e quindi diventa imprescindibile la conoscenza dei complessi rapporti fiume-falda. L'idrografia superficiale si fa essenziale: i corsi d'acqua maggiori divagano su ampi alvei ghiaiosi, disperdendo quote talora notevoli delle portate raccolte nel bacino montano, mentre la rete naturale di drenaggio delle acque meteoriche è praticamente inesistente e comunque non significativa; si hanno, invece, ampie reti di distribuzione di acque irrigue che, aprendosi a ventaglio, vanno a servizio di un territorio tendenzialmente arido. In particolari situazioni, secondo alcuni Autori, il limite meridionale di tale zona può essere approssimato dalla linea delle risorgive; queste rappresenterebbero il saldo attivo tra l'alimentazione sotterranea di monte - dovuta alle infiltrazioni nella frattura dei massicci calcarei, alle acque meteoriche che percolano nel sottosuolo e alla dispersione dei corsi d'acqua ed il deflusso sotterraneo nell'acquifero inferiore in pressione che va ad interessare tutta la bassa pianura. Figura 3 Tale approssimazione può essere applicata nei casi in cui l assetto pianura può essere cosi schematizzabile: idrogeologico del settore di Un acquifero dell alta pianura detto anche Acquifero Indifferenziato; 7

8 Un sistema degli acquiferi profondi in pressione della media e bassa pianura o sistema multifalde (Acquifero Differenziato); Un acquifero superficiale di tipo libero di media e bassa pianura. 8

9 DEFINIZIONE DELLE AREE DI RICARICA DEGLI ACQUIFERI PROFONDI IN BASE ALLA DIFFERENZIAZIONE DEL SISTEMA DI FLUSSO I sistemi di flusso Gli idrogeologi hanno messo a punto lo schema generale del deflusso dell'acqua sotterranea in un bacino idrogeologico in base al concetto del sistema di flusso. Trattasi del modello concettuale di bacino (Thoth, 1963). Un sistema di flusso può essere definito come una unità di ricarica-drenaggio in un sistema idrogeologico. In generale si può immaginare che in un sistema idrogeologico ci possano essere molti sistemi di flusso nidificati. Figura 5: Schema concettuale dei sistemi di flusso mediante sezione piezometrica. 9

10 Schematizzando è possibile distinguere, su una sezione verticale trasversale, passante per un grande asse di deflusso, due grandi zone di sistemi di flusso, cioè dall'alto in basso : - Sistemi di flussi locali ( zona degli acquiferi superficiali) - Sistemi di flusso intermedi e regionali (zona degli acquiferi profondi s.l.) Sistemi di flussi locali ( zona degli acquiferi superficiali) Ε' il dominio degli acquiferi a falda libera o confinati localmente. I percorsi sono locali e brevi; essi sono imposti dalla topografia locale, dalla rete idrografica e dalle superfici di acqua libera. Localmente la direzione di flusso può essere opposta a quella del sistema di flusso regionale. Il ruolo della geologia strutturale è scarso e l'influenza delle zone climatiche attuali è rilevante. Questa zona raggiunge in genere una profondità che varia da 20 ai 80 m in funzione delle strutture idrogeologiche e dell'alimentazione da parte della superficie. Sistemi di flusso intermedi e regionali (zona degli acquiferi profondi s.l.) E il dominio degli acquiferi profondi, in genere a falda confinata. Le condizioni di flusso sono imposte dalla topografia regionale (grandi assi dei rilievi), dai grandi assi idrografici, dai grandi laghi, dagli oceani e mari interni e dalle depressioni endoreiche delle zone aride. Il ruolo della geologia strutturale è preponderante: si tratta di sistemi di flussi regionali, lunghi. Le velocità sono dell'ordine di 10 m/s e diminuiscono man mano in profondità mentre gli scambi verticali tendono a dominare sui flussi laterali. In presenza di livelli impermeabili gli acquiferi sono sempre del tipo a falda confinata. La profondità di sfruttamento degli acquiferi, per gli usi umani è limitata, oltre che dalla eventuale presenza di un substrato impermeabile, dalla mineralizzazione crescente dell'acqua sotterranea dove essi racchiudono acque connate intrappolate nei vuoti del serbatoio all'epoca della sedimentazione. Acquiferi profondi e superficiali. Nella pratica l acqua sotterranea di falda da superficiale diviene profonda quando, facendo parte di un circuito regionale o intermedio, ad un certo punto può penetrare in profondità dove 10

11 trova condizioni tali (minore apporti di inquinanti a causa della minore vulnerabilità, diverse velocità di flusso, maggiore pressurizzazione, diverso ambiente biochimico e geochimico, ecc..) da condurre a una differenziazione idrochimica; le falde idriche profonde si differenziano così falde idriche relativamente superficiale. dalle che rimangono invece all interno di un circuito di flusso locale e quindi In ogni caso una maggiore differenziazione litologica dell acquifero, cioè la presenza di una forte anisotropia verticale e di livelli impermeabili, favorisce la separazione del flusso idrico sotterraneo in sistemi di flusso separati. Figura 5: Schema concettuale dei sistemi di flusso, della suddivisione tra acquiferi profondi e superficiali. E importante notare che, la presenza di differenti sistemi di flusso può avvenire anche in assenza di una sostanziale differenziazione litologica del sistema idrogeologico. Per tale motivo è possibile trovare in porzioni profonde di sistemi acquiferi litologicamente indifferenziate acque sotterranee invece molto differenti da un punto di vista idrochimico da quelle appartenenti a circuiti locali. Si noti infine che non vi è necessariamente sempre una corrispondenza acquifero superficiale = falda libera e acquifero profondo = falda confinata; infatti importanti gradi di confinamento possono essere ritrovati anche all interno di circuiti locali e molto superficiali; dall altra canto 11

12 falde sotterranee anche molto profonde potrebbero trovarsi in condizioni di non confinamento in un sistema idrogeologico privo di livelli impermeabili confinanti. 12

13 Componenti di un Sistema di flusso In ogni sistema di flusso, il deflusso idrico sotterraneo avviene da zone di ricarica verso le zone di drenaggio attraverso una zona di deflusso laterale; l'unità, così definita, costituisce appunto un sistema di flusso e può corrispondere ad uno ο più acquiferi. Il motore del deflusso è la differenza di quota (differenza di carico) che genera gradienti idraulici. I limiti idrodinamici dei sistemi sono costituiti dalle linee di spartiacque sotterranei (creste piezometriche) sotto i rilievi e le zone ο assi di drenaggio di superficie. Le zone di ricarica ο aree di alimentazione sono costituite dai rilievi, veri e propri serbatoi d'acqua, dove le acque sotterranee sono alimentate per l'infiltrazione delle precipitazioni efficaci. In tale zone il flusso ha una forte componente verticale verso il basso (flusso discendente). Nelle Zone di deflusso laterale prevale la componente laterale del flusso; esse rappresentano il raccordo tra le zone di ricarica e quelle di drenaggio. Le zone di drenaggio, si localizzano nelle vallate generalmente occupate dai corsi d'acqua, dalle superfici di acqua libera (laghi, mari, oceani) e dalle depressioni endoreiche delle zone aride. La bassa profondità della superficie piezometrica e la presenza d'acqua di superficie ο di paludi, favoriscono l evapotraspirazione reale il cui effetto accentua il drenaggio. In tale zone il flusso ha una forte componente verticale verso l alto (flusso ascendente). La tipologia di flusso (discendente, laterale e ascendente) è identificabile con l'analisi della superficie piezometrica. Questa permette di riconoscere le zone di alimentazione e di drenaggio e i grandi assi di deflusso. 13

14 CONOSCENZE NECESSARIE PER LA DEFINIZIONE DELLA AREE DI RICARICA DEGLI ACQUIFERI PROFONDI Le conoscenze necessarie alla definizione delle aree di ricarica sono le seguenti: Topografia: In un sistema idrogeologico le aree topograficamente più elevate corrispondono in genere alle aree di ricarica dei vari sistemi di flusso mentre le aree più depresse e quindi in posizione più distale dai rilievi, corrispondono invece alle zone di drenaggio. Tali aree sono generalmente individuate da maggiori pendenze della superficie topografica. Carte piezometriche: Sono ideali per l individuazione delle direzioni di deflusso che permettono una prima grossolana individuazione delle aree di ricarica tramite il tracciamento delle linee di flusso: le aree di ricarica si troveranno nelle zone di origine delle linee di flusso; mentre quelle di drenaggio nelle zone di arrivo e termine delle linee di flusso stesse. Carte piezometriche distinte dovrebbero essere realizzate per gli acquiferi superficiali e quelli profondi. Attualmente è stata realizzata solamente la carta piezometrica relativa aell acquifero superficiale. Sezioni piezometriche : La ricostruzione dei carichi idraulici in sezioni parallele al flusso può permettere di ricostruire le direzioni il flusso idrico mettendo in evidenza le componenti verticali del flusso stesso; si possono e quindi di individuare con precisione le aree di ricarica, caratterizzate da una significativa componente discendente del flusso. Tali sezioni piezometriche possono essere realizzate solo avendo misure di livello su piezometri finestrati a diverse profondità in un sistema idrogeologico. Attualmente tali misure sono molto rare per cui tale approccio è oggi difficilmente applicabile in maniera estensiva. In base a varie simulazioni di flusso riportate in letteratura, si può osservare che la larghezza dell area di ricarica non risulta superiore, in prima approssimazione, ad un quarto dell ampiezza totale dell intero sistema di flusso. Studi idrochimici: Lo studio della composizione chimica e isotopica delle acque sotterranee e della sua evoluzione durante il flusso idrico sotterraneo rappresenta uno strumento importante nel definire: a) la profondità a cui avviene l eventuale differenziazione idrochimica delle acque sotterranee b) le velocità di flusso attraverso l individuazione dell età dell acqua di falda e l altitudine a cui è avvenuta l infiltrazione nelle zone di ricarica. 14

15 Ricostruzione litostratigrafica del sottosuolo: permette di individuare la distribuzione e la geometria degli acquiferi da cui è possibile risalire alle aree dove è più probabile la presenza di una ricarica degli acquiferi profondi grazie ad una buona interconnessione con livelli acquiferi più superficiali. Modelli idrogeologici: l uso della modellizzazione degli acquiferi potrà permettere di ricostruire a scala regionale lo schema di circolazione profondo in particolare utilizzando le informazioni derivanti dalla ricostruzione litostratigrafica del sottosuolo e i dati, necessariamente puntuali derivanti da prove di pompaggio e misure piezometriche su pozzi superficiali e profondi. 15

16 PRIMA INDIVIDUAZIONE DELLE AREE DI RICARICA DEGLI ACQUIFERI PROFONDI DELLA PIANURA DELLA REGIONE PIEMONTE In assenza di studi specifici relativamente alla differenziazione idrochimica e nella impossibilità di costruire sezioni piezometriche si è fatta una prima individuazione delle aree potenziali aree di ricarica degli acquiferi profondi basandosi: - sulla posizione altimetrica; - sulle carte piezometriche della falda superficiale; - sulla distribuzione dei depositi più grossolani e in particolare degli apici delle conoidi fluviali e fluvioglaciali; - sulla distanza relativa tra l inizio delle possibili zone di ricarica e la probabile zona di drenaggio, queste ultime generalmente sono rappresentate in Piemonte dal corso del fiume Po e del fiume Tanaro. In tal modo, in assenza di altre informazioni, l ampiezza della fascia è stata presa circa un quarto della distanza compresa tra l inizio della zona di ricarica e la zona di probabile di drenaggio. In prima approssimazione le aree di ricarica sono state fatte corrispondere alla fascia di pianura avente le seguente caratteristiche: - fascia pedemontana altimetricamente più rilevata e con maggiore pendenza della superficie topografica; - zone delle conoidi fluvioglaciali più prossimali ai rilievi; - zone da cui si dipartono le linee di flusso della falda superficiale; - si è tenuto conto, ove opportuno, della presenza della fascia dei fontanili. Si tratta comunque di una prima individuazione che potrà essere meglio precisata attraverso l esecuzione di studi che permettano le conoscenze necessarie per una definizione della aree di ricarica degli acquiferi profondi secondo i criteri idrodinamici già descritti. 16

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