Tecniche di analisi del segnale applicate alla delimitazione delle aree di salvaguardia delle sorgenti

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1 Politecnico di Torino Regione Piemonte Direzione Tutela Ambientale Tecniche di analisi del segnale applicate alla delimitazione delle aree di salvaguardia delle sorgenti C. Banzato - L. Galleani - B. Vigna DITAG - Politecnico di Torino

2 Regione Piemonte: Definizione delle aree di salvaguardia delle sorgenti Per la definizione delle aree di salvaguardia delle sorgenti sono applicati, nel territorio piemontese il criterio geometrico, il criterio cronologico e il criterio idrogeologico. Per le sorgenti di nuova captazione deve essere applicato il criterio idrogeologico o quello cronologico qualora le caratteristiche della captazione siano assimilabili a quelle di un pozzo.

3 Il criterio idrogeologico: nella definizione delle aree di salvaguardia di una sorgente vengono distinte: una Zona di Tutela Assoluta (ZTA) una Zona di Rispetto Ristretta (ZRR) una Zona di Rispetto Allargata (ZRA). Ogni zona deve essere dimensionata in funzione della vulnerabilità intrinseca dell acquifero che alimenta la sorgente oggetto di captazione. Il loro dimensionamento è in funzione dell analisi della portata sorgiva e quindi del diagramma di deflusso annuale.

4 Valutazione del grado di vulnerabilità intrinseca di un acquifero con il metodo del tempo di dimezzamento Il metodo del tempo di dimezzamento introdotto da Civita nel 1988, si basa sullo studio della curva di svuotamento di una sorgente. L autore ha proposto, per valutare il grado di vulnerabilità dell acquifero che alimenta una sorgente, lo studio della variazione della portata nel tempo, o meglio la sua variazione in seguito al valore di picco della massima piena annuale. La metodologia prevede il calcolo del tempo di dimezzamento (espresso in giorni) come il tempo intercorso tra il verificarsi della portata massima annuale e il verificarsi di una portata pari alla metà.

5 Valutazione della vulnerabilità intrinseca di una sorgente Monitoraggio della portata sorgiva ed individuazione del picco di portata massima annuale 100 Livello [m] Sorgente Pesio 18 - dati orari Precipitazioni [mm] Precipitazioni Livello lug ago ago ago set set set ott ott ott nov nov nov dic dic dic gen gen gen feb feb mar mar mar apr apr apr mag mag mag giu giu giu lug lug lug-07 Calcolo del tempo di dimezzamento: 39 giorni, quindi classe di Vulnerabilità media (C) Portata [l/s] Sorgente Pesio 18 - dati orari Q max = 64.3 l/s ,3 l/s 32,15 l/s Q max /2 = 32.1 l/s 39 giorni t/ mag mag mag mag mag giu giu giu giu giu giu giu giu giu giu giu giu giu giu giu giu giu giu lug lug lug lug lug lug lug lug lug lug lug lug lug lug lug lug-07

6 Criterio idrogeologico La valutazione della vulnerabilità intrinseca di un acquifero è in funzione del tempo di dimezzamento della portata massima annuale o della velocità del flusso idrico in m/s Nel caso in cui i tempi di dimezzamento non dovessero coincidere con le velocità di flusso nella determinazione della classe di vulnerabilità, si tiene in considerazione la classe di vulnerabilità più cautelativa. Classi di vulnerabilità intrinseca in funzione del tempo di dimezzamento (t D ) o della velocità di flusso (u) tratto da Regolamento della Regione Piemonte 11 dicembre 2006 n. 15/R Classe di vulnerabilità intrinseca Tempo di dimezzamento (t D ) [giorni] Velocità di flusso (u) [m/s] Elevata A t D < 5 u > 10-2 Alta B 5 t D u 10-2 Media C 25 t D u 10-3 Bassa - D t D > 50 u < 10-4

7 Dimensioni della Zona di Tutela Assolua in funzione della Classe di Vulnerabilità intrinseca Classe di vulnerabilità intrinseca Estensione in m verso monte D [m] Estensione in m verso valle d [m] Estensione m laterale ¾D [m] Elevata A Alta B Media C Bassa - D Dimensioni della Zona di Rispetto in funzione della Classe di Vulnerabilità intrinseca Classe di vulnerabilità intrinseca Estensione a monte [m] Elevata A Intero bacino di alimentazione Alta B L = 2000 Media C L = 400 Bassa - D L = 200

8 Per la valutazione della vulnerabilità dell acquifero occorre eseguire il monitoraggio annuale della portata sorgiva con frequenza oraria misure istantanee ( ): forniscono un valore indicativo soggetto a notevoli cambiamenti nel tempo e non utilizzabile per il calcolo del tempo di dimezzamento misure in continuo ( ): forniscono i dati necessari per la valutazione della vulnerabilità dell acquifero Sorgente Dragonera Portata [l/s] Precipitazioni [mm] Precipitazioni Portata ott ott ott nov nov dic dic dic gen gen feb feb feb mar mar apr apr apr mag mag giu giu lug lug lug ago ago set set set-08

9 PER LE MISURE DI PORTATA IN CONTINUO SI DEVONO UTILIZZARE DEI SENSORI AUTOMATICI DI LIVELLO COSTO E

10 MISURE DI PORTATA IN CONTINUO Le misure in continuo della portata sorgiva possono essere eseguite attraverso l installazione di un acquisitore automatico di livello in: Sorgenti non captate con assenza di sezioni di misura. Lo strumento viene posizionato in corrispondenza di una sezione di flusso dove vengono eseguite nel tempo una serie di misure istantanee di portata con differenti altezze idriche, ricostruendo una scala di deflusso Sorgenti captate in corrispondenza di una bocca a stramazzo dove viene raccolto l intero flusso idrico sorgivo: (stramazzo rettangolare a pareti larghe, rettangolare a pareti sottili, triangolare, ecc.). Con le appropriate formule e l altezza idrica viene calcolato il valore della portata

11 MISURE DI LIVELLO IN CONTINUO Misure dei livelli idrici in continuo eseguite in corrispondenza di una sezione di flusso naturale Ubicazione dell acquisitore automatico Sorgente

12 MISURE DI LIVELLO IN CONTINUO Misure dei livelli idrici in continuo eseguite in corrispondenza di una sezione di flusso naturale: l acquisitore è alloggiato in un apposito contenitore di protezione

13 IDROGRAMMA ANNUALE DEI LIVELLI IDRICI SORGIVI Correlazione tra le precipitazioni e i livelli idrici di una sorgente. Si osserva la magra invernale, le prime piene primaverili legate alla fusione nivale, una importante piena legata alle abbondanti precipitazioni di giugno, la magra estiva e le blande piene estive ed autunnali. 0,8 0 5 Livello [m] Sorgente Pesio - dati orari Precipitazioni [mm] 0, ,4 20 Precipitazioni Livello 25 0, , gen gen gen feb feb feb mar mar mar apr apr apr mag mag mag giu giu giu lug lug lug ago ago ago set set set ott ott ott nov nov dic dic dic gen-08

14 PER CALCOLARE LA PORTATA IDRICA OCCORRE ESEGUIRE UNA SERIE DI ISURE MANUALI DELLA PORTATA IN DIFFERENTI CONDIZIONI IDRODINAMICHE

15 La misura della portata sorgiva in continuo viene ottenuta con la realizzazione di una scala di deflusso tra le portate puntuali misurate con il mulinello ed i dati dei livelli idrici acquisiti in continuo Portate manuali eseguite Portata [l/s] ,440 0,445 0,450 0,455 0,460 0,465 0,470 0,475 0,480 0,485 0,490 0,495 Corrispondenti livelli idrici Livello [m]

16 REALIZZAZIONE DELL IDROGRAMMA ANNUALE DELLE PORTATE IDRICHE SORGIVE L andamento dei livelli idrici e delle portate sorgive è molto simile ma soltanto con questi dati è possibile calcolare il tempo di dimezzamento della portata Portata [l/s] Sorgente Pesio - dati orari Precipitazioni [mm] Precipitazioni Portata gen gen gen feb feb feb mar mar mar apr apr apr mag mag mag giu giu giu lug lug lug ago ago ago set set set ott ott ott nov nov dic dic dic gen-08

17 NEI CANALI E POSSIBILE ESEGUIRE MISURE DI PORTATA IN CONTINUO MEDIANTE IL SISTEMA DI AREA VELOCITY

18 ATTRAVERSO LA REALIZZAZIONE DI BOCCHE A STRAMAZZO E POSSIBILE CALCOLARE DIRETTAMENTE IL VALORE DELLA PORTATA IDRICA

19 MISURAZIONE DELL ALTEZZA DEL LIVELLO IDRICO ACQUISITORE AUTOMATICO LIVELLI IDRICI ALTEZZA LIVELLO IDRICO SU BOCCA A STRAMAZZO

20 STRAMAZZO RETTANGOLARE A PARETI SOTTILI (BAZIN) CON MISURATORE DI LIVELLO

21 STRAMAZZO TRIANGOLARE ED ACQUISITORE AUTOMATICO

22 MISURATORE DI LIVELLI AD ULTRASUONI CON BOCCA A STRAMAZZO NON FUNZIONANTE NEI PERIODI CON PORTE ELEVATE

23 CALCOLO DELLA PORTATA SORGIVA ATTRAVERSO I DATI DI MONITORAGGIO DEI LIVELLI E LA FORMULA DELLO STRAMAZZO 110 cm Misura fornita dall acquisitore 29.5 cm 80 cm Sonda Multiparametrica H Valore calcolato da mettere nella formula Livello stramazzo Offset: 34,8 [cm] Misura sensore Saracinesca Valore 0 di riferimento Località (B. Vigna) Q= 0.385*L*H*(2gH) 1/2

24 Acquisizione dei dati di monitoraggio e realizzazione grafica della portata annua sorgiva. Individuazione della portata massima annuale 3000 Portata [l/s] Sorgente Dragonera mar mar apr mag mag giu giu lug lug ago ago set ott ott nov nov dic dic gen gen feb feb mar-08 Calcolo del tempo di dimezzamento della portata massima annuale: 1 giorno, quindi classe di vulnerabilità elevata (A) 3500 Portata [l/s] Sorgente Dragonera -dati ogni 2 ore Q max = 2600 l/s Q max /2 = 1300 l/s t/2 0 28/5/ /5/ /5/ /6/ /6/ /6/ /6/ /6/ /6/ /6/ /6/ /6/ /6/ /6/ /6/ /6/ /6/ /6/ /6/ /6/ /6/ /7/ /7/ /7/ /7/ /7/

25 PROBLEMATICHE LEGATE AL CALCOLO DEL TEMPO DI DIMEZZAMENTO DELLA PORTATA SORGIVA : ANDAMENTO ANNUALE DI UNA PORTATA SORGIVA CON UN VALORE MASSIMO LEGATO ALL APPORTO FUSIONE NIVALE-PIOGGE Sorgente Rio Martino - anno Precipitazioni Portata gen gen gen gen feb feb feb feb mar mar mar apr apr apr apr m ag m ag m ag m ag giu giu giu lug lug lug lug ago ago ago ago set set set ott ott ott ott nov nov nov nov dic dic dic gen-04

26 APPORTO LEGATO ALLA FUSIONE NIVALE (IN ROSSO) RISPETTO AI VALORI DELLA PRECIPITAZIONE NEVOSA /12/ /12/ /12/ /12/ /12/ /12/ /12/ /12/ /12/ /12/ /01/ /01/ /01/ /01/ /01/ /01/ /01/ /01/ /01/ /01/ /01/ /01/ /01/ /01/ /01/ /01/ /01/ /01/ /01/ /01/ /01/ /02/ /02/ /02/ /02/ /02/ /02/ /02/ /02/ /02/ Pluviometro riscaldato pluviom interrato valori corretti

27 Schema di un pluviografo interrato (misura il quantitativo di acqua legato alla fusione nivale)

28 Esempio di utilizzo non corretto del valore massimo annuale di portata per calcolare il tempo di dimezzamento 100 Livello [m] Sorgente Pesio 18 - dati orari Precipitazioni [mm] Precipitazioni Livello lug ago ago ago set set set ott ott ott nov nov nov dic dic dic gen gen gen feb feb mar mar mar apr apr apr mag mag mag giu giu giu lug lug lug-07 Calcolo del tempo di dimezzamento: 39 giorni, quindi classe di vulnerabilità media (C) Portata [l/s] Q max = 64.3 l/s 64,3 l/s Sorgente Pesio 18 - dati orari 32,15 l/s Q max /2 = 32.1 l/s 39 giorni t/ mag mag mag mag mag giu giu giu giu giu giu giu giu giu giu giu giu giu giu giu giu giu giu lug lug lug lug lug lug lug lug lug lug lug lug lug lug lug lug-07 Velocità di flusso calcolata con i traccianti: 30m/h quindi classe di vulnerabilità elevata (A)

29 PROBLEMATICHE LEGATE ALLE MODALITA DI ALIMENTAZIONE DI UN SISTEMA L area di alimentazione riceve gli apporti dall infiltrazione diffusa, da travasi e da infiltrazione concentrata (perdite in subalveo di corsi d acqua) Infiltrazione diffusa: legata alle precipitazioni piovose o alla fusione nivale Travasi: acquiferi secondari che cedono acqua al sistema Infiltrazione concentrata: legata alle acque di ruscellamento provenienti anche da zone non acquifere

30 AREA DI ALIMENTAZIONE Esempio di acquifero poroso alimentato dall infiltrazione diffusa e prevalentemente dall infiltrazione concentrata (perdite in subalveo di un corso d acqua superficiale) Infiltrazione diffusa: legata alle precipitazioni piovose o alla fusione nivale Infiltrazione concentrata: legata alle acque di ruscellamento provenienti anche da zone non acquifere

31 Esempio di variazioni di portata condizionata principalmente da perdite idriche in subalveo (acquifero in depositi alluvionali) con erronea valutazione della classe di vulnerabilità utilizzando il metodo del tempo di dimezzamento della portata Portata [l/s] Borello inferiore - dati orari Precipitazioni [ C] Precipitazioni Portata gen gen feb feb feb mar mar mar apr apr apr mag mag mag giu giu giu lug lug lug ago ago ago set set ott ott ott nov nov nov dic dic dic gen gen-08 Calcolo del tempo di dimezzamento: 9 giorni, quindi classe di vulnerabilità alta (B) 100 Portata [l/s] Borello inferiore - dati orari Q max = 78,5 l/s Q max /2 = 39,2 l/s 30 t/ /5/ /5/ /5/ /5/ /5/ /5/ /5/ /6/ /6/ /6/ /6/ /6/ /6/ /6/ /6/ /6/ /6/ /6/ /6/ /6/ /6/ /6/ /6/ /6/ /6/ /6/ /6/ /6/ /6/ /6/ /6/ /6/ /6/ /6/ /6/ /6/ /6/ /6/ /6/ /6/ /6/ /6/ /6/

32 Esecuzione di un test con traccianti /10/ /10/ /10/ /10/ /10/ /10/ /10/ /10/ /10/ /10/ /10/ /10/ /10/ /10/ /10/ /10/ /10/ /10/ /10/ /10/ /10/ /10/ /10/ /10/ Concentrazione Tinopal (ppb) 22/10/ /10/ /10/ /10/ /10/ /10/ /10/ /10/ /10/ /10/ /10/ /10/ /10/ /10/ /10/ Arrivo del tracciante in 58 minuti quindi classe di vulnerabilità elevata (A) Data (gg/m/aa hh.mm)

33 L utilizzo di ulteriori parametri di misura (es. temperatura dell acqua) evidenzia un comportamento particolare dell acquifero con una ricarica diretta e rapida legata alle perdite in subalveo Portata [l/s] Borello inferiore - dati orari Temperatura [ C] Portata Temperatura gen gen feb feb feb m ar m ar m ar apr apr apr m ag m ag m ag giu giu giu lug lug lug ago ago ago set set ott ott ott nov nov nov dic dic dic gen gen-08

34 SISTEMA DI MONITORAGGIO DELLA PORTATA LEGATA ALLA LENTA CIRCOLAZIONE NEL RETICOLO DI FRATTURE (Stazione Scientifica della Grotta di Bossea, Alpi Liguri)

35 CORRELAZIONE PORTATE PRECIPITAZIONI DI UNA VENUTA IDRICA LEGATA AD UNA CIRCOLAZIONE IN UN AMMASSO FRATTURATO. I test con traccianti indicano un tempo di arrivo del colorante in oltre 6 giorni mentre il picco di piena presenta un ritardo rispetto agli apporti di poche ore: tipico esempio di trasmissione delle pressioni idrauliche 120 PRECIPITAZIONI PORTATE 0,008 PRECIPITAZIONI [mm] ,007 0,006 0,005 0, /4/99 1/5/99 2/5/99 4/5/99 5/5/99 6/5/99 8/5/99 9/5/99 10/5/99 12/5/99 13/5/99 14/5/99 16/5/99 17/5/99 18/5/99 20/5/99 21/5/99 22/5/99 24/5/99 25/5/99 26/5/99 28/5/99 29/5/99 30/5/99 1/6/99 0,003 0,002 0,001 PORTATE [l/sec] 0

36 LE VARIAZIONI NEL TEMPO DI ALCUNI PARAMETRI CHIMICO-FISICI DELLE ACQUE, ISOCRONI ALLE VARIAZIONI DELLA PORTATA (TRACCIANTI NATURALI) POSSONO PORTALE UTILI INFORMAZIONI RELATIVE AL FUNZIONAMENTO DI UN ACQUIFERO: LA TEMPERATURA Facile da misurare Interazioni roccia-acqua regolate la leggi relativamente semplici: Scambi termici tra la roccia (bassa conduttività termica) e l acqua (elevata conduttività termica) condizionano la temperatura finale LA CONDUCIBILITA ELETTRICA Facile da misurare Intimamente legata alla mineralizzazione totale dell acqua Andamento simile a quello dei principali parametri chimici (concentrazione in bicarbonati, calcio, magnesio, ecc)

37 LE SONDE MULTIPARAMETRICHE E IL MONITORAGGIO IN CONTINUO Tra i diversi parametri chimico-fisici delle acque i valori della temperatura e della conducibilità elettrica sono i più facili da rilevare e possono subire notevoli variazioni temporali in particolare durante gli episodi di piena. Le sonde multiparametriche misurano ad intervalli di tempo programmabili (in genere 1 ora) i valori dei livelli idrici, della temperatura e della conducibilità elettrica delle acque. Lo scarico dei dati viene in genere effettuato ogni tre mesi ed accompagnato dalle misure di pulizia e taratura della strumentazione. I dati possono essere anche inviati ad un centro di raccolta via modem o cellulare (in questo caso occorre installare un pannello di alimentazione ausiliaria) TUTTI GLI APPARECCHI DEVONO SEMPRE ESSERE CONTROLLATI ATTRAVERSO LE MISURE MANUALI DI TARATURA!!

38 SONDA MULTIPARAMETRICA GREESPAN E

39 SONDA MULTIPARAMETRICA STS E

40 TIPOLOGIA DELLA RISPOSTA IDROGEOCHIMICA La circolazione delle acque sotterranee in assenza di apporti infiltrativi viene sostenuta dalla lenta cessione dei settori meno permeabili verso le vie di drenaggio principali (temperatura e mineralizzazione stabile e in equilibrio con l ammasso roccioso)

41 TIPOLOGIA DELLA RISPOSTA IDROGEOCHIMICA In seguito ad apporti infiltrativi entrano nel sistema le acque neoinfiltrazione di Acque poco mineralizzate e con temperature variabili a secondo della stagione

42 TIPOLOGIA DELLA RISPOSTA IDROGEOCHIMICA In un acquifero dotato di una elevata permeabilità e con assenza di una zona satura (vulnerabilità molto elevata) le acque di neoinfiltrazione arrivano velocemente alla sorgente (netta diminuzione della mineralizzazione ed evidenti variazioni della temperatura). TIPO DI RISPOSTA: SOSTITUZIONE Tempo

43 PARAMETRO PORTATA IDRICA: notevoli variazioni della portata in relazione agli apporti infiltrativi (indice di variabilità del flusso idrico molto elevato) (Sistema con elevata organizzazione di flusso: Sorgente delle Fuse, acquifero altamente carsificato) Portata [l/s] Sorgente Fuse - dati orari Precipitazioni [mm] Precipitazioni Portata gen gen gen feb feb mar mar mar apr apr mag mag mag giu giu lug lug ago ago ago set set ott ott ott nov nov dic dic dic-05

44 PARAMETRO TEMPERATURA DELLE ACQUE SORGIVE: notevoli variazioni annuali (Sistema con elevata organizzazione di flusso: Sorgente delle Fuse, acquifero altamente carsificato) 1500 Portata [l/s] Sorgente Fuse - dati orari Temperatura [ C] Portata Temperatura gen gen gen feb feb mar mar mar apr apr mag mag mag giu giu lug lug ago ago ago set set ott ott ott nov nov dic dic dic-05

45 PARAMETRO CONDUCIBILITA ELETTRICA DELLE ACQUE SORGIVE: : tipica risposta a sostituzione (Sistema con elevata organizzazione di flusso: Sorgente delle Fuse, acquifero altamente carsificato) Portata [l/s] Sorgente Fuse - dati orari CE [µs/cm] Portata Conducibilità elettrica gen gen gen feb feb mar mar mar apr apr mag mag mag giu giu lug lug ago ago ago set set ott ott ott nov nov dic dic dic-05

46 PARAMETRO CONDUCIBILITA ELETTRICA DELLE ACQUE SORGIVE: : tipica risposta a sostituzione (Sistema con elevata organizzazione di flusso: Sorgente del Pesio, acquifero altamente carsificato)

47 PARAMETRO CONDUCIBILITA ELETTRICA DELLE ACQUE SORGIVE: : tipica risposta a sostituzione (Sistema con elevata organizzazione di flusso: Sorgente delle Fuse, acquifero altamente carsificato) Sorgente Fuse , , , ,000 50, ,000 01/08/ /08/ /08/ /08/ /08/ /08/ /08/ /08/ /08/ /08/ /08/ /08/ /08/ /08/ /08/ /08/ /08/ /08/ /08/ /08/ /08/ /08/ /08/ /08/ /08/ Portata [l/s] Conducibilità [ S/cm] Portata Conducibilità

48 PARAMETRO PORTATA IDRICA: notevoli variazioni della portata in relazione agli apporti infiltrativi (indice di variabilità del flusso idrico molto elevato) (Sistema con elevata organizzazione di flusso: Sorgente Balmetta, acquifero in conoide detritica) 50 0 Portata [l/s] Sorgente Balmetta - dati orari Precipitazioni [mm] Precipitazioni Portata gen gen feb feb feb mar mar apr apr mag mag mag giu giu lug lug lug ago ago set set set ott ott nov nov nov dic dic gen-08

49 PARAMETRO TEMPERATURA DELLE ACQUE SORGIVE: notevoli variazioni annuali (Sistema con elevata organizzazione di flusso: Sorgente Balmetta, acquifero in conoide detritica) 10 Portata [l/s] Sorgente Balmetta - dati orari Temperatura [ C] Portata Temperatura gen gen feb feb feb mar mar apr apr mag mag mag giu giu lug lug lug ago ago set set set ott ott nov nov nov dic dic gen-08

50 PARAMETRO CONDUCIBILITA ELETTRICA DELLE ACQUE SORGIVE: tipica risposta a sostituzione (Sistema con elevata organizzazione di flusso: Sorgente Balmetta, acquifero in conoide detritica) 50 Portata [l/s] Sorgente Balmetta - dati orari CE [µs/cm] Portata Conducibilità elettrica specifica gen gen feb feb feb mar mar apr apr mag mag mag giu giu lug lug lug ago ago set set set ott ott nov nov nov dic dic gen-08

51 TIPOLOGIA DELLA RISPOSTA IDROGEOCHIMICA In un acquifero con permeabilità non elevata, con ampia zona satura (vulnerabilità da alta a media), le acque di neoinfiltrazione rimobilizzano le acque presenti nell acquifero con conseguente aumento della mineralizzazione e della temperatura delle acque alla sorgente. TIPO DI RISPOSTA: PISTONAGGIO

52 PARAMETRO PORTATA IDRICA: notevoli variazioni della portata in relazione agli apporti infiltrativi (indice di variabilità del flusso idrico elevato) (Sorgente delle Dragonera, acquifero con carsificazione ridotta Sorgente Dragonera Portata [l/s] Precipitazioni [mm] Precipitazioni Portata gen gen gen feb feb mar mar mar apr apr mag mag mag giu giu lug lug ago ago ago set set ott ott ott nov nov dic dic dic-07

53 PARAMETRO TEMPERATURA DELLE ACQUE SORGIVE: variazioni annuali non elevate (Sorgente Dragonera, acquifero in calcari poco carsificati) 9, Portata [l/s] Sorgente Dragonera - dati ogni 2 ore Temperatura [ C] 8, ,0 7,5 Portata Temperatura , , , ,5 5, gen gen gen gen feb feb feb mar mar mar mar apr apr apr apr mag mag mag giu giu giu giu lug lug lug lug ago ago ago set set set set ott ott ott ott nov nov nov dic dic dic dic gen-05

54 PARAMETRO TEMPERATURA DELLE ACQUE SORGIVE: variazioni annuali non elevate (Polla Anatre, acquifero in calcari fratturati) Water level Water temperature Water level (m) 0,6 0,55 0,5 0,45 0,4 0, ,8 10,6 10,4 10,2 10 9,8 PIENE DI 9,6 FUSIONE NIVALE 9,4 9,2 Temperature ( C) 0,3 9 12/12/ /05/ /10/ /03/ /08/ /01/ /05/ /10/2003 Date (dd/mm/yy)

55 PARAMETRO CONDUCIBILITA ELETTRICA DELLE ACQUE SORGIVE: : tipica risposta a pistonaggio (Sistema con media organizzazione di flusso: Sorgente Dragonera, acquifero in calcari poco carsificati) Portata [l/s] Sorgente Dragonera - dati ogni 2 ore CE [µs/cm] Portata Conducibilità elettrica gen gen gen feb feb mar mar mar apr apr mag mag giu giu giu lug lug ago ago ago set set ott ott ott nov nov dic dic dic-04

56 PARAMETRO PORTATA IDRICA: ridotte variazioni della portata in relazione agli apporti infiltrativi (indice di variabilità del flusso idrico medio) (Sorgente del Tenda, acquifero con carsificazione ridotta Portata [l/s] Precipitazioni [mm] Sorgente del Tenda - dati orari Portata Precipitazioni gen gen gen feb feb feb mar mar mar apr apr apr mag mag mag giu giu giu lug lug lug ago ago ago set set set ott ott ott nov nov nov dic dic dic-06

57 PARAMETRO TEMPERATURA DELLE ACQUE SORGIVE: variazioni annuali ridottissime (Sorgente del Tenda, acquifero in calcari poco carsificati) Portata [l/s] Sorgente del Tenda - dati orari T [ C] Portata Temperatura gen gen gen feb feb feb mar mar mar apr apr apr mag mag mag giu giu giu lug lug lug ago ago ago set set set ott ott ott nov nov nov dic dic dic-06

58 PARAMETRO CONDUCIBILITA ELETTRICA DELLE ACQUE SORGIVE: : tipica risposta a pistonaggio (Sistema con media organizzazione di flusso: Sorgente Del Tenda, acquifero con carsificazione ridotta) Portata [l/s] Sorgente del Tenda - dati orari CE [µs/cm] Portata Conducibilità elettrica specifica (CE) gen gen gen feb feb feb mar mar mar apr apr apr mag mag mag giu giu giu lug lug lug ago ago ago set set set ott ott ott nov nov nov dic dic dic-06

59 TIPOLOGIA DELLA RISPOSTA IDROGEOCHIMICA In un acquifero con permeabilità medio-bassa e con una zona satura molto sviluppata (vulnerabilità bassa), le acque di neoinfiltrazione si spostano molto lentamente nella rete di drenaggio: alla sorgente si osserva nel tempo un blando aumento della portata mentre la mineralizzazione e la temperatura rimangono piuttosto costanti. TIPO DI RISPOSTA: OMOGENEIZZAZIONE

60 PARAMETRO PORTATA IDRICA: ridotte variazioni della portata in relazione agli apporti infiltrativi (indice di variabilità del flusso idrico basso) (Sorgente Ray, acquifero fratturato) Portata [l/s] Sorgente Ray - dati orari Precipitazioni [mm] Precipitazioni Portata gen gen gen feb feb mar mar apr apr apr mag mag giu giu giu lug lug ago ago ago set set ott ott ott nov nov dic dic gen gen-08

61 PARAMETRO TEMPERATURA DELLE ACQUE SORGIVE: ridottissime variazioni annuali (Sistema con bassa organizzazione di flusso: Sorgente Ray, acquifero fratturato) 20 Portata [l/s] Sorgente Ray - dati orari Temperatura [l/s] Portata Temperatura gen gen gen gen feb feb feb mar mar mar mar apr apr apr apr mag mag mag giu giu giu giu lug lug lug lug ago ago ago set set set set ott ott ott ott nov nov nov dic dic dic dic gen gen-08

62 PARAMETRO CONDUCIBILITA ELETTRICA DELLE ACQUE SORGIVE: : tipica risposta a omogenizzazione (Sistema con bassa organizzazione di flusso: Sorgente Ray, acquifero fratturato) Portata [l/s] Sorgente Ray - dati orari CE [µs/cm] Portata Conducibilità elettrica specifica gen gen gen gen feb feb feb mar mar mar mar apr apr apr apr mag mag mag giu giu giu giu lug lug lug lug ago ago ago set set set set ott ott ott ott nov nov nov dic dic dic dic gen gen-08

63 Problemi legati al mal funzionamento delle strumentazioni: errata ubicazione della sonda Sorgente Fuse , ,300 5,200 Portata [l/s] ,100 5,000 4,900 4,800 Temperatura [ C] 200 4,700 4, /08/ /08/ /08/ /08/ /08/ /08/ /08/ /08/ /08/ /08/04 14/08/ ,500 Portata Temperatura

64 ERRONEO POSIZIONAMENTO DELLA SONDA DI MISURA

65 DANNEGGIAMENTO DEI CAVI DI COLLEGAMENTO DA PARTE DI RODITORI

66 TARATURA DELLA STRUMENTAZIONE Nel tempo i sensori di livello, temperatura e conducibilità elettrica sono soggetti a derive del segnale: di fondamentale importanza è quindi la taratura trimestrale delle apparecchiature 300 CES [µs/cm] Sorgente Dragonera - dati ogni 2 ore Deriva del valore della conducibilità elettrica in 6 anni di acquisizioni feb apr mag giu lug set ott nov dic gen mar apr mag giu ago set ott nov gen feb mar apr giu lug ago set ott dic gen feb mar mag giu lug ago ott nov dic gen mar apr mag giu lug set ott nov dic feb mar apr mag lug ago set ott nov gen feb mar apr giu lug ago set ott-08 Portata [l/s] Sorgente Borello inferiore - dati orari 90 Deriva del valore dei livelli idrici in 3 anni di acquisizioni dic gen feb feb mar apr mag mag giu lug ago ago set ott nov nov dic gen feb feb mar apr mag mag giu lug ago ago set ott nov nov dic gen feb mar mar apr mag giu giu lug ago set set ott nov dic dic gen feb mar mar apr mag giu giu lug-07

67 TIPOLOGIE DI ACQUIFERI ESAMINATI Sistemi con elevata organizzazione di flusso Permeabilità EE-E Zona satura assente o molto ridotta Vigna, 2007 Sistemi con moderata organizzazione di flusso Permeabilità E Zona satura piuttosto sviluppata Vigna, 2007 Sistemi con bassa organizzazione di flusso Permeabilità M-B Zona satura molto estesa /

68 Ubicazione delle Sorgenti campione Torino Asti Sorgente di Rio Martino Fossano Cuneo Mondovì Sorgente Ray Sorgente Dragonera Sorgente Fontanas Sorgenti del Pesio Sorgente del Tenda Sorgente Balmetta Sorgente di Bossea Sorgente di Borello inferiore Sorgente del Laghetto del Marguareis Sorgente Fuse Sorgenti della Soma

69 TIPOLOGIE DI ACQUIFERI ESAMINATI SORGENTE Tipo di acquifero SORGENTE Tipo di acquifero Sorgente Balmetta Sorgente Borello inferiore Sorgente Laghetto Marguareis Sorgente Fontanas Poroso ad elevata permeabilità costituito da conoide detritica. Lo spessore della zona satura risulta abbastanza ridotto Poroso a permeabilità elevata costituito da depositi alluvionali di fondovalle. La zona satura presenta spessori limitati Poroso a permeabilità piuttosto elevata costituito da depositi morenici e detritici. Zona satura alquanto limitata Poroso ad elevata permeabilità impostato in depositi detriticoglaciali. Zona satura limitata Sorgente Fuse Sorgente Pesio Sorgente Pesio 18 Carbonatico con carsificazione molto elevata sia in superficie sia in profondità ed assenza di una zona satura tradizionale Carbonatico con carsificazione elevata sia in superficie sia in profondità ed assenza di una zona satura tradizionale. Fronte sorgivo con presenza di un troppopieno Carbonatico con carsificazione elevata sia in superficie sia in profondità e presenza di una ridotta zona satura.

70 TIPOLOGIE DI ACQUIFERI ESAMINATI SORGENTE Tipo di acquifero Sorgente Bossea Sorgente Rio Martino Carbonatico carsificato e fratturato con circolazione impostata in fratture e condotti carsici. Zona satura estesa Carbonatico piuttosto carsificato, coperto da un acquifero di tipo poroso che controlla il processo infiltrativo, rallentando le risposte alla sorgente. Zona satura assente SORGENTE Sorgente Ray Tipo di acquifero Carbonatico con circolazione impostata in fratture ed assenza di carsificazione profonda. Presenta una zona satura estesa Sorgente della Soma Carbonatico prevalentemente fratturato e notevole copertura detritica. La zona satura risulta poco estesa Sorgente Dragonera Carbonatico prevalentemente fratturato con zona satura piuttosto estesa e captazione in cavità carsica Sorgente del Tenda Carbonatico prevalentemente fratturato con una zona satura estesa e captazione in galleria drenante

71 TIPOLOGIE DEGLI ACQUIFERI ESAMINATI

72 Area di alimentazione di un acquifero con elevata carsificazione alimentante la Sorgente delle Fuse

73 Area di alimentazione di un acquifero con elevata carsificazione ed assenza di suolo alimentante le Sorgenti del Pesio

74 Area di alimentazione con presenza di inghiottitoi alimentante le Sorgenti del Pesio

75 Area di alimentazione di un sistema con elevata organizzazione di flusso (acquifero in depositi morenici e detriti grossolani alimentante la Sorgente dei Laghetti del Marguareis)

76 Area di alimentazione di un sistema con elevata organizzazione di flusso (acquifero in detriti grossolani alimentante la Sorgente Balmetta)

77 Area di alimentazione di un sistema con elevata organizzazione di flusso (acquifero in depositi alluvionali alimentante la Sorgente di Borello inferiore)

78 Area di alimentazione in depositi morenici sovrastanti l acquifero carbonatico alimentante la Sorgente di Rio Martino

79 Area di alimentazione della Sorgente Ray con potente copertura argillosa

80 Acquifero microfratturato alimentante la Sorgente Ray

81 INDIVIDUAZIONE DELLE AREE DI ALIMENTAZIONE DELLE SORGENTI CAMPIONE (AREA DI ALIMENTAZIONE DELLA SORGENTE DI BOSSEA)

82 Area di alimentazione della Sorgente di Rio Martino

83 Area di alimentazione della Sorgente di Tenda

84 Area di alimentazione della Sorgente dei Laghetti del Marguareis

85 Area di alimentazione della Sorgente Balmetta

86 INSTALLAZIONE DELLE SONDE MULTIPARAMETRICHE PRESSO LE SORGENTI CAMPIONE: in sorgenti captate (Sorgente di Tenda)

87 Installazione di strumentazione in sorgenti parzialmente captate Sorgente della Dragonera

88 Installazione di strumentazioni in sorgenti non captate Sorgenti del Pesio

89 Esecuzione di test con traccianti per calcolare La fluoresceina, le anche velocità a concentrazione del flusso ridotta, sotterraneo è molto visibile. Utilizzo della fluoresceina su sistemi acquiferi non captati Utilizzo del tinopal su sistemi acquiferi captati ad uso idropotabile

90 ACQUISITORI AUTOMATICI ACQUISITORE CAVO DI COLLEGAMENTO SONDA DI MISURA Gli acquisitori automatici di fluoresceina e tinopal permettono di eseguire una misura ad intervalli molto brevi (minuti) per tempi piuttosto lunghi

91 Calcolo delle velocità di flusso mediante la curva di restituzione del tracciante 8 7 Concentrazione [ppb] IN SITUAZIONE DI MAGRA: DOPO 5 GIORNI Velocita da 300 a 1500 m/giorno Tempo [s] IN SITUAZIONE DI PIENA: DOPO 1 GIORNO

92 Scarico dei dati con cadenza trimestrale e ricostruzione degli andamenti annuali o pluriannuali 300 Sorgente Dragonera Portata [m 3 /s] - T [ C] C.E. [µs/cm] Portata Temperatura Conducibilità elettrica dic gen gen gen gen feb feb feb mar mar mar mar apr apr apr apr mag mag mag giu giu giu giu lug lug lug lug ago ago ago set set set set ott ott ott ott nov nov nov dic dic dic dic gen gen gen gen feb-05

93 PERIODI DI MONITORAGGIO DELLE SORGENTI CAMPIONE Sorgente Inizio monitoraggio Fine monitoraggio Sorgente Balmetta Giugno 2006 Attualmente monitorata Sorgente di Borello inferiore Giugno 2006 Attualmente monitorata Sorgente di Bossea 1984 Attualmente monitorata Sorgente Dragonera Febbraio 2002 Attualmente monitorata Sorgente Fontanas Settembre 2006 Attualmente monitorata Sorgente Fuse Marzo 2004 Attualmente monitorata Sorgente del Laghetto del Marguareis Luglio 2006 Attualmente monitorata Sorgente del Pesio Luglio 2006 Attualmente monitorata Sorgente Pesio 18 Luglio 2006 Attualmente monitorata Sorgente Ray Marzo 2004 Attualmente monitorata Sorgente Rio Martino Aprile 2002 Attualmente monitorata Sorgente Soma Ottobre 2006 Attualmente monitorata Sorgente del Tenda Dicembre 2005 Attualmente monitorata Note Alcune interruzioni Alcune interruzioni Una interruzione Alcune interruzioni Una interruzione Una interruzione Alcune interruzioni Una interruzione Alcune interruzioni

94 ELABORAZIONE DI UNA NUOVA METODOLOGIA PER LA VALUTAZIONE DEL GRADO DI VULNERABILITA DI UN ACQUIFERO IL METODO VESPA: Vulnerability Estimation for Spring Protection Area Monitoraggio completo di una sorgente per almeno un anno idrologico dei parametri portata, temperatura, conducibilità elettrica con un intervallo di acquisizione oraria

95 Ingredienti dell indice VESPA Portata Q(t) Temperatura T(t) Conducibilità σ(t)

96 L indice VESPA V = c(ρ)β γ Tipo di funzionamento di una sorgente Temperatura Conducibilità sostituzione, pistonaggio, omogenizzazione

97 VESPA 1 Tipo di sorgente [ u( ρ) α ( ρ ] ρ c ( ρ ) = + u ) dove ρ è il coefficiente di correlazione tra portata e conducibilità ρ = t 0 0 Q t Q( t) σ ( t) dt ( t) dt t σ ( t) dt t 0 = 1 anno, α = 1/2, e u(t) è la funzione gradino di Heaviside

98 Nota: Il concetto di correlazione Qtà liquidi assunti Peso vestiti Temperatura stanza =1 ρ = 1 ρ = 0 ρ Volume traffico Correlazione positiva Correlazione negativa Correlazione nulla

99 Correlazione portata-conducibilità 1/2 Portata Conducibilità ρ =1 ρ = 1 ρ = 0 Pistonaggio Sostituzione Omogeneizzazione

100 Correlazione portata-conducibilità 2/2 Coefficiente di correlazione ρ [ u( ρ) α ( ρ ] ρ c ( ρ ) = + u ) 0 c( ρ) 1

101 VESPA 2 -- Temperatura β = T max T 1 C min 2 T max : valore massimo della temperatura nell anno T min : valore minimo della temperatura nell anno β Variabilità della temperatura

102 VESPA 3 -- Portata γ = Qmax Q Q m min Q max : valore massimo della portata nell anno Q min : valore minimo della portata nell anno Q m è la portata media 1 t = 0 Q Q( t ) dt m t 0 0 γ Variabilità della portata

103 RISULTATI DEI SINGOLI INDICI E INDICATORE DI VULNERABILITA SORGENTE Indice ρ Indice β Indice γ Indicatore V Classe di vulnerabilità Sorgente Ray Bassa Sorgente del Tenda Bassa Sorgente Dragonera Media Sorgente Bossea Media Sorgente Rio Martino Media Sorgente del Laghetto del Marguareis Alta Sorgente del Pesio Elevata Sorgente della Soma Elevata Sorgente Balmetta Elevata Sorgente Borello inferiore Elevata Sorgente Pesio Elevata Sorgente Fuse Elevata Sorgnete Fontanas Elevata

104 Indicatore di vulnerabilità V = [u(-ρ) + αu(ρ)] ρ βγ L indicatore di vulnerabilità V dell acquifero viene definito sulla base del calcolo dei tre indici dei parametri monitorati. Gli intervalli dell indicatore di vulnerabilità e le relative classi di vulnerabilità all inquinamento di un acquifero sono stati definiti attraverso studi idrogeologici molto dettagliati su differenti sistemi acquiferi. In seguito alla definizione delle classi di vulnerabilità, vengono poi delimitate le aree di salvaguardia secondo quanto indicato dal Regolamento Regionale 11 dicembre 2006 N.15/R Classe di vulnerabilità intrinseca Indicatore di vulnerabilità (V) Basso V 0.1 Medio 0.1 < V 1 Alto 1 < V 10 Elevato V > 10

105 Per valutare l attendibilità del metodo sono stati ulteriormente elaborati i dati orari di portata, temperatura e conducibilità elettrica specifica, relativi ad un intervallo di un anno, della Sorgente del Tenda. L intero periodo di registrazione (circa 3 anni) è stato scansionato usando una finestra di un anno di dati, shiftando ora per ora tutti i dati disponibili (26280). Il grafico ottenuto da tale analisi (figura 7.1) ha fornito un risultato interessante in quanto l indicatore di vulnerabilità ricavato rientra in un campo compreso tra 0.02 e Tali valori evidenziano come, pur utilizzando anni e periodi caratterizzati da situazioni idrogeologiche differenti, si ottengano risultati molto simili tra loro.

106 CONFRONTO PER OGNI SORGENTE CAMPIONE DEI RISULTATI OTTENUTI CON LE DIVERSE METODOLOGIE: Studio idrogeologico completo Calcolo della velocità di deflusso attraverso test con traccianti 350 Portata [l/s] Sorgente del Tenda - dati orari Q max = l/s 300 Calcolo del tempo di dimezzamento Q max/2= l/s della portata massima annuale t/ m a r m a r m a r a p r a p r a p r a p r a p r a p r a p r a p r m a g m a g m a g m a g m a g m a g m a g g iu g iu g iu g iu g iu g iu g iu lu g lu g lu g lu g lu g lu g lu g lu g a g o a g o a g o a g o a g o a g o a g o s e t s e t s e t s e t Q [l/s] - T [ C] - Precip [mm] Sorgente Balmetta - dati orari CE [µs/cm] Calcolo dell indice VESPA 10 Portata Temperatura Conducibilità elettrica specifica giu giu lug ago ago set ott nov nov dic gen gen feb mar mar apr mag mag giu lug lug ago set set ott nov dic dic gen feb feb mar apr apr mag giu giu lug ago ago set ott ott nov dic gen gen feb mar mar apr mag mag giu lug lug ago set set ott nov-09

107 Differenze della classe di vulnerabilità delle diverse sorgenti SORGENTE Classe di Vulnerabilità Studio idrogeologico Classe di Vulnerabilità Calcolo della velocità di deflusso Classe di Vulnerabilità Metodo del tempo di dimezzamento Classe di Vulnerabilità Metodo VESPA Sorgente Ray Bassa Bassa (Tipo D) Maggiore di 50 giorni Bassa Sorgente del Tenda Medio-bassa Bassa Bassa (Tipo D) 68 giorni Bassa Sorgente Dragonera Media Elevata (A) Concentrazione molto bassa Elevata (Tipo A) 1 giorno + 4 ore Media Sorgente Bossea Medio-alta Elevata Elevata (Tipo A) 1 giorno + 4 ore Media Sorgente Rio Martino Medio-alta Alta (B) Concentrazione molto bassa Elevata (Tipo A) 4 giorni + 16 ore Media Sorgente Lag. Marguareis Alta Alta (Tipo B) 13 giorni Alta Sorgente Pesio 18 Elevata Elevata (A) Concentrazione elevata Media (Tipo C) 39 giorni + 9 ore Elevata Sorgente Soma Alta Alta (Tipo B) 19 giorni Elevata Sorgente Balmetta Elevata Elevata (Tipo A) 2 giorni + 22 ore Elevata Sorgente Borello inf. Elevata Elevata (A) Alta (tipo B) Circa 9 giorni Elevata Sorgente Pesio Elevata Elevata (A) Concentrazione elevata Elevata (Tipo A) 8 ore Elevata Sorgente Fuse Elevata Elevata Alta Elevata (Tipo A) 10 ore Elevata Sorgente Fontanas Elevata Elevata (Tipo A) 2 giorni Elevata

108 CONCLUSIONI Il metodo VESPA utilizzando i parametri portata Temperatura Conducibilità elettrica delle acque permette una migliore valutazione della vulnerabilità all inquinamento degli acquiferi rispetto alle metodologie tradizionali. L analisi dei diversi parametri acquisiti con il monitoraggio permette di ottenere una maggiore oggettività del risultato non condizionato da scelte individuali. Il programma che permette l utilizzazione del metodo deve essere ancora semplificato per il suo uso comune anche per i non addetti ai lavori