Precipitazione P = quantità d acqua che giunge al suolo Evapotraspirazione ETR = quantità d acqua che ritorna all atmosfera per evaporazione e

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1 VII IDROGEOLOGIA

2 CICLO IDROLOGICO Precipitazione P = quantità d acqua che giunge al suolo P = ETR+R+I Evapotraspirazione ETR = quantità d acqua che ritorna all atmosfera per evaporazione e traspirazione Ruscellamento R = quantità d acqua che scorre in superficie raggiungendo i fiumi, i laghi o il mare Infiltrazione I = quantità d acqua che si introduce nel terreno (percolazione) e raggiunge la falda acquifera

3 IDROGEOLOGIA Zona di Infiltrazione Falde sospese frattura Zona di percolazione Falda Zona di saturazione

4 ACQUE SOTTERRANEE Si organizzano in corpi idrici con caratteristiche differenti a seconda della natura delle rocce in cui si accumulano in rocce CRISTALLINE O SEDIMENTARIE (non soggette a fenomeni carsici): - circolano prevalentemente in fratture e discontinuità, - non costituiscono grandi serbatoi naturali (emergenze con scarse portate) in rocce SEDIMENTARIE interessate da DISSOLUZIONE CARSICA (calcari, dolomie e gessi): - circolano in fratture ma anche in cavità e condotti, allargati per dissoluzione, - costituiscono grandi serbatoi naturali (emergenze con buone portate) in DEPOSITI SCIOLTI: - circolano nei vuoti presenti tra un granulo e l altro, - costituiscono serbatoi naturali di notevole capacità, - sono soggette a scambi con acque superficiali.

5 ACQUIFERO Formazione di rocce permeabili in grado di contenere acqua estraibile. üpuò essere permeabile per porosità (sabbie, ghiaie), o per fratturazione (lave, graniti). ü Aree estremamente variabili da pochi ettari a migliaia di km 2, spessori da pochi metri a centinaia di metri. ü Velocità di movimento dell acqua all interno dell acquifero: da parecchi m/giorno (acquiferi carsici) a pochi cm/secolo (acquiferi molto poco permeabili).

6 TIPI DI ACQUIFERO üacquiferi permeabili per porosità In rocce caratterizzate da reti di pori interconnessi. Tipici di rocce sedimentarie (acquiferi alluvionali). Pori interconnessi dovuti a fenomeni di: degradazione (fisica o chimica), erosione (eolica, fluviale, glaciale, ecc.), sedimentazione (in ambiente marino o continentale) e diagenesi (costipamento, cementazione) che le particelle hanno subito (sabbie, arenarie, depositi alluvionali).

7 TIPI DI ACQUIFERO üacquiferi permeabili per fratturazione In rocce caratterizzate da reticoli di discontinuità (fratture) più o meno fitti. Tipici di rocce con moltissime micro- e macro-fratture che formano veri e propri canali comunicanti (Acquiferi carbonatici). frattura frattura frattura üacquiferi a permeabilità mista In rocce caratterizzate da pori interconnessi e da reticoli di discontinuità (acquiferi in piroclastiti, in dolomie).

8 LIMITI IDROGEOLOGICI Si distinguono in: - limiti di permeabilità - limiti di bacini sotterranei (spartiacque sotterranei) - limiti di bacini idrografici (spartiacque superficiali) - superfici di falda limite di bacino sotterraneo limite di bacino idrografico superficie di falda limite di permeabilità

9 LIMITI IDROGEOLOGICI Limiti di permeabilità Elementi geometrici (stratigrafici o tettonici) che condizionano la circolazione idrica sotterranea sbarrandola, impediscono il deflusso dell acqua. Limite di permeabilità: limite tra roccia permeabile e roccia compatta o strato di argilla

10 LIMITI IDROGEOLOGICI Spartiacque sotterraneo Limite dell area in cui le acque di infiltrazione percolano verso lo stesso acquifero. Elemento geometrico (stratigrafico, tettonico o morfologico) che condiziona il deflusso delle acque sotterranee. >> BACINO IDROGEOLOGICO (area che contribuisce all alimentazione della falda idrica) Spartiacque superficiale Limite dell area in cui le acque superficiali ruscellano verso lo stesso corso d acqua, limite coincidente con le sommità dei rilievi. >> BACINO IDROGRAFICO (area che contribuisce all alimentazione di un corso d acqua)

11 LIMITI IDROGEOLOGICI Superfici di falda Superfici che delimitano superiormente il terreno saturo contenente acque che circolano per gravità da quello non saturo. Possono oscillare liberamente in funzione delle condizioni di alimentazione. Formazione permeabile Livello di falda FALDA terreno non saturo terreno saturo

12 Bacino idrografico ¹ Bacino idrogeologico

13 Bacino idrografico ¹ Bacino idrogeologico Spartiacque superficiali Spartiacque sotterraneo (faglia)

14 Bacino idrografico ¹ Bacino idrogeologico Spartiacque superficiale Spartiacque sotterraneo (faglia) Spartiacque superficiale Spartiacque sotterraneo per variazione geologica

15 TIPI DI FALDE Falda libera o freatica Falda limitata solo inferiormente da uno strato impermeabile. Superficie piezometrica = Superficie della falda Superficie della falda

16 Falda imprigionata o in pressione. TIPI DI FALDE Falda limitata superiormente ed inferiormente da strati impermeabili. Perforando un pozzo il livello risale al di sopra del tetto dello strato permeabile. Superficie piezometrica ¹ Superficie della falda Pozzo Pozzo artesiano Falda artesiana: falda imprigionata, il cui livello risale al di sopra del piano campagna.

17 Rapporto tra falda e superfici libere d acqua Falda Fiume alimenta drena In DEPOSITI ALLUVIONALI sono favoriti scambi con acque superficiali

18 Effetti delle variazioni stagionali delle piogge sulla superficie di falda

19 CLASSIFICAZIONE DELLE SORGENTI (Civita, 1972) Criterio di classificazione geometrico (rapporto tra formazione acquifera e limite di permeabilità) Sorgente puntuale Punto in cui superficie impermeabile, superficie della falda e superficie topografica si intersecano Sorgente lineare Linea lungo la quale superficie della falda e superficie del terreno si intersecano (fiumi alimentati da falde)

20 TIPI DI ACQUA NELLE ROCCE Granulo 1) Acqua igroscopica: velo di spessore 0.1 micron, dovuto alla condensazione di umidità atmosferica intorno ai granuli 2) Acqua pellicolare: involucri di spessore 1-2 micron adsorbiti intorno ai minerali Acque strettamente legate ai granuli da forze elettrostatiche 3) Acqua capillare: dovuta alla tensione superficiale (le molecole di acqua in prossimità della superficie, sono soggette a forze di attrazione verso il basso non bilanciate per l assenza di liquido al di là della superficie stessa) ed all adesione del liquido alle superfici con cui è in contatto 4) Acqua libera: libera di muoversi per gravità Acque di ritenzione (1+2+3) e Acque libere (4)

21 PARAMETRI IDROGEOLOGICI Porosità Rapporto tra il volume dei vuoti ed il volume totale di roccia Porosità efficace Rapporto tra il volume dei vuoti intergranulari comunicanti ed il volume totale di roccia. Vg n e = V T n = V V v T

22 Esempio di roccia con porosità efficace bassa

23 PARAMETRI IDROGEOLOGICI Permeabilità k Attitudine delle rocce a lasciarsi attraversare da un fluido (cm/s). Dipende dal mezzo e dal fluido: k = K r g / µ (permeabilità intrinseca K), (viscosità dinamica µ, densità r e accelerazione di gravità g). La temperatura delle acque sotterranee in condizioni normali subisce oscillazioni di modesta entità, r e µ possono essere considerati costanti, di conseguenza anche k. Permeabilità per POROSITA Permeabilità per FESSURAZIONE

24 Tipi di permeabilità Permeabilità Per porosità Per fessurazione Mista

25 Esempio di permeabilità per porosità Sabbia Permeabilità per porosità elevata

26 Esempio di permeabilità per fratturazione Permeabilità per fratturazione Elevata

27 Esempio di permeabilità Permeabilità per porosità e per fratturazione basse

28 Esempio di permeabilità secondaria per fessurazione Fessure di essiccamento in argilla

29 Valori medi di k delle terre Grado di permeabilità Alto Permeabilità (cm/s) >1 Tipo di terra Ghiaie Medio Sabbie Basso Sabbie fini e silt Molto basso Argille

30 Valori di k di alcuni tipi di rocce Rocce Arenarie Argilliti Siltiti, dolomie Basalti Graniti Scisti Permeabilità in laboratorio (cm/s) 3* * * Permeabilità in sito (cm/s) * *10-7 k da bassa a molto bassa k da media a molto bassa

31 PARAMETRI IDROGEOLOGICI Trasmissività T Prodotto dello spessore di un acquifero (H) per la sua permeabilità (k), si esprime in m 2 /s: T = k H Gradiente idraulico di un acquifero

32 EFFETTI DELLE CAPTAZIONI SULLE FALDE ACQUIFERE LIVELLO STATICO Quota del livello dell acqua in un pozzo in assenza di emungimento t 0 t 1 LIVELLO DINAMICO Livello dell acqua in un pozzo in cui avviene pompaggio t 2

33 CHIMISMO DELLE ACQUE SOTTERRANEE Le acque superficiali e sotterranee contengono micro-organismi, gas, sostanze organiche ed inorganiche. Principali composti inorganici in forma ionica: Na +, K +, Ca ++, Mg ++, Cl -, SO 4 --, HCO 3-, (CO 3 -- ), (NO 3- ). La qualità di un acqua sotterranea dipende da: - quantità di ioni contenuti (Na +, K +, Fe ++, Mn ++, etc.), - condizioni di temperatura e pressione, - tipo di roccia attraversata, - tempo di contatto acqua-roccia (circolazione rapida, acqua meno mineralizzata). Tempo di residenza delle acque in falda: giorni, settimane, in alcuni casi > anni.

34 INQUINAMENTO DELLE ACQUE SOTTERRANEE Per cause naturali e/o antropiche (indirette o dirette). Cause naturali: contatto con rocce contenenti ioni inquinanti (es. Arsenico). Cause antropiche: Indirette. Forti emungimenti possono indurre: ingressione di acque marine, richiamo di acque superficiali contaminate, etc. (circa g/cm 3 ) (1 g/cm 3 )

35 INQUINAMENTO DELLE ACQUE SOTTERRANEE Cause antropiche: Dirette. Fonti di inquinamento puntuali (discariche, pozzi disperdenti, rifiuti industriali, etc.); fonti di inquinamento diffuse (fertilizzanti, pesticidi, etc.). pozzetto d infiltrazione bacino inquinato area agricola discarica serbatoio di carburante serbatoio di solventi clorurati fase non miscibile superficie freatica inquinante disciolto direzione di flusso della falda (Kinzelbach)