ANALISI DEI MODELLI MATEMATICI DELLE ACQUE SOTTERRANEE E RACCOLTA DEI DATI PER UN SITO PILOTA MILESTONE DICEMBRE 2000

Transcript

1 Rapporto CESI A0/ Pag.1/3 Cliente: RICERCA DI SISTEMA Oggetto: ANALISI DEI MODELLI MATEMATICI DELLE ACQUE SOTTERRANEE E RACCOLTA DEI DATI PER UN SITO PILOTA MILESTONE DICEMBRE 2000 Ordine: CONTRATTO CESI 41/00060 Note: ESTERNA/AMB01/030 senza l'autorizzazione scritta del CESI questo documento può essere riprodotto solo integralmente N. pagine: 3 N. pagine fuori testo: 127 Data: 31 Dicembre 2000 Elaborato: ENEL.HYDRO-PIS A. Maffio, Verificato: CESI-AMB G. Pedroni, Approvato: CESI-AMB A. Pigini CESI Via R. Rubattino 54 Capitale sociale 17,1 miliardi Sezione Ordinaria Centro Elettrotecnico Milano - Italia interamente versato Tribunale Milano Sperimentale Italiano Telefono CCIAA di Milano n P.I. IT Giacinto Motta spa Fax Registro delle Imprese C.F di Milano n

2 Rapporto CESI A0/ Pag.2/3 Indice SOMMARIO... 3 ALLEGATO 1: ANALISI DEI MODELLI MATEMATICI DELLE ACQUE SOTTERRANEE E RACCOLTA DEI DATI PER UN SITO PILOTA Milestone Dicembre 2000 (Prot. CESI n. A0/043376) Autori: A. Maffio, ENEL Hydro Copyright 2001 by CESI. All rights reserved - Activity code 26153Q - ESTERNA Keywords: 12035F

3 Rapporto CESI A0/ Pag.3/3 STORIA DELLE REVISIONI Numero Data Protocollo Lista delle modifiche e/o dei paragrafi modificati revisione 0 31/12/00 A0/ Prima Emissione SOMMARIO L'attività presentata nel rapporto in allegato è stata svolta da ENEL Hydro. Tale attività si inserisce nell'ambito del progetto ESTERNA nell'ambito della Ricerca di Sistema. In particolare le attività svolte si inquadrano nell'attività 6 del Progetto ESTERNA: Previsione modellistica della qualità e quantità della risorsa idrica Tale attività comprende: la valutazione previsionale della qualità e della quantità della risorsa idrica a diverse scale, anche per ciò che riguarda le acque sotterranee, attraverso l applicazione di modelli matematici, la dove i dati disponibili e quelli ottenuti sperimentalmente si presenteranno incompleti e/o puntuali la valutazione, effettuata tramite l applicazione di modelli matematici, dell estensione delle aree interessate dal pennacchio termico di centrali termoelettriche, prendendo in considerazione una selezione mirata e significativa di casi studio costituiti da tipologie di centrali operanti in ambienti fluviali, marino costieri e estuariali. In tale contesto l'attività svolta da ENEL-Hydro e descritta in questo rapporto ha riguardato, da un lato, la raccolta e la analisi dei valori della piezometria e della concentrazione dei cloruri per il sito di La Spezia e, dall'altro lato, la analisi critica di modelli matematici disponibili per lo studio della quantità e qualità delle acque sotterranee.

4 ALLEGATO 1 ANALISI DEI MODELLI MATEMATICI DELLE ACQUE SOTTERRANEE E RACCOLTA DEI DATI PER UN SITO PILOTA Milestone Dicembre 2000 (Prot. CESI n. A0/043376) Autori: A. Maffio, ENEL Hydro

5 - Polo Idraulico e Strutturale Pag. 1 RICERCA DI SISTEMA ANALISI DEI MODELLI MATEMATICI DELLE ACQUE SOTTERRANEE Progetto MASO (Modellistica delle Acque SOtterranee) Attività A1 (Raccolta di informazioni e rilievo di dati) (Data collection and analysis) Attività B1 (Analisi dei modelli matematici) (Numerical Models review) MILESTONE DICEMBRE 2000 INDICE RINGRAZIAMENTI SOMMARIO INTRODUZIONE RACCOLTA ED ANALISI DEI DATI DEL SITO FONTI DI DOCUMENTAZIONE PER I DATI DATI DEL SITO DI LA SPEZIA Piezometria Concentrazione dei cloruri I MODELLI MATEMATICI DELLE ACQUE SOTTERRANEE FONTI DI DOCUMENTAZIONE PER MODELLI E SOFTWARE MODELLI E DIMENSIONI DEL SITO Scale spaziali Schematizzazioni 3D,2D,1D Criteri di scelta MODELLI DI FLUSSO SATURO/NON SATURO Modelli di flusso e idrogeologia del terreno MODELLI E NATURA DELL INQUINANTE Modelli per inquinanti in soluzione Modelli per inquinanti NAPL s Modelli per inquinanti in elevate concentrazioni ACCURATEZZA E FACILITA D USO DEI MODELLI Accuratezza dei modelli Facilità d uso ESEMPI DI MODELLI E DI SOFTWARE... 97

6 - Polo Idraulico e Strutturale Pag. 2 MOFAT BIOSCREEN BioSVE ITACA-GIS GMS v MODFLOW MODPATH MT3D-MS RT3D120 SEAM3D SEEP2D FEMWATER UTCHEM CONTINUAZIONE DEL PROGETTO Parole chiave: acque sotterranee, inquinamento Classifica: 061:61/J8 Circolazione: riservata CESI RINGRAZIAMENTI Si desidera ringraziare il dott. Giacomo Parati per la collaborazione prestata nello svolgimento dell attività.

7 - Polo Idraulico e Strutturale Pag SOMMARIO Nell ambito dell attività di Ricerca di Sistema svolta da Enel.Hydro-PIS per CESI, è in corso il progetto MASO che riguarda la previsione mediante modellistica numerica della quantità e qualità delle acque sotterranee. Il progetto MASO si inquadra nel tema della Compatibilità ambientale e le esternalità del sistema elettrico. Una prima parte del progetto ha riguardato l identificazione di siti pilota, il primo in provincia di La Spezia ed il secondo in provincia di Mantova rappresentativi, rispettivamente, di un applicazione a scala locale e di una a media scala. La presente relazione documenta le attività A1 e B1 previste dai milestone di dicembre 2000, i cui obiettivi sono: attività A1: Analisi e raccolta dei dati per un sito pilota. attività B1: Analisi critica dei modelli. Per l attività A1, sono stati raccolti ed analizzati i valori della piezometria e della concentrazione dei cloruri per il sito di La Spezia. I dati sono stati presentati sotto forma: di curve di isolivello, di isoconcetrazione e di time-history e georeferenziati rispetto alla mappa del sito. Per questa attività sono state utilizzate le misure raccolte nel corso di campagne di misura nel 1999 da Enel SRI-Area ambiente. Per l attività B1, sono stati analizzati criticamente i modelli matematici disponibili per lo studio della quantità e qualità delle acque sotterranee. I modelli sono stati valutati in base a differenti criteri come, la natura dell inquinante, le dimensioni del territorio in esame, la facilità di impiego, i software disponibili.

8 - Polo Idraulico e Strutturale Pag. 4 SUMMARY In the framework of the R&D activities promoted by the Italian Ministry of Industry and the Energy Authority, Enel.Hydro-PIS is being carrying out the project MASO to predict groundwater quantity and quality via mathematical modeling. The project MASO is related with the topic of Environmental compatibility and externality of the electric system. The first previous milestone of the project was to identify two sites, the first located in the province of La Spezia, the second site located in the province of Mantova the two sites representative, respectively, of a local scale and a medium scale application. Both sites are situated in the northern part of Italy. The goal of the second milestone and documented in this report, are the following: Activity A1: Data collection and analysis for a pilot test site Activity B1: Numerical models review In activity A1, measures of piezometric heads and pollutant concentration for the La Spezia site were collected and analyzed. Data are shown as contour line and timehistory. The available data would be then used in mathematical simulations. In activity B1, different mathematical models for the study of groundwater quantity and quality were assessed. Criteria for modeling evaluation were the nature of pollutant source, the site length scale, user-friendly features, software available.

9 - Polo Idraulico e Strutturale Pag INTRODUZIONE Enel.Hydro-PIS ha in corso di svolgimento una serie di progetti commissionati da CESI nel quadro delle attività di Ricerca di Sistema per il triennio L attività riguarda la Ricerca promossa dal Ministero dell Industria su disposizione dell Autorità dell Energia, e finanziata mediante apposita quota prevista per Legge sulla tariffazione dell energia elettrica venduta. Tra i temi affrontati dalla Ricerca di Sistema, è previsto quello della compatibilità ambientale e le esternalità del sistema elettrico. Relativamente ai corpi idrici, lo studio della compatibilità ambientale del sistema elettrico può essere condotto più efficacemente mediante una valutazione integrata della quantità e della qualità sia delle acque superficiali sia delle acque sotterranee presenti in un dato territorio. Tale approccio integrato risulta peraltro in sintonia con il recente D.Leg.vo 11 maggio 1999 n.152 che, ad esempio, prevede nell ambito del rilevamento dello stato di qualità dei corpi idrici la verifica dello stato qualitativo e quantitativo delle acque superficiali e sotterranee all interno di ciascun bacino idrografico (art.43,comma1). Nell ambito dello studio della compatibilità ambientale e dell esternalità del sistema elettrico della Ricerca di Sistema, CESI prevede lo sviluppo di uno strumento integrato di supporto per lo studio della quantità e qualità dei corpi idrici superficiali e sotterranei. Finalizzato alla realizzazione di tale strumento di supporto e alla messa a punto di una metodologia di impiego della modellistica numerica, Enel.Hydro-PIS ha in corso di svolgimento per CESI il progetto MASO (Modellistica delle Acque SOtterranee), che riguarda la previsione mediante modellistica numerica della quantità e qualità delle acque sotterranee. Una prima parte del progetto ha riguardato l identificazione di siti pilota, il primo in provincia di La Spezia ed il secondo in provincia di Mantova rappresentativi, rispettivamente, di un applicazione a scala locale e di una a media scala. L attività ha costituito il milestone giugno 2000 ed è stata documentata nella relazione Enel.Hydro-PIS n.5998.

10 - Polo Idraulico e Strutturale Pag. 6 La presente relazione documenta le attività svolte da Enel.Hydro-PIS e richieste dai milestone di dicembre 2000: attività A1: Analisi e raccolta dei dati per un sito pilota. attività B1: Analisi critica dei modelli. Per l attività A1, sono stati raccolti ed analizzati i valori della piezometria e della concentrazione dell inquinante per il sito di La Spezia. I dati sono stati presentati sotto forma: di curve di isolivello, di isoconcentrazione, di time-history, e georeferenziati rispetto alla mappa del sito. Per questa attività sono state utilizzate le misure raccolte da studi precedenti ed effettuate ex-novo da Enel SRI-Area ambiente nel corso del 1999 e documentate nella relazione Enel SRI-AMB-RF Per l attività B1, sono stati analizzati criticamente i modelli matematici disponibili per lo studio della quantità e qualità delle acque sotterranee. I modelli sono stati valutati sulla base di differenti criteri come, la modalità satura/non satura del flusso d acqua, la natura dell inquinante dell inquinante, le dimensioni del territorio in esame, la semplicità d impiego, i software disponibili. La relazione si articola nel seguente modo. Cap.3 Raccolta ed analisi dei dati Attività A1 Descrive quali sono i dati di interesse Cap.4 Fonti di documentazione per i dati Riporta le fonti da cui provengono i dati utilizzati Cap.5 Dati del sito di La Spezia Analisi dei dati del sito di La Spezia (piezometria e concentrazione cloruri) Attività B1 Cap.6 I modelli matematici delle acque sotterranee Introduce l impiego di modelli matematici per lo studio di quantità e qualità delle acque sotterranee Cap.7 Fonti di documentazione per i modelli Riporta i riferimenti bibliografici Cap.8 Modelli e dimensioni del sito Riporta la classificazione dei modelli in base al sito Cap.9 Modelli di flusso saturo/non saturo

11 - Polo Idraulico e Strutturale Pag. 7 Classificazione dei modelli in base alle caratteristiche di saturazione del terreno Cap.10 Modelli e natura dell inquinante Classificazione dei modelli in base alla natura dell inquinante Cap.11 Accuratezza e facilità d uso dei modelli Descrive alcune tematiche relative alla accuratezza e facilità d uso dei modelli Cap.12 Esempi di software Illustra alcuni esempi di implementazione di modelli numerici in software commerciali e non. Cap.13 Continuazione del progetto MASO Illustra gli step previsti per la continuazione del progetto

12 - Polo Idraulico e Strutturale Pag RACCOLTA ED ANALISI DEI DATI DEL SITO L impiego di modelli numerici per lo studio della quantità e qualità delle acque sotterranee, necessita di una base di dati misurati sul campo riguardanti il sito oggetto dello studio. I dati riguardano in particolare: 1) la litologia, l idrogeologia, l idrochimica del sito 2) la piezometria 3) la concentrazione degli inquinanti I dati del punto 1) comprendono un complesso di informazioni quali le caratteristiche dei terreni (tipo, permeabilità, eterogeneità), il tipo di acquifero (confinato o non), la natura della sorgente inquinante di interesse. Tali informazioni, sono state oggetto dell attività precedente svolta per il milestone giugno 2000 del progetto. Di fondamentale importanza, è la conoscenza della piezometria dell acquifero per quanto riguarda la quantità della risorsa idrica, e della concentrazione degli inquinanti per quanto riguarda la qualità. I dati di piezometria e di concentrazione sono rilevati in corrispondenza di pozzi, finestrati a differenti profondità, ubicati all interno e/o all esterno del sito da studiare. L impiego di tali dati consente di costruire un primo input di tentativo, consentendo di stimare un valore numerico per grandezze quali la permeabilità e la dispersività del terreno, le condizioni al contorno. Successivamente è possibile affrontare la fase della calibrazione, consistente nella modifica di alcuni parametri di input sino ad ottenere, entro un certo margine, valori simulati di piezometria e concentrazione degli inquinanti in accordo con le misure sperimentali. Una buona calibrazione costituisce un condizione necessaria per ottenere simulazioni affidabili per predire futuri scenari, per i quali non sono disponibili dati di confronto. La raccolta e l analisi della piezometria e della concentrazione dell inquinante per uno dei siti pilota già identificati, il sito di La Spezia, costituisce l oggetto dei successivi capitoli.

13 - Polo Idraulico e Strutturale Pag FONTI DI DOCUMENTAZIONE PER I DATI L origine dei dati di piezometria e di concentrazione degli inquinanti riportati nel presente rapporto è costituita dalla base di dati raccolta da Enel SRI-Area ambiente nel corso del In particolare, è stata utilizzata la seguente relazione tecnica. Sito di La Spezia Garavaglia R., Maran S., Stigliano G.P. (1999): Indagini ambientali relative al recupero dei bacini ceneri della centrale di La Spezia, Rapporto Finale ENEL-SRI-AMB

14 - Polo Idraulico e Strutturale Pag DATI DEL SITO DI LA SPEZIA 5.1 Piezometria Per il sito di La Spezia è disponibile la piezometria, espressa in m.s.m., misurata in 21 pozzi 1 caratterizzati da differenti profondità di finestratura (vedi tabella seguente). x y pozzo febbraio marzo aprile maggio giugno luglio agosto settembre ottobre novembre A A n.d A n.d A A A6 n.d A7 n.d B n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. n.d BP n.d E n.d E E n.d S S n.d. n.d. n.d S V V b b 5.71 n.d. n.d. n.d. n.d. n.d n.d. n.d. n.d b n.d T n.d. = non disponibile. Tabella 1 - Livelli di elevazione della tavola d acqua (m.s.l.m.) misurati durante il I dati si riferiscono a campagne fatte con cadenza mensile a partire dal febbraio 1999 al novembre 1999, per un totale quindi di n.10 set di dati. 1 In realtà le misure disponibili riguardano 35 pozzi. Tuttavia, sulla base di una serie di considerazioni sulla significatività delle misure (tipo falda intercettata, posizione del pozzo, ecc.), sono stati ritenuti validi solo i rilievi di 21 pozzi.

15 - Polo Idraulico e Strutturale Pag. 11 Interpolazione delle misure Per ricostruire una stima della piezometria a partire dalle misure disponibili ai pozzi, si utilizza un algoritmo di interpolazione. La scelta dell algoritmo deve tenere in conto che la grandezza in esame (livelli piezometrici) variano nello spazio, non in modo puramente casuale ma presentano un certo grado di correlazione. Esistono differenti tecniche per interpolare i dati: tra questi uno dei metodi più utilizzati è il kriging. Nel seguito si è utilizzato il kriging implementato nel software commerciale Surfer. Kriging, necessita in input la definizione di un variogramma. Tale compito richiede un analisi complessa dei dati e l assunzione di decisioni da cui dipendono fortemente il risultato finale dell interpolazione: per tale motivo, laddove non espressamente specificato, per la definizione della piezometria si è utilizzato il variogramma (e i relativi parametri) di default di Surfer, che in molte situazioni consentono di ottenere un interpolazione soddisfacente. Curve isopieze Utilizzando Surfer e il kriging, sono state costruite le curve isopieze (espresso in m.s.m.). Tali curve sono state sovrapposte sulla carta geografica del sito in modo da ottenere delle mappe georeferenziate, in modo da potere valutare l andamento delle isopieze rispetto alla posizione dei bacini ceneri e della centrale ENEL. Nelle figure che seguono sono illustrati gli andamenti della piezometria per ciascuno dei mesi analizzati. L estensione delle isopieze ottenute con l interpolazione copre anche parte delle zone montuose poste a contorno della valle pianeggiante in cui è presente la falda principale. In tali zone tuttavia, non esistono dati misurati, pertanto i valori delle isopieze ritenute significative sono quelle poste all interno delle due linee verdi inserite nelle mappe. Il gradiente idraulico medio della falda è orientato circa parallelamente a tali linee, da cui risulta che lo scorrimento della falda è prevalentemente orientato da sud-est verso nord-ovest, per poi piegare verso ovest (a valle della centrale ENEL) in direzione del mare. Rispetto alla direzione principale di scorrimento della falda, si possono notare due zone con un andamento particolare. La prima zona, posta a monte dei depositi ceneri, evidenzia dei valori relativamente più elevati della tavola d acqua, come rilevato dai piezometri A1 e A2. Tale fatto potrebbe essere causato da un lato dal flusso idrico sotterraneo proveniente dalla valle che si immette da sud (in corrispondenza dell abitato di Pomara) nel Piano di Pitelli, e dall altro lato per la presenza di un battente idraulico nei bacini ceneri (acqua confinata all interno degli argini dei bacini).

16 Figura 1 - Isopieze di Febbraio Polo Idraulico e Strutturale Pag. 12

17 Figura 2 - Isopieze di Marzo Polo Idraulico e Strutturale Pag. 13

18 Figura 3 - Isopieze di Aprile Polo Idraulico e Strutturale Pag. 14

19 Figura 4 - Isopieze di Maggio Polo Idraulico e Strutturale Pag. 15

20 Figura 5 - Isopieze di Giugno Polo Idraulico e Strutturale Pag. 16

21 Figura 6 - Isopieze di Luglio Polo Idraulico e Strutturale Pag. 17

22 Figura 7 - Isopieze di Agosto Polo Idraulico e Strutturale Pag. 18

23 Figura 8 - Isopieze di Settembre Polo Idraulico e Strutturale Pag. 19

24 Figura 9 - Isopieze di Ottobre Polo Idraulico e Strutturale Pag. 20

25 Figura 10 - Isopieze di Novembre Polo Idraulico e Strutturale Pag. 21

26 - Polo Idraulico e Strutturale Pag. 22 Una seconda zona, posta a sud della centrale ENEL, presenta la deformazione delle isopieze dando luogo ad un minore gradiente di livello passando dal pozzo A4 al pozzo V3. Questo comportamento potrebbe essere messo in relazione con la presenza dell effetto di maggiore drenaggio dovuto al terreno di riporto permeabile (sabbia) utilizzato dei riempimenti dello scavo del canale di adduzione acqua di raffreddamento della centrale, quest ultimo orientato proprio in direzione dei pozzi A4 e V3. Andamento stagionale dei livelli di falda Organizzando le misure di livello ai pozzi sotto forma di time-history, è possibile illustrare l andamento stagionale della falda. Per maggiore chiarezza d interpretazione, sono stati raggruppati i livelli relativi a pozzi adiacenti. L analisi dei grafici mostra un escursione del livello maggiore a monte dei bacini ceneri (fino a 4 metri) rispetto a valle dello stesso (anche inferiore al metro). E anche possibile mettere in luce la ricarica della falda, in modo più evidente a monte dei bacini, nei mesi di aprile e di ottobre. Analizzando gli andamenti dei livelli per ciascun gruppo di pozzi adiacenti, inoltre, si nota una certa omogeneità delle misure ( a parte quella rilevata nel pozzo S2 a febbraio). Riguardo agli andamenti meteorici, si evidenziano l aumento di intensità nel mese di ottobre come messo in luce dalla registrazione delle precipitazioni (rilevate giornalmente mediante pluviometro posto all interno della centrale ENEL) e dal cambio di pendenza della curva di tendenza della pioggia cumulata. Livelli piezometrici misurati (acquifero profondo) 12 m.s.m Jan-99 feb-99 mar-99 apr-99 mag-99 giu-99 lug-99 ago-99 set-99 ott-99 nov-99 dic-99 BP B5 E2 E4 Figura 11 - Andamento stagionale della piezometria.

27 - Polo Idraulico e Strutturale Pag. 23 Livelli piezometrici misurati (acquifero profondo) Jan-99 feb-99 mar-99 apr-99 mag-99 giu-99 lug-99 ago-99 set-99 ott-99 nov-99 dic-99 T2 A1 A2 E1 Livelli piezometrici misurati (acquifero profondo) jan-99 feb-99 mar-99 apr-99 mag- 99 giu-99 lug-99 ago-99 set-99 ott-99 nov-99 dic-99 A5 103b 101b 104b Livelli piezometrici misurati (acquifero profondo) jan-99 feb-99 mar-99 apr-99 mag-99 giu-99 lug-99 ago-99 set-99 ott-99 nov-99 dic-99 S1 S2 S3 A6 Figura 12 - Andamento stagionale della piezometria.

28 - Polo Idraulico e Strutturale Pag. 24 Livelli piezom etrici m isurati (acquifero profondo) m.s.m jan-99 feb-99 mar-99 apr-99 mag-99 giu-99 lug-99 ago-99 set-99 ott-99 nov-99 dic-99 A4 A3 V3 V4 A7 Figura 13 - Andamento stagionale della piezometria. Figura 14 - Andamento stagionale delle precipitazioni. 5.2 Concentrazione dei cloruri Lo stato di qualità della falda sotterranea, può essere ricostruito sulla base delle misure di concentrazioni degli inquinanti rilevate ai pozzi dell area in esame. In particolare, ai fini della presente attività sono stati prese in esame le concentrazioni dei cloruri espresse in mg/l.

29 - Polo Idraulico e Strutturale Pag. 25 Interpolazione delle misure Anche in questo caso, per produrre le mappe con le curve di isoconcentrazione è stato necessario utilizzare la tecnica del kriging quale strumento di interpolazione. Per la costruzione della mappe areali (piani orizzontali) è stato utilizzato il variogramma lineare senza anisotropia. Per l interpolazione dei dati, sono stati trattati separatamente i pozzi a monte ed a valle della sorgente inquinante. Per la costruzione dell andamento della concentrazione in una sezione verticale, invece, è stata attivata l anisotropia con slope=0 e anisotropy=5) in modo da essere più aderenti alla realtà fisica del fenomeno di trasporto di inquinante. Tutte le interpolazioni e le visualizzazioni sono state effettuate con il software commerciale Surfer. Curve di isoconcentrazione I dati disponibili riguardano sostanzialmente due aree poste rispettivamente a monte ed a valle della sorgente dei cloruri 2 (bacini ceneri, vedi figura successiva). La costruzione delle curve di isoconcentrazione (espressa in mg/l) nel piano orizzonatale mette in luce che a monte della sorgente lo stato di qualità dell acqua di falda (per quanto riguarda i cloruri) rientra nei parametri del DPR 236/88 che indica una CMA di 200 mg/l. In prossimità della sorgente sia a monte che a valle, invece, i valori misurati dei cloruri superano fino a due ordini di grandezza (11160 mg/l nel pozzo C2) il valore di CMA. Gli andamenti della concentrazione si presentano circa concentrici rispetto ai bacini ceneri. A monte, in cui la presenza di un gradiente di cloruri in senso contrario al moto medio della falda può essere dovuto al battente idraulico (di circa 10 metri) esistente nel bacino ceneri rispetto alla falda circostante, come già evidenziato con le isopieze. Sia a monte che a valle, l andamento dei cloruri appare essere correlato con l acqua di mare (concentrazione cloruri circa 20,000 mg/l) utilizzata per la movimentazione delle ceneri di carbone. L andamento dei cloruri nella sezione verticale passante per alcuni dei pozzi posti a valle dei bacini ceneri, mostra la presenza di due pennacchi uno superficiale ed uno più profondo separati da una zona di minore dispersione. Tale andamento si giustifica tenendo conto della probabile presenza nel terreno di un acquicludo 3 (orizzonte a bassa permeabilità, costituito da depositi fini in prevalenza limo) posto ad una distanza dal piano campagna variabile tra i 5 e i 20 metri. 2 Si osserva che lo ione cloruro può essere considerato come conservativo cioè non subisce trasformazioni chimiche in fase liquida e non viene significativamente adsorbito alla matrice solida del terreno. L unico effetto di diluizione è quindi dovuto alla dispersione a seguito della struttura porosa del terreno e delle eterogeneità.

30 - Polo Idraulico e Strutturale Pag. 26 L acquicludo, quindi, separa la falda superficiale freatica di minore importanza ed a carattere stagionale, dalla falda principale confinata sottostante, dando così origine ai due pennacchi. La distribuzione dei cloruri nella zona a valle adiacente ai depositi presenta le maggiori concentrazioni nei pozzi più profondi coerentemente con il fatto che l acqua con maggiore contento salino è più pesante dell acqua dolce e quindi tende a cadere nella parte inferiore della falda. Figura 15 - Sito di La Spezia (i depositi ceneri sono racchiusi nella linea gialla). 3 Dal punto di vista idrogeologico, l acquicludo è una formazione che contiene acqua (talvolta in quantità notevoli) ma non è in grado di trasportarne significative quantità. L acquitardo, è una formazione a carattere stratiforme, che presenta una permeabilità inferiore rispetto all acquifero in cui è inserita. Si può comportare come una membrana semi-impermeabile, che consente il trasporto dell acqua prevalentemente in direzione verticale.

31 - Polo Idraulico e Strutturale Pag. 27 Figura 16 - Distribuzione dei cloruri a valle del bacino ceneri. Figura 17 - Distribuzione dei cloruri a monte del bacino ceneri.

32 - Polo Idraulico e Strutturale Pag. 28 Figura 18 - Distribuzione dei cloruri nella sezione verticale passante per i pozzi evidenziati nel rettangolo rosso.

33 - Polo Idraulico e Strutturale Pag I MODELLI MATEMATICI DELLE ACQUE SOTTERRANEE La gestione e lo studio delle acque sotterranee in termini di quantità e qualità può avvalersi proficuamente dell impiego di uno strumento di supporto alle decisioni. Gli strumenti utilizzati possono riguardare differenti aspetti e problemi della tematica in esame, quali: analisi di rischio aspetti tossicologici e proprietà degli inquinanti GIS per l organizzazione e la visualizzazione di dati georeferenziati al terrirorio Previsione del destino e trasporto degli inquinanti in falda Si osserva che alcuni strumenti possono essere anche di tipo integrato, cioè in grado a trattare contemporaneamente più aspetti. Ad esempio, il destino e trasporto degli inquinanti può essere integrato con un GIS, oppure la destinazione d uso del territorio può essere integrata con la valutazione del trasporto di inquinanti in modo, da produrre mappe di rischio associate all area in esame. Il destino e il trasporto degli inquinanti, in particolare, è basato sull impiego di modelli matematici. Scopo di questo capitolo e di quelli successivi è di analizzare, classificare ed illustrare i modelli matematici utilizzati nello studio della quantità e qualità delle acque sotterranee. I modelli matematici, pure in presenza di misure sperimentali sul campo, offrono il vantaggio di fornire una previsione dell evoluzione dei fenomeni di inquinamento nel tempo, anche nelle zone di territorio non coperte dai sistemi di monitoraggio. L output di un modello è costituito, in generale, dalla previsione dell andamento spaziale e temporale del livello di falda e della concentrazione degli inquinanti 4. 4 Altre applicazioni della modellistica riguardante il sottosuolo possono riguardare, ad esempio, lo studio dei fenomeni di subsidenza del terreni, dei serbatoi geotermici (produzione di energia), dei giacimenti di gas e petrolio (attività estrattive). Tali modelli, tuttavia, non sono oggetto della presente attività.

34 - Polo Idraulico e Strutturale Pag. 30 Le caratteristiche dello specifico problema in esame possono, tuttavia, richiedere l indagine solamente di alcuni aspetti più significativi per il problema in esame, ad esempio dei soli livelli di falda (piezometria) qualora l interesse risieda in uno studio di quantità della risorsa idrica. A partire dagli anni 70, i modelli per le acque sotterranee sono stati modelli matematici, intendendo questi una rappresentazione in termini di equazioni ed algoritmi di una serie di fenomeni fisici e di ipotesi semplificative della realtà fisica 5. Le equazioni del modello possono essere di differente complessità, spaziando dalla semplice relazione analitica fino al sistema d equazioni differenziali alle derivate parziali (che non possiedono la soluzione analitica ma solo una soluzione numerica approssimata da ottenersi con opportuni algoritmi). L impiego di modelli matematici quale strumento per il supporto alle decisioni di problemi reali richiede l applicazione di una metodologia di lavoro, affinchè gli strumenti disponibili siano utilizzati in modo efficiente in termini di costi-benefici. Un esempio di tale metodologia è riportata in fig.19, in cui sono illustrati i differenti step da seguire in una applicazione reale di studio delle acque sotterranee mediante modello matematico. 5 Contrariamente ai problemi delle acque sotterranee, altre tematiche riguardanti la risorsa idrica, ad esempio i corsi d acqua superficiali, hanno visto l impiego anche di modelli sperimentali (modelli fisici), intendendo per questi una rappresentazione del problema reale mediante la costruzione in laboratorio di un modello in scala ridotta.