III. CARATTERISTICHE GRANULOMETRICHE E DI PERMEABILITÀ DELLA ZONA NON SATURA NEL TERRITORIO DI PIANURA DELLA REGIONE PIEMONTE

Transcript

1 III. CARATTERISTICHE GRANULOMETRICHE E DI PERMEABILITÀ DELLA ZONA NON SATURA NEL TERRITORIO DI PIANURA DELLA REGIONE PIEMONTE Bove A., Casaccio D., Destefanis E., De Luca D. A., Lasagna M., Masciocco L., Ossella L., Tonussi M. III.1 PREMESSA Al fine di valutare le caratteristiche granulometriche e di permeabilità della zona non satura della pianura Piemontese, sono state analizzate quasi 2000 stratigrafie ubicate su tutto il territorio di pianura. I terreni individuati da tali stratigrafie sono stati raggruppati in 8 classi litologiche descritte nel presente lavoro. Sono state, inoltre, elaborate una Carta degli spessori dei litotipi impermeabili nella zona non satura relativa al territorio di pianura della Regione Piemonte alla scala 1: e una Carta della permeabilità prevalente della zona non satura relativa al territorio di pianura della Regione Piemonte alla scala 1: III.2 COMPOSIZIONE GRANULOMETRICA DELLA ZONA NON SATURA NEL TERRITORIO DI PIANURA DELLA REGIONE PIEMONTE L insieme di dati e informazioni litologiche relative alla zona non Satura è stato identificato come punto terra. I punti terra sono dati puntuali riconducibili a stratigrafie di perforazioni, presenti nell archivio stratigrafico del Dipartimento di Scienze della Terra dell Università di Torino, condotte per diversi fini: pozzi ad uso acquedottistico; pozzi ad uso irriguo; pozzi ad uso idropotabile; pozzi ad uso industriale; piezometri; sondaggi geognostici. III.2.1 Valutazione della composizione granulometrica Al fine di eseguire una valutazione della composizione granulometrica nella zona non satura, sull area della pianura Piemontese è stata costruita una griglia a maglie quadrate di lato 1 Km contenente, ove disponibile, almeno un punto terra ; in presenza di maglie contraddistinte da assenza di dati, si è scelto di considerare più punti nelle celle adiacenti. III-1

2 Nelle maglie in cui erano presenti molti punti, sono stati scelti quelli caratterizzati da una maggiore affidabilità e dei quali fosse noto l utilizzo. Il grado di affidabilità è stato contrassegnato da un numero crescente da 1 a 4, dove 1 indica una stratigrafia molto affidabile e 4 una stratigrafia scarsamente affidabile. L affidabilità di una stratigrafia è stata considerata in base ad alcuni criteri, quali l utilizzo della perforazione, la cura nella descrizione delle litologie attraversate e la precisione dell ubicazione. L utilizzo ed il tipo della perforazione rientrano nel secondo parametro utilizzato per la scelta dei punti terra; in particolare si è data la preferenza, nell ordine, a sondaggi geognostici, piezometri, pozzi ad uso acquedottistici, pozzi ad uso idropotabile e, infine, a pozzi ad uso industriale e irriguo, caratterizzati da una profondità maggiore o uguale allo spessore della zona non satura. In questo modo, sono state scelte ed utilizzate 1925 stratigrafie per tutto il territorio di pianura. I terreni individuati da tali stratigrafie sono stati raggruppati in 8 classi litologiche descritte nel paragrafo successivo. III.2.2 Database relativo alla composizione granulometrica della zona non satura nel territorio di pianura della Regione Piemonte Le 1925 stratigrafie impiegate per descrivere il sottosuolo del territorio di pianura Piemontese sono state inserite in un database. Il database delle stratigrafie è stato suddiviso in due parti. La prima parte (uno stralcio è riportato in Tabella 1) raccoglie le informazioni generali delle stratigrafie: ogni dato stratigrafico è contraddistinto dalle coordinate U.T.M. X e Y, e dal nome del Comune di ubicazione. UTM_X UTM_Y COMUNE Alessandria Asti Benna Cuneo Novara Torino Vercelli Tabella 1: stralcio della prima parte del database comprendente le informazioni generali delle stratigrafie. La seconda parte del database (uno stralcio è riportato in Tabella 2) indica lo spessore della zona non satura espresso in metri, la caratterizzazione litologica e gli spessori dei livelli impermeabili riscontrati nella stratigrafia presa in esame. III-2

3 ZNS G1 G2 S1 S2 L A AC M Tabella 2: stralcio della seconda parte del database indicante lo spessore della Zona Non Satura (m), la caratterizzazione litologica e gli spessori dei livelli impermeabili (m). Per ogni dato stratigrafico utilizzato, si sono normalizzate le diverse litologie presenti nella zona non satura secondo la Tabella 3, e se ne sono determinati i singoli spessori. CODICE G1 G2 S1 S2 L A AC M LITOLOGIA Ghiaie e ghiaie sabbiose Ghiaie e sabbie siltose, ghiaie e sabbie argillose Sabbie pulite, sabbie e ghiaie Limi sabbiosi, argille sabbiose Limi, limi argillosi Argille, argille limose Arenarie e conglomerati non fessurati Marne Tabella 3: classi litologiche considerate e relativi codici. III.3 CARTA DEGLI SPESSORI DEI LITOTIPI IMPERMEABILI NELLA ZONA NON SATURA RELATIVA AL TERRITORIO DI PIANURA DELLA REGIONE PIEMONTE Nel presente lavoro si considerano litotipi impermeabili i materiali fini o cementati caratterizzati da una permeabilità sufficientemente bassa da costituire un significativo impedimento al movimento dell acqua di infiltrazione attraverso la zona non satura. Per la realizzazione della carta degli spessori dei litotipi impermeabili nella zona non satura relativa al territorio di pianura della Regione Piemonte, sono stati considerati essenzialmente i seguenti materiali fini: S2 L A AC M limi sabbiosi, argille sabbiose; limi, limi argillosi; argille, argille limose; arenarie e conglomerati non fessurati; marne. III-3

4 Lo spessore dei litotipi impermeabili della zona non satura è stato ricavato, in corrispondenza di ogni stratigrafia, dalla somma dei livelli delle litologie sopra riportate. La Carta degli spessori dei litotipi impermeabili nella zona non satura relativa al territorio di pianura della Regione Piemonte alla scala 1: è presentata in Allegato III.1. Uno stralcio della carta è riportato in Figura 1. III.3.1 Modalità di esecuzione La realizzazione della Carta degli spessori dei litotipi impermeabili della zona non satura è stata ottenuta attraverso l elaborazione di un grid. Il valore unico attribuito ad ogni cella deriva da un elaborazione geostatistica condotta a partire da una base di dati caratterizzati da un sistema di coordinate x, y, z, in cui z rappresenta la variabile in esame (spessore del materiale fine). L elaborazione è stata effettuata in ambiente GIS utilizzando come spaziatura della matrice, o griglia, un valore di 30 metri. Nella rappresentazione cartografica sono state utilizzate sei classi di spessori di litotipi impermeabili nella zona non satura (cfr.tabella 4): INTERVALLI DI SPESSORE (m) > 30 Tabella 4: classi di spessore dei litotipi impermeabili nella zona non satura. III.3.2 Descrizione della Carta degli spessori dei litotipi impermeabili nella zona non satura relativa al territorio di pianura della Regione Piemonte La distribuzione dei valori dello spessore dei litotipi impermeabili è strettamente legata alle caratteristiche geolitologiche del territorio regionale, nonché allo spessore totale della zona non satura. In generale, nei settori caratterizzati da depositi recenti e in cui i valori di soggiacenza sono bassi, lo spessore dei litotipi impermeabili nella zona satura rientra nell intervallo dei valori minimi; sulle aree di terrazzo, dove sono presenti coperture a matrice fine, e nei settori in cui la soggiacenza assume valori alti, lo spessore dei litotipi è maggiore rispetto al resto della pianura. Nell area di pianura fondamentale, lo spessore dei litotipi impermeabili nella zona non satura è inferiore a 5 metri, salvo alcune eccezioni locali; nelle zone degli Alti Terrazzi, al contrario, passa da valori di 10 metri fino a 30 metri. III-4

5 Più in dettaglio, uno spessore di metri di litotipi impermeabili è presente in quasi tutta la pianura Casalese e, più in generale, nel territorio della Provincia di Alessandria, in un settore della Provincia di Asti in sinistra orografica del Fiume Tanaro e nell area di pianura fondamentale del territorio Biellese e Cuneese. Anche nel settore settentrionale della Provincia di Torino, in parte della piana intramorenica di Ivrea, prevalgono tali spessori. La medesima situazione si riscontra nella pianura fondamentale della Provincia di Novara e nell area Vercellese, tranne che in corrispondenza del Rilievo Isolato di Trino in cui si raggiungono valori maggiori. Valori degli spessori dei litotipi impermeabili compresi nel range metri caratterizzano alcune aree nei dintorni della città di Alessandria, parte della fascia in destra orografica del Fiume Tanaro in Provincia di Asti, alcuni settori della pianura fondamentale della Provincia di Cuneo, l area centro-meridionale della Provincia di Torino e parte di quella settentrionale, oltre che parte della piana intramorenica di Ivrea. Anche in modeste aree delle Province di Novara e Vercelli, al raccordo tra la pianura fondamentale e la zona degli Alti Terrazzi, lo spessore dei litotipi impermeabili nella zona non satura è compreso in tale range di valori. Spessori maggiori (5-10 metri) si riscontrano nella pianura alessandrina occidentale, nella pianura Tortonese, nel settore Astigiano dell Altopiano di Poirino, nel settore di pianura a ovest di Cuneo e sugli Alti Terrazzi della Provincia Cuneese, in piccole porzioni del territorio centro meridionale della pianura Torinese, e su tutti i terrazzi rissiani e mindeliani presenti nelle Province di Biella, Vercelli e Novara. Gli Alti Terrazzi delle Province di Biella, Novara e Vercelli presentano spessori dei litotipi impermabili nella zona non satura compresi tra 10 e 20 metri; tale situazione si riscontra anche in limitati settori della pianura torinese, tra il T. Sangone e il F. Dora Riparia. In un piccolo settore di pianura Torinese tra il T. Sangone e il F. Dora Riparia, in Provincia di Biella, sui terrazzi Baraggia di Candelo e su quello in sinistra del T. Cervo, e nella parte sudoccidentale della pianura Cuneese, lo spessore dei litotipi impermeabili nella zona non satura raggiunge valori compresi tra 20 e 30 metri Infine, valori di spessore più elevati, superiori a 30 metri, si registrano nel Comune di Pombia, nel settore nord-orientale della pianura di Novara. In generale, nei settori caratterizzati da depositi grossolani e in cui i valori di soggiacenza sono bassi (0-10 metri), lo spessore dei litotipi impermeabili nella zona non satura è compreso tra 0 e 5 metri. Nelle aree di terrazzo, in zone caratterizzate da coperture scarsamente permeabili e nei settori in cui la soggiacenza assume valori più elevati, lo spessore dei litotipi impermeabili tende ad aumentare. III.4 CARTA DELLA PERMEABILITÀ PREVALENTE NELLA ZONA NON SATURA RELATIVA AL TERRITORIO DI PIANURA DELLA REGIONE PIEMONTE Per la realizzazione della Carta della permeabilità prevalente nella zona non satura della pianura Piemontese, si è deciso di utilizzare, come parametro di riferimento, la conducibilità idraulica equivalente verticale (Kz) della zona non satura: III-5

6 Figura 1. Carta spessori - Figura 1: stralcio della Carta degli spessori dei litotipi impermeabili nella zona non satura relativa al territorio di pianura della Regione Piemonte alla scala 1: III-6

7 Kz = D / (dg1 / KG1 + dg2 / KG2 +. dm / KM) dove D = spessore della zona non satura dg1 = spessore del livello litologico G1 KG1 = conducibilità idraulica della litologia G1 all interno dalla zona non satura. La Carta della permeabilità prevalente della zona non satura relativa al territorio di pianura della Regione Piemonte alla scala 1: è riportata in Allegato III.2. Uno stralcio della carta è riportato in Figura 2. III.4.1 Eterogeneità e anisotropia rispetto alla conducibilità idraulica I valori di conducibilità generalmente mostrano variazioni nello spazio entro una formazione geologica. Essi possono mostrare variazioni anche in funzione della direzione di misura. La prima proprietà è chiamata eterogeneità, la seconda anisotropia. III.4.1.1Omogeneità ed eterogeneità Se la conducibilità idraulica K è indipendente dalla posizione entro una formazione geologica, la formazione è omogenea e K(x,y,z) = Cost, altrimenti è eterogenea e K(x,y,z) Cost. La Figura 3 mostra, in sezione verticale, un esempio di eterogeneità per stratificazione, comune nei depositi sciolti quali quelli della zona non satura del territorio di pianura Piemontese. K1 K2 K3 K4 Figura 3: eterogeneità per stratificazione. Anche se i singoli strati che costituiscono la formazione hanno ciascuno un valore omogeneo di conducibilità idraulica K1, K2,.., l intero sistema può essere considerato eterogeneo. In realtà tutte le formazioni geologiche mostrano variazioni spaziali di K, per cui l omogeneità deve essere considerata in termini statistici: una formazione è omogenea quando, pur mostrando variazioni di conducibilità idraulica, mantiene una K media costante nello spazio. III-7

8 - Figura 2: stralcio della Carta della permeabilità prevalente della zona non satura relativa al territorio di pianura della Regione Piemonte alla scala 1: III-8

9 II Isotropia e anisotropia Se la conducibilità idraulica K, in un punto di un mezzo geologico, è indipendente dalla direzione di misura, il mezzo è isotropo in quel punto. Se la conducibilità idraulica K, in un punto di un mezzo geologico, varia a seconda della direzione di misura, il mezzo è anisotropo in quel punto. In una formazione isotropa, avremo che, in ogni punto (x, y, z): Kx = Ky = Kz. In una formazione anisotropa, al contrario, si avrà che: Kx Ky Kz. Se, come nel caso dei sedimenti deposti orizzontalmente: Kx = Ky Kz la formazione si dice isotropa trasversalmente. Per descrivere la natura della conducibilità idraulica di una formazione geologica, è necessario, quindi, classificarla in base all omogeneità e all isotropia. La Figura 4 mostra quattro combinazioni di queste caratteristiche. La lunghezza dei vettori è proporzionale ai valori di Kx e di Kz nei due punti (x1, z1) e (x2, z2). Omogeneo isotropo Omogeneo anisotropo kz (x2, z2) z (x1, z1) kx x Eterogeneo isotropo Eterogeneo anisotropo Figura 4: quattro possibili combinazioni per eterogeneità e anisotropia. La causa principale dell anisotropia a scala di dettaglio è connessa all orientazione dei minerali argillosi nelle rocce sedimentarie e nelle rocce sciolte. A scala più vasta, si può dimostrare che esiste una relazione tra la eterogeneità per stratificazione e l anisotropia. Si consideri la formazione stratificata di Figura 5. III-9

10 d d1 d2 K1 K2 ky.... kx. z dn Kn x Figura 5: ogni strato è omogeneo e isotropo con valori di conducibilità idraulica K1, K2,.., Kn ma, nel suo insieme, il sistema agisce come un unico strato omogeneo ma anisotropo. Ogni strato è omogeneo e isotropo con valori di conducibilità idraulica K1, K2,.., Kn. Si può dimostrare che, nel suo insieme, il sistema agisce come un unico strato omogeneo ma anisotropo. Si consideri a tale scopo il flusso perpendicolare alla stratificazione. La portata specifica v deve essere la stessa sia all ingresso sia all uscita del sistema. Sia h1 la perdita di carico attraverso il primo strato, h2 attraverso il secondo e così via. La perdita di carico totale è quindi: h = h1 + h hn e dalla legge di Darcy v = K1 h1/d1 = K2 h2/d2=. = Kn hn/dn= Kz h/d dove Kz è la conducibilità idraulica equivalente verticale per il sistema. Ponendo in evidenza Kz, si ottiene Kz = vd/ h = vd/( h1 + h hn) = vd/( vd1/k1 + v d2/k2 +. vdn/kn) Pertanto, per la realizzazione della carta della permeabilità prevalente nella zona non satura relativa al territorio di pianura della Regione Piemonte è stata utilizzata la seguente equazione: Kz = D/( dg1/ KG1 + dg2/ KG2 +. dm/ KM) dove D = spessore della zona non satura dg1 = spessore del livello litologico G1 KG1 = conducibilità idraulica della litologia G1 presente all interno dalla zona non satura. III-10

11 III.4.2 Modalità di esecuzione Come precedentemente illustrato, i terreni della zona non satura individuati dalle quasi 2000 stratigrafie utilizzate nel presente lavoro sono stati raggruppati in 8 classi litologiche; a ciascuna di esse è stato assegnato un valore di conducibilità idraulica ricavato da dati di letteratura (cfr. Tabella 5). LITOLOGIA Descrizione litologica Kz (m/s) G1 Ghiaie e ghiaie sabbiose G2 Ghiaie e sabbie siltose, ghiaie e sabbie argillose S1 Sabbie pulite, sabbie e ghiaie S2 Limi sabbiosi, argille sabbiose L Limi, limi argillosi A Argille, argille limose AC Arenarie e conglomerati non fessurati M Marne Tabella 5: classi di litologie considerate nella zona non satura e relativi valori di conducibilità idraulica kz (m/s). La Carta della conducibilità equivalente verticale della zona non satura è stata ottenuta attraverso elaborazione di un grid. L elaborazione è stata effettuata in ambiente GIS utilizzando come spaziatura della matrice, o griglia, un valore di 30 metri. Nella realizzazione della Carta della conducibilità equivalente sono state considerate separatamente l area di pianura fondamentale e le aree di Alti Terrazzi. Per la rappresentazione della Carta della permeabilità prevalente nella zona non satura relativa al territorio di pianura della Regione Piemonte sono state scelte le seguenti classi di valori della conducibilità idraulica equivalente verticale (cfr. Tabella 6) INTERVALLI DI VALORE DI K (m/s) Tabella 6: classi di valori della conducibilità idraulica equivalente verticale utilizzate nella Carta della permeabilità prevalente III.4.3 Descrizione della Carta della permeabilità prevalente nella zona non satura relativa al territorio di pianura della Regione Piemonte Osservando la Carta della permeabilità prevalente nella zona non satura relativa al territorio di pianura della Regione Piemonte, si nota come la zona non satura della pianura III-11

12 Piemontese sia caratterizzata per larga parte da valori di conducibilità idraulica equivalente verticale (KZ) compresi tra 10-3 m/s e 10-5 m/s. Nel settore settentrionale della pianura Piemontese, si rilevano i valori massimi di conducibilità idraulica equivalente verticale della zona non satura (>10-3 m/s). Tale situazione si riscontra lungo le fasce di pianura che bordano il corso del F. Dora Baltea, del T. Stura di Lanzo e dei Torrenti Malone ed Orco nella Provincia di Torino, lungo l alveo dei Torrenti Elvo, Cervo e dei Fiumi Sesia e Ticino rispettivamente nelle Province di Biella, Vercelli e Novara e, localmente, in piccole aree del settore meridionale della Provincia di Cuneo. Aree in cui la KZ della zona non satura assume valori medi, compresi tra 10-3 e 10-5 m/s, sono presenti nella pianura Casalese, nel settore meridionale della pianura di Alessandria, nella pianura fondamentale delle Province di Biella, di Cuneo, di Torino (soprattutto nel Canavese, in parte della piana intramorenica di Ivrea e sui terrazzi della Mandria e delle Vaude), di Novara e di Vercelli. Valori di conducibilità idraulica equivalente verticale della zona non satura minori, compresi tra 10-5 e 10-7 m/s, si riscontrano nel settore meridionale della pianura Casalese, lungo una fascia a nord dell abitato di Alessandria nel fondovalle Astigiano del F. Tanaro sull Altopiano di Poirino, in settori di terrazzi e in parte della pianura settentrionale di Cuneo, nel settore meridionale della pianura Torinese, in parte della piana intramorenica di Ivrea) e nella zona di Alti Terrazzi delle Province di Biella, di Novara e di Vercelli. Territori con valori minimi di conducibilità idraulica equivalente verticale della zona non satura, compresi nell intervallo tra 10-7 m/s e 10-9 m/s, si rilevano nella zona di pianura al confine tra la Provincia di Alessandria e quella di Asti, in un settore a est dell abitato di Alessandria, sull Altopiano di Poirino e sul terrazzo rissiano immediatamente a sud dell abitato di Novara. In generale, dal confronto delle altre carte tematiche, si può osservare che a valori di soggiacenza bassi, minori di 10 metri, e a settori di pianura caratterizzati in superficie da sedimenti ghiaioso-sabbiosi e sabbioso-ghiaiosi, con bassi spessori di materiali impermeabili, corrispondono valori di conducibilità idraulica equivalente verticale compresi tra 10-3 m/s e 10-5 m/s; dove, invece, si osserva un aumento dello spessore dei litotipi impermeabili nella zona non satura, associato spesso ad un aumento progressivo dei valori di soggiacenza, la conducibilità idraulica equivalente della zona non satura risulta più bassa, con valori variabili da 10-5 m/s a 10-7 m/s. III.5 CONCLUSIONI La conoscenza delle caratteristiche, sia granulometriche sia di permeabilità, della zona non satura risultano di fondamentale importanza nello studio della migrazione degli inquinanti idroveicolati dalla superficie topografica alla falda. Per tale motivo è stato analizzato un congruo numero di stratigrafie di pozzi per acqua, piezometri e sondaggi e le litologie sono state interpretate e codificate. Ai dati di composizione granulometrica è stato, poi, attribuito un valore medio di permeabilità. III-12

13 In generale è emerso che nei settori caratterizzati da depositi grossolani e con soggiacenza bassa (0-10 metri), lo spessore dei litotipi impermeabili nella zona non satura è compreso tra 0 e 5 metri. Nelle aree di terrazzo, in zone caratterizzate da coperture scarsamente permeabili e nei settori in cui la soggiacenza assume valori più elevati, lo spessore dei litotipi impermeabili tende ad aumentare. Inoltre si può osservare che a valori di soggiacenza bassi, minori di 10 metri, e a settori di pianura caratterizzati da sedimenti ghiaioso-sabbiosi e sabbioso-ghiaiosi, con bassi spessori di materiali impermeabili, corrispondono valori di conducibilità idraulica equivalente verticale compresi tra 10-3 m/s e 10-5 m/s; dove, invece, lo spessore dei litotipi impermeabili nella zona non satura è maggiore, situazione associata spesso ad un aumento dei valori di soggiacenza, la conducibilità idraulica equivalente della zona non satura risulta più bassa, con valori variabili da 10-5 m/s a 10-7 m/s. BIBLIOGRAFIA Castany G. (1982): Idrogeologia principi e metodi. Dario Flaccovio Editore, Palermo, 243 pp. Celico P. (1988). Prospezioni idrogeologiche. Liguori Editore, Napoli, 2 vol. Fetter C. W. (2001). Applied Hydrogeology. Prentice-Hall, Inc., New Jersey, 598 p. III-13