LE PROVE DI EMUNGIMENTO. Alessandro Gargini

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Agata Papi
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1 Ordine dei Geologi della Toscana Livorno, 26/10/2006 LE PROVE DI EMUNGIMENTO TEORIA, PRATICA E FATTIBILITÀ CONCRETA Q Alessandro Gargini Gruppo di Idrogeologia Dipartimento di Scienze della Terra Università di Ferrara

2 Argomenti trattati Cosa è una prova di emungimento? Metodo del non equilibrio, equilibrio Incompletezza, effetto capacitivo Interferenza, limiti acquifero Pozzo singolo Pozzo di grande diametro Prove di breve durata La teoria I problemi La pratica possibile

3 Cosa è una prova di emungimento Q costante Q nulla Q istantanea

4 Prove di acquifero Scala spazio/temporale dell acquifero Trasmissività (idraulica) (T = Kb) è il prodotto della conducibilità idraulica e dello spessore dell acquifero Coefficiente di immagazzinamento (S = S s b) per acquifero confinato è il prodotto dell immagazzinamento specifico e dello spessore dell acquifero (S = S y +S s b) per acquifero libero

5 Cono di depressione Alta K h Bassa K h K h K v

6 Parametri di immagazzinamento Δh Δh b Acquifero libero Specific yield = S y S = Δ V / A Δ h S = S s b Acquifero confinato Coeff.di immagazzinamento Storativity = S S s = immagazzinamento specifico/specific storage

7 Prova di pozzo Scala spazio/temporale del pozzo s 1 Capacità specifica Abbassamento, s s 2 s 3 s 4 Perdite di carico s 5 Efficienza Tempo, t

8 Bilancio di massa + Legge di Darcy = Equazione di diffusività del flusso in mezzo poroso div q = - S s ( h t) +W (Bilancio di massa) q = - K grad h (Legge di Darcy) div (K grad h) = S s ( h t) W

9 Prima analisi matematica degli effetti di abbassamento in transitorio in un acquifero confinato Theis Isotropo, omogeneo, spessore uniforme Pozzo completo e volume infinitesimo Estensione infinita No ricarica Spesso il mondo reale è non ideale

10 Modelli teorici di acquifero e curve diagnostiche e -u h 0 h = 4πT Q u u du u = r2 S 4Tt h 0 h = Q W(u, r/b) 4πT B = (Tb /K ) 1/2 Theis (confinato) Hantush-Jacob (semi-confinato) h 0 h = Q 4πT W(u b,u A, Γ) Γ = (Tb /K ) 1/2 Neuman (libero)

11 Curva teorica W(u) E-01 1.E+00 1.E+01 1.E+02 1.E+03 1/u

12 Matching delle 2 curve 10.0 Drawdown (m) s=0.17m E+01 1.E+02 1.E+03 1.E+04 1.E+05 [1,1] Curva tipo t=51s Time since pump started (s)

13 Linearizzazione 0.0 t o = 84s Drawdown (m) Δs =0.39 m E+01 1.E+02 1.E+03 1.E+04 1.E+0

14 Curva di risalita Abbassamento 10 m Risalita 10 m Fermo pompa Ti (h )

15 Tempo-Abbassamento residuo 0 u< Residual Drawdown, s' (m) Δs = 5.2 m 12 1.E+00 1.E+01 1.E+02 1.E+03 Time ratio, t/t'

16 Curve tipo di Hantush Theis Curve r/b W(u,r/B) E-01 1.E+00 1.E+01 1.E+02 1.E+03 1.E+04 1/u Dati sono fittati in maniera simile alla curva di Theis. Il parametro r/b = r( {K v / b } / {K h b} ) ½ aumenta con la quantità della drenanza.

Campo pozzi Ro Ferrarese Piezometro P3 log tempo (s) 1.E+00 1.E+01 1.E+02 1.E+03 1.E+04 1.E+05 1.E+06 0.

17 Campo pozzi Ro Ferrarese Piezometro P3 log tempo (s) 1.E+00 1.E+01 1.E+02 1.E+03 1.E+04 1.E+05 1.E m = T = 6.8*10-3 m 2 /s 0.4 K = 1.4*10-4 m/s S = 1.2* Abbassamenti (m)

18 Curve tipo di Neuman 10.0 Curve tipo B η W(u A,u B,η) 0.1 Curve tipo A E-01 1.E+00 1.E+01 1.E+02 1.E+03 1.E+04 1.E+05 1.E+06 1/u

19 Problema 1: Filtrazione incompleta

20 Effetti della parziale penetrazione sulla portata specifica Kozeny (1933) fornisce il seguente fattore approssimato di riduzione per correggere la capacità specifica (Q/s) a seguito di filtrazione parziale: F = L {1 + 7 cos(πl) ( r )} b 2b 2L dove b è lo spessore totale dell acquifero (m); r è il raggio del pozzo (m); e L è la lunghezza del filtro (m). L equazione è valida per L/b < 0.5 e L/r > 30 Per un pozzo di 300 mm di diametro con spessore dell acquifero di 30 m ed una lunghezza del filtro di 15 m, L/b = 0.5, 2L/r = 200, il fattore di riduzione è: F = 0.5 x {1 + 7 x (1/200)} = 0.67

21 Problema 2: Pozzi di grande diametro

22 Effetto capacitivo del pozzo Q TEMPO CRITICO (t c ) oltre il quale scompare effetto capacitivo: t c = π(r w2 r p2 ) s t c = 25 r w2 / T d c d p dove: r w è il raggio del casing; r p è il raggio del tubo di mandata della pompa; T è la trasmissività

23 Problema 3: Effetto di pozzi vicini

24 24-mag 25-mag 26-mag 27-mag 28-mag 29-mag 30-mag 31-mag 1-giu 2-giu 3-giu 4-giu 5-giu 6-giu 7-giu 8-giu 9-giu 10-giu 11-giu 12-giu 13-giu 14-giu 15-giu 16-giu 17-giu 18-giu LIVELLO IDROMETRICO PO (Polesella) LIVELLO PIEZOMETRICO P2 (lato argine) LIVELLO PIEZOMETRICO P3 (lato Po) retta di correzione dell'esaurimento per P2 retta di correzione dell'esaurimento per P3 Problema 4: Effetto di corsi d acqua Livello idrometrico / piezometrico (m slm)

25 La teoria... Q s h h o...e la pratica

26 CASO 1: Pozzo ad uso di acquedotto pubblico Geologia: Arenarie torbiditiche, alternanza di areniti e peliti Diametro del pozzo: 300 mm Profondità del pozzo: 117 m Soggiacenza: 23 m Pozzo gemello a 50 m utilizzabile per prova su stazione PROVA A PORTATA COSTANTE CON RISALITA Misura abbassamento nel pozzo e piezometro Misura risalita nel pozzo Prova di portata a gradini PORTATA DI EMUNGIMENTO: 13.3 L/s DURATA DEL POMPAGGIO: 3 ORE DURATA DELLA RISALITA: 1 ORA PROVA A 3 GRADINI DI PORTATA DI 1 ORA (2, 10, 15 L/S) DETERMINAZIONE DI: TRASMISSIVITÀ,COEFF.DI IMMAGAZZINAMENTO, EFFICIENZA

27 m m Q1 =2 l/s Q2 = 10 l/s RISALITA 8 Q3 = 15 l/s 10

28 S=1.7x10-3 y = 1,2606Ln(x) - 9,7447 t c = s; u<0.05 m T = 1.1x10-3 m 2 /s Risalita pozzo y = 1,0024Ln(x) + 1,0339 T = 8.4x10-4 m 2 /s Abbassamento piezometro t c = 800 s; effetto capacitivo T = 6.7x10-4 m 2 /s Abbassamento pozzo y = 1,5803Ln(x) - 6,

29 s t (m) m 3 /s 0 0,002 0,004 0,006 0,008 0,01 0,012 0,014

30 ,002 0,004 0,006 m3/s0,008 0,01 0,012 0,014 s t (m) s (m) E w = 100% S t = S + Sw S t = BxQ + CxQ 2 E w = 65% E w = 55%

31 ,002 0,004 0,006 0,008 0,01 0,012 0,014 Ew = 73%

32 RISALITA DOPO PROVA A GRADINI y = 0,875Ln(x) + 0, RISALITA DOPO PROVA A Q COSTANTE y = 1,0024Ln(x) + 1,

33 Calcolo della T da capacità specifica* Per pozzo in acquifero confinato ponendo R=400 m si ha: T = Q s [0.95 (lnr w )/2π] Per pozzo in acquifero libero ponendo R=200 m si ha: T = Q s [0.84 (lnr w )/2π] * Di Molfetta, 1992, Rivista IGEA,1

34 T 1 = 2X10-3 T 2 = 1X10-3 Q C = 6 L/s m T Q1 =2 l/s 1 T RISALITA 2 Q2 = 10 l/s E,Q C Q3 = 15 l/s

35 CASO 2: Galleria drenante Geologia: Arenarie torbiditiche, alternanza di areniti e peliti Pozzo a 2100 m utilizzabile come piezometro (STESSO POZZO DEL CASO 1, VERIFICA EFFETTO SCALA/TEMPO PROVA A PORTATA VARIABILE Misura abbassamento nel pozzo Misura portata drenata da galleria DURATA DEL DRENAGGIO: 4 ANNI 3 FASI DI DRENAGGIO CON PORTATE CRESCENTI (23, 90, 330 L/S) DETERMINAZIONE DI: TRASMISSIVITÀ,COEFF.DI IMMAGAZZINAMENTO

36 ABBASSAMENTO (m) TEMPO (g) PORTATA (L/s)

37 ABBASSAMENTO (m) Q=90 L/s T=1.6x10-4 m 2 /s S=1.6x TEMPO (g) Q=23 L/s T=2.4x10-4 m 2 /s S=1.8x10-3 Q=330 L/s T=1.2x10-4 m 2 /s S=4.9x10-3 SCALA DEL POZZO Q=13 L/s T=1.1x10-3 m 2 /s S=1.7x10-3

38 CASO 3: Pozzo ad uso di acquedotto pubblico Geologia: Calcari e calcari marnosi Diametro del pozzo: 200 mm Profondità del pozzo: 76 m Soggiacenza: 6.5 m PROVA A PORTATA COSTANTE CON RISALITA PORTATA DI EMUNGIMENTO: 1 L/s DURATA DEL POMPAGGIO: 3 ORE DURATA DELLA RISALITA: 1 ORA DETERMINAZIONE DI: TRASMISSIVITÀ DA CURVA DI RISALITA

39 m m

40 METODO DI COOPER-JACOB (u<0,01) punti da 35 minuti METODO DI ZHENG* (u<0,2) Y = t x s X = t x ln[(t +t p )/t ] t = tempo da spegnimento pompa t p = tempo di accensione del pozzo T = Q/4πA S = 4TB/Ar 2 Y R 2 = 0, punti da 9 minuti X * Zheng et al. (2005) Groundwater,43,6

41 CASO 4: Pozzo ad uso di acquedotto privato (casa di riposo per anziani) Geologia: Depositi alluvionali recenti di fondovalle Diametro del pozzo: 1000 mm (GRANDE DIAMETRO) Profondità del pozzo: 8 m Soggiacenza: 1.7 m PROVA A PORTATA COSTANTE CON RISALITA PORTATA DI EMUNGIMENTO: 3.5 L/s DURATA DEL POMPAGGIO: 2 ORE DURATA DELLA RISALITA: 1 ORA DETERMINAZIONE DI: TRASMISSIVITÀ

42 t c = 2083 s T = 3x10-3 m 2 /s

43 Δh(m) t ,15 Δh r (m) 0,2 0,25 0,3 u < 0.01 T = 4.1x10-3 m 2 /s 0, t/t

44 CASO 5: Pozzo ad uso irriguo (pozzo agricolo) Geologia: Depositi fluvio-lacustri di bacino intermontano Diametro del pozzo: 800 mm (GRANDE DIAMETRO) Profondità del pozzo: 41 m Soggiacenza: 8.8 m PROVA A PORTATA COSTANTE CON RISALITA PORTATA DI EMUNGIMENTO: 1.7 L/s DURATA DEL POMPAGGIO: 1h 30 DURATA DELLA RISALITA: 1h 45 DETERMINAZIONE DI: TRASMISSIVITÀ

45 t c = s INTERPRETAZIONE IMPOSSIBILE! 20

46 Δh r (m) 15 T = 1.4x10-5 m 2 /s Calcolata da portata di travaso u < t/t PORTATA DI EMUNGIMENTO DEL POZZO = 1.7 L/s ABBASSAMENTO PREVISTO CON EFFETTO CISTERNA = 30.1 m ABBASSAMENTO EFFETTIVO MISURATO = 19 m PORTATA DI TRAVASO DALL ACQUIFERO = 0.6 L/s

47 Le prove senza pompa: slug test h 0 t = 0

49 Analisi di Hvorslev Casing 2r a K = - r 2 a ln(l) ln(h) 2L(t - t o ) r w h o Plottare tempo contro log (h/h o ) Misurare il time lag T o when ln(h o /h) = 1 K = r a2 ln (L) 2LT o r w T o si ha quando: h = e -1 h o = 0.37h o h h o T o L 0.1 2r w Time, t - t o

50 PROVA DI POZZO DI BREVE PERIODO (2.5 ore) PER PARAMETRIZZARE OPERE ESISTENTI POMPAGGIO A PORTATA BASSA PER 30 min CON PSEUDO-STABILIZZAZIONE (metodo portata specifica: TRASMISSIVITÀ) (correzione per effetto parziale filtrazione) EFFETTUAZIONE DI ALTRI 2 GRADINI DI PORTATA DA 30 MIN L UNO (efficienza del pozzo) RISALITA: 1 ORA (metodo di Cooper-Jacob: TRASMISSIVITÀ (correzione per effetto capacitivo) I tempi possono essere superiori per superare effetto capacitivo IMPORTANTE: LA SCALA SPAZIO-TEMPORALE DELLE PROVE DI POZZO SI DEVE BASARE SULL USO DEL POZZO E NON SULLA IDROGEOLOGIA DELL ACQUIFERO

51 GRAZIE...

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