ORDINE DEI GEOLOGI DELLA TOSCANA

LINEE GUIDA PER L’ELABORAZIONE

DEL MODELLO IDROGEOLOGICO CONCETTUALE

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indicePREFAZIONE 2

INTRODUZIONE 3

1. LA NORMATIVA 4

1.1. Attività estrattiva 4 1.2. Pozzi 5 1.3. Infrastrutture a rete (strade, ferrovie, gallerie) 6 1.4. Bonificheambientali 6 1.5. Discariche 7 1.6. Altreopere 7

2. LA TECNICA 7

2.1. Analisi dell’assetto idrostrutturale 11 2.2. Porositàeporositàefficace 13 2.3. L’idrogeofisica 14 2.4. Analisiidrologica 16 2.5. Precipitazioni 17 2.6. Temperaturaedevapotraspirazione 19 2.7. Portatedeicorsid’acquaeruscellamentosuperficiale 20 2.8. Livellipiezometrici 21 2.9. Portatedellesorgenti 22

3. GLI ASPETTI IDRAULICI ED IDRODINAMICI 23

3.1. Caratteristicheetipologiediacquiferi 23 3.2. Comportamentidell’acquifero 24 3.3. Movimentodell’acquaneimezziporosi-staticadeifluidineimezziporosisaturi 24 3.4. Movimentidell’acquanelsottosuolo-dinamicadeifluidi 25 3.5. Trasmissività,coefficientediimmagazzinamentoediffusività 28 3.6. Superficipiezometriche 29 3.7. Interpretazionequalitativadellasuperficiepiezometrica 30 3.8. Analisiquantitativadellasuperficiepiezometrica 31 3.9. Idraulicadell’acquiferoeprovedipompaggio 31

4. L’IDROGEOCHIMICA 33

4.1. Generalitàsuchimismoeproprietàchimico-fisichedelleacque 34 4.2. Generalitàsugliisotopidellamolecoladell’acqua 35 4.3. Elaborazionieinterpretazionedeldatoidrogeochimico 37

5. MODELLO CONCETTUALE 40

6. MODELLO NUMERICO 43

4. BIBLIOGRAFIA 44

APPENDICE - GLOSSARIO I

Presidentedott. geol. Maria-Teresa Fagioli

Vicepresidentedott. geol. Francesco Ceccarelli

Tesorieredott. geol. Maria Chiara Piccardi

Segretariodott. geol. Simone Sartini

Consiglieredott. geol. Silvano Becattelli

Consiglieredott. geol. Marcello Brugioni

Consiglieredott. geol. Giovanna Cascone

Consiglieredott. geol. Mauro Chessa

Consiglieredott. geol. Fabio Martellini

Consiglieredott. geol. Nicoletta Mirco

Consiglieredott. geol. Lando Pacini

COMMISSIONE IDROGEOLOGIA

CoordinamentoMaria Teresa Fagioli (OGT)

ComponentiFausto Capacci (AR)

Francesco Consumi (FI)Marco Doveri (PI)Riccardo Fanti (FI)

Manuela Germani (FI)Roberto Giannecchini (LU)

Florindo Granucci (LU)Filippo Landini (FI)Jenny Migliorini (SI)

Stefano Menichetti (FI)Alberto Pedone (AR)

Foto di copertina: Francesco Mantelli

Prefazione L’aggettivo“idrogeologico”èmediaticamenteassurto,negliultimidecenni,adinattesafamapressochésistematica-menteriferitoalsostantivo“dissesto”.Sorvolandosulfattochel’accoppiamentoèspesso,senonsempre,forzatopoichéildissestocuisiriferisconoimediaèinstragrandemaggioranzaingegneristico,urbanistico,agronomico,impiantistico,idraulicoegeotecnicopiùcheidrogeologico,restailfattochel’idrogeologia,trascinataingiudiziosenzacolpe,stadiventandounastar.Èperòunastaranomalaperché,adifferenzadellecugineecollegheidrologiaemeteorologia,checalcanopalcosce-nicivisibilissimiedigrandissimaaudience,l’idrogeologiasioccupadiqualcosachenonsivede.“Occhiononvedecuorenonduole”.Èforseproprioperquestasuainvisibilità,chelaricercaufficialeequellavo-lontaristico-artigianaleinmateriasonosemprestatelecenerentoledelfinanziamentopubblico.D’altraparte,interritoricomel’Italia,ricchid’acquaeconunaculturadell’acquaplurimillenaria,lascienzaidro- geologicaèsemprestatacomponentefondamentaledipoliticheevicissitudiniumane,almenofintantochel’illuso-riaonnipotenzadelladisponibilitàenergeticadegliultimiduesecolinonhacercatodioccultarla,senoncancellarla,forseinquantopericolosarivelatricedellesuemalefatteinconsapevoliointenzionalichefossero.Inquestocontesto“storico”disubdoloostracismoerisurrezionemediaticadellascienza idrogeologica,quandoilnomestessodellamateriascomparedaiprogrammiaccademiciministeriali,chicomenoigeologisioccupadisfuggitaoatempopienodiidrogeologia(epiùomeno,volentionolenti,finiamoperoccuparcenetutti)haildi-ritto/doverediparlareconcognizionedicausaedidisporredituttiquegliapproccimetodologicichenonsempreilcurriculumuniversitarioelacarrierapost-laureacihannodatomododiacquisire.Edèproprionell’approcciometodologicochepiùspessosimanifestalacarenzadelleindaginiconlaconseguenteinconsistenzadellerelazioniidrogeologiche;chesiriferiscanoagrandiopereoalpozzoperungiardinetto,pococonta.Èdaquestaconstatazionechenasceilpresentequadernotecnico,realizzato,atotaletitolodivolontariato,dacol-leghipericolleghi,affinchéquellidinoichehannoavutooccasionediacquisirepiùesperienzapossanoaiutarelenuoveleve.Nondimentichiamochel’idrogeologiaèprimadituttogeologiaequindidicompetenzaintegraledeigeologiconbuonapacedellealtrecategorieche,senzaalcunapreparazionespecificaalriguardo,efortispessosolodiunadistortaecapziosatraduzionedeltermineinglese“groundwater hydrology”, stanno tentando di invadere il nostrocampo.Unsinceroringraziamentoatutticolorochehannocontribuitoall’elaborazionedelquadernoedunaugurioatuttiicolleghinonsolodibuonlavoro,macheognilorolavorosiabuono.

Maria Teresa FagioliPresidente dell’Ordine dei Geologi della Toscana

Valdicastello Carducci - drenaggi acidi di una galleria mineraria - miniera del pollon Foto: Roberto Giannecchini

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Introduzione

Ilpresentequadernotecnicoaffrontailtemadelmodelloidrogeologicoconcettuale,ovverodiquelpassaggiodallecategoriestoricamentequalitative,naturalistichedellageologiaclassica,aquellediuninquadramentostringente,coerenteequantificatodell’idrogeologiaapplicataedeisuoicorollarinumerici.Vengonodiseguitodescrittimetodi,strumentieconcettiperunacorrettaelaborazionedelmodelloconcettuale,ovverocomeconglobarel’informazionemeteo-climatica,idrochimica,geochimica,agronomica,litologica,petro-chimicaedidrologicainunoschemacoerentecheconsentalasintesiolisticadelladinamicadelleacquesotterraneeediquantoesseveicolano,inunquadrocomprensibileancheadaltrecategorietecnico-professionali.Unmodelloconcettuale,correttamenteconcepito,agevolalacomprensionedeifenomeniaccadutielaprevisionedicosapotràsuccedereanche,manonsolo,inconseguenzadiazioniantropicheinattooinprogrammazione.Sièquindiaffrontatoancheiltemadellenormativechetrattanolamateriainriferimentoallaprogrammazioneter-ritoriale,allaprogettazionedimanufattiedopereedallatutelaedalrisanamentodell’ambiente.Ilmodelloconcettualeèbaseimprescindibileperognisuccessivavalutazionequantitativa.Inassenzadiunmodelloverificatoerobusto,nonsoloilpassaggioall’implementazionediunmodellonumericoèvelleitario,maancheisemplicicalcolideterministico-analitici,piùampiamentediffusiedapplicati,rischianodiperdereognisignificatopratico.Ovviamenteilquadernononhaalcunapretesadiesaustivitànédiformularecodici,macercasemplicementedifor-nireaicolleghiunatracciautile,ancorchéinsufficientesenoncorredatadagliapprofondimenticheciascunodinoièsempretenutoafare,persoddisfareinscienzaecoscienzaleesigenzedeicommittenti.Ilparagrafobibliografiael’annessoglossarioservonoproprioaquesto.

S. Anna di Stazzema - drenaggi acidi di gallerie minerarie - miniera di monte arsiccio Foto: Roberto Giannecchini

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1. LA NORMATIVA

Daunpuntodivistanormativo,ilcontestonelqualecimuoviamoèincontinuaevoluzioneancheperilrecepi-mentodidirettivecomunitarienell’ordinamentogiuridi-conazionaleeregionale.Valelapenaricordareadesem-pioladirettivaCE/2000/60,chehaportatoallaredazionedel Piano di Gestione delleAcque distrettuale con leazioninecessarieper il raggiungimentodelbuonosta-toambientaledeicorpiidrici,superficialiesotterranei,previstodalladirettivaal2015. IlPianocontiene l’in-dividuazionedei corpi idrici, superficiali e sotterranei,laloroclassificazione(inbasealquadrodellepressioniedeimonitoraggiambientali)equindileazionineces-sarieperilraggiungimentodelbuonostatoambientale,previstodalladirettivaal2015.Ilterminedel2015potràessere prorogato a successivi aggiornamenti delPiano(2021/2027), purché dettagliatamente motivato e giu-stificato, anche con considerazioni di tipo economico.Nello specificodelleacquesotterranee,con la relativaDirettiva (2006/118/CE), recepita in Italia dal D.lgs.30/2009,l’UnioneEuropeahaintrodottonuoviaspettiepuntidivistanell’indagineenellavalutazionedellaqua-litàdelleacquesotterranee.LaDirettivasulleacquesot-terraneedefinisceivalorisogliaperil“buonostatochimi-co”delleacquesotterraneenell’Articolo3,comma1.Lariduzionedell’immissionedi contaminanti nelle acquesotterraneeèconsiderataunobiettivoa lungotermine.Importanti elementi strategici delle direttive comuni-tarie sono rappresentati dal principio di considerarearee ampie e i corpi idrici nel loro complesso (in ag-giunta all’approccio nazionale su specifici casi indi-viduali, che ha prevalsofino a oggi).Ciò implica chegli Stati membri dell’Unione devono definire ed esa-minare interi corpi idrici sotterraneiogruppidi essi epertanto deve essere presa in considerazione la scaladaadottare.Asecondadellascalascelta, infatti,sussi-steilrischiodirenderemarginalivastecontaminazionidelle acque sotterranee: se la scala è sufficientemen-te grande, l’inquinamentopuònon risultare rivelabile.L’Articolo5dellaDirettivasulleacquesotterraneein-troducelaproceduradiindividuazionedelletendenzesi-gnificative(trend).Se,dall’esamedeltrend, si rileva una crescitadelleconcentrazionidi inquinantiènecessariointervenire per determinare un’inversione di tendenza.L’adeguata comprensione del sistema fisico, ovve-ro del modello concettuale, è fondamentale pertantoper il perseguimento degli obiettivi delle direttive so-pra citate. Vale la pena di citare a tale proposito an-cora ilD.lgs. 30/2009, che nell’allegato 1 definisce ilmodello concettuale come elemento necessario per lavalutazione dei rischi e delle tendenze degli inquina-menti.È evidente pertanto come il contesto normativo nelquale ci muoviamo quando affrontiamo uno studioidrogeologico a supporto di una progettazione piut-

tostocheper laperforazionediunpozzo,giàprevedeobiettiviambientaliquantitativiequalitativiprecisieascadenzefissateedèquindinecessariocheintalecon-testo normativo questi aspetti siano trattati anche nel-lo sviluppo di un modello concettuale idrogeologico.È altrettanto evidente che, affinché lo studio idroge-ologico raggiunga le sue finalità, un robusto modelloconcettuale deve riuscire ad identificare correttamentelecaratteristichepiùdeterminantidellefaldeacquifereindagate.Ilsettoredovelosviluppodiunmodelloidrogeologicoconcettuale si rende indispensabile è quello della sal-vaguardiadella risorsa idrica, siadaunpuntodivistaquantitativochequalitativo,inambitodiprogettichein-teragisconoconildeflussosotterraneo.Siricordanosialeinfrastrutturearete,sianoesseferroviariechestradali,soprattuttoladdovevenganoprevisteoperequaligallerie,maancheprogettidicoltivazionidicaveominiere,piut-tostochegenericheoperediingegneriacheinteressinolafaldaacquifera,comeadesempioiparcheggiinterrati.La normativa comunitaria, italiana e regionale pre-vede nell’ambito delle procedure di Valutazione diImpatto Ambientale (VIA) e di ValutazioneAmbien-taleStrategica (VAS), che le componenti acqua e sot-tosuolo siano, al pari di altre, considerate ai fini dellacompatibilità dei suddetti progetti. Troppo spesso lostudio idrogeologico inserito negli studi di fattibili-tà ambientale non possiede i requisiti di completezzae dettaglio che permettano di valutare correttamen-te gli impatti e le conseguenti azioni di mitigazione.Nella normativa si fa riferimento esplicito almodelloconcettuale idrogeologico solo per quanto riguarda lebonifiche ambientali, a differenza di quanto accade inambito geotecnico con l’esplicito riferimento al mo-dellogeotecnicodisottosuolo,delqualesono indicatecaratteristiche e specifiche. Questo, a volte, si rifletteanchenella qualità degli studi idrogeologici a suppor-todellaprogettazionediopereeinfrastruttureneiqua-li, a fronte di una dettagliata trattazione geotecnica,non c’è altrettanto dettaglio in quella idrogeologica.Laprincipalefontenormativanell’ambitoinoggettoè sicuramenteilD.Lgsn.152del3aprile2006“Normeinma-teriaambientale”,notoanchecometestounicoambientale.Diseguitovengonoesposti, suddivisiper tematichediinteresse, i principali ambiti professionali nei quali siritienenecessariolosviluppodiunmodelloconcettua-leidrogeologicoeleprincipalicaratteristichecheesso-deveavere, in funzionedegliobiettivida raggiungere.Vengonoancheelencati i principali dispositivinorma-tivicherichiamanolanecessitàdiunostudioidrogeo-logicodidettaglio, senza lapretesadi fornireunesaustivo elenco delle leggi collegate all’ambito descritto.

1.1. Attività estrattiva

Ilgeologopuòsvolgere funzionidiverse, sianoqueste

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di natura tecnico-direttiva che di sorveglianza, sottoil profilo della qualità del processo produttivo, dellasicurezza e dell’igiene sul lavoro, ma anche sotto ilprofilo della protezione del territorio. In particolare,il geologo svolge mansioni di verifica e sorveglianzaper l’attuazione delle misure di tutela dell’ambientesecondo normative e disposizioni autorizzative chepossano riguardare lasalvaguardiadella risorsa idrica.Nell’ambito delle attività estrattive la tematica“idrogeologia”rivestequindiunaimportanzanotevoleaifinidell’analisidegliimpattichelastessahasullerisorseidriche sotterranee. In via generale, risulta necessarioperseguire la compatibilitàdelle attività estrattive ediescavazioneingenereconlasalvaguardiadellerisorseidriche,garantendochetaliattivitànonprivinoilcorpoidricosotterraneodellasuaprotezione,néchesianoessestesse fonte di deterioramento della risorsa. Gli stratidi copertura hanno la funzione di impedire, ritardaree comunque attenuare la propagazione di sostanzeinquinanti, sia di originenaturale che antropica, versole falde acquifere stesse. Non deve essere, pertanto,aumentatalavulnerabilitàdeicorpiidricisotterraneiinseguitoalleattivitàdiescavazione.Inlineadiprincipio,l’attivitàestrattivae/oilavoridiescavazionenondevonoinoltre modificare le caratteristiche quali-quantitativedellarisorsaidricasotterranea.Piùingeneraleoccorreanalizzare gli impatti potenziali che l’attività dicoltivazionepuòdeterminare sui corpi idrici connessi.Per quanto riguarda le norme che in ambito diescavazione ne disciplinano l’interazione conle risorse idriche, si ricorda la normativa sullaValutazione di Impatto Ambientale di cui al D.Lgs.152/2006. Per quanto riguarda il Bacino del FiumeArno, adesempio, ilPianoStralcio“Bilancio Idrico”(allegato 5) fornisce gli “Indirizzi per la salvaguardiadella risorsa idrica in ambito di escavazioni”.Lefinalitàdelmodelloconcettualesonoquelledifornireilquadroconoscitivoper lacorrettasalvaguardiadellarisorsa idrica in ambito di escavazione. Finalità dellostudioèlavalutazionedellafattibilitàdegliinterventiinrelazioneagliimpattiquali-quantitativisullarisorsaidrica.In linea con la normativa, riveste una particolareimportanza la ricostruzione della geometria deicorpi idrici superficiali e sotterranei ed un buoninquadramento idrogeologico come punto diriferimento indispensabile su cui tarare il modellodi valutazione e il sistema di controllo ambientale.L’impianto del sistema di controllo (piano dimonitoraggio)deveesseredimensionato eorganizzatodal punto di vista temporale, per essere in grado diricostruirelasituazionedi“bianco”(anteoperam),permonitorareilsistemaacquiferodurantelevariefasidiavanzamentodei lavorie,aconclusione,peraccertarelo stato ambientale dopo aver ultimato la coltivazionee leoperazionidisistemazioneaverde(postoperam).Ilpianodimonitoraggio,essendofinalizzatoalcontrollo

edallaverificadeicambiamentiprovocatidall’attuazionedel progetto su diverse matrici ambientali, per potercomprendere i meccanismi di impatto dell’interventoedilloroeventualeprotrarsineltempo,èpossibilechenecessitidiaggiornamentiperiodici.Grazieadunsistemadi controllo puntuale, con l’evoluzione dei fenomenimonitorati si ha la possibilità di verificare l’efficaciadelleoperedicontenimentoemitigazioneadottateedirilevarefenomeniimprevistichepossonomodificareilquadroambientaleinmanierasignificativa.Perquantoriguardagliaspettilegatialmonitoraggioquestodovràcomprendere la valutazione dei parametri chimici efisici descritti nell’allegato1 delD.Lgs. 152/2006.Lostudiodeveesserecondottoinunintornosignificativo,opportunamente esteso oltre l’area di intervento, infunzione del contesto idrogeologico in cui esso èinserito; l’ampiezza dell’intorno deve essere funzioneanche del valore e delle caratteristiche della risorsaidricaedelsistemadegliutilizzi(prelievi)dellastessa.In generale dal modello concettuale si dovrannoevincere:

- il flusso idrico sotterraneo e i rapporti tra acque sotterranee e reticolo delle acque superficiali, inmododaverificare laconnessionedell’attività estrattivaconicorpiidricisuperficialiesotterranei evalutarepotenziali impatti sudi essi e sul loro statoambientale;- l’effettivanatura,lecaratteristicheidrogeologiche, la continuità areale e lo spessore dell’orizzonte insaturo che separa il fondo scavo dal livello di massima escursione dell’eventuale livello saturo;- lavulnerabilitàdegliacquiferi;- ilvaloredellarisorsaidricarispettoagliutilizziin attoepotenziali,conparticolareattenzioneaquelli idropotabili;- lecaratteristicheidrogeochimichedelleacque.

1.2. Pozzi

Pur non facendo esplicito riferimento al modelloconcettuale idrogeologico, si riportano di seguito leprincipali normative in materia di risorse. L’uso edil prelievo delle acque pubbliche sono regolamentatida leggi specifiche dello Stato (R.D. 1775/33,D.Lgs.152/206), regionali e provinciali (regolamentidemanio idrico), mentre, per quanto riguarda lapianificazione delle risorse idriche e le politichedi governante, si ricorda la direttiva 2000/60/CE,il già citato D.Lgs. 152/2006 e la pianificazione dibacino di cui ai Piani Stralcio “Bilancio Idrico”.Èovviochenellapraticaprofessionaletuttalatematicadi ricercadiacquae leattività legateall’espletamentodelle pratiche amministrative ad essa connesse, sonodi piena pertinenza dell’idrogeologia. In particolare,

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il modello concettuale deve rispondere a due finalitàben precise: il reperimento e la quantificazione dellarisorsa idrica sfruttabile e fornire agli enti deputati alcontrolloedallagestionedellarisorsatuttiglielemen-ti idrogeologici inerenti il caso in oggetto. Infatti, perfareunpozzoadusodiversodaldomesticooccorreri-chiedere agli ufficiprovinciali l’autorizzazionealla ri-cercadi acque sotterranee, nonché la richiestadi con-cessionediderivazione.L’istruttoriacomprendeanchela richiesta di pareri ad altri enti, come l’Autorità diBacinosulbilancioidricoo,adesempio,all’enteparcose la perforazione ricade nel territorio di competenza.Perquantoriguardalanecessitàdidifenderedall’inqui-namentoleacquesotterraneeinprossimitàdelleoperedicaptazioneadusoacquedottisticoe,piùingenerale,perilraggiungimentodegliobiettividiqualitàdeicor-piidrici,lanormativaidentificaleareedisalvaguardia.Questesonoinviapreliminaredefiniteconsemplicecri-teriogeometrico(ovveroconraggiodalpozzodi10mperlazonaditutelaassolutaedi200mperlazonadirispetto).Aseguire,uncriterioidrogeologico,checon-siderilecaratteristichedelcorpoidrico,dellacoperturaedelladirezionediflusso, tantoper citare soloalcuniaspetti,èingradodirestituireunadeterminazionecerta-mentepiùefficaceerealisticadelleareedisalvaguardia.Ilmodelloconcettualedevecontenereglielementichedescrivonoilsistemaidrogeologiconelqualesiinseri-sce l’opera di prelievo, identificare l’acquifero (o gliacquiferi)chesimettono inproduzioneesplicitandonei parametri idrogeologici. Devono essere altresì espli-citatiirapportitrareticolosuperficialeefaldaneicasiin cui il prelievo sia in vicinanza di fiumi. Lo studiodeve sempre essere esteso ad un intorno significativo,inrelazioneallaproblematicachesiintendeaffrontare.

1.3. Infrastrutture a rete (strade, ferrovie, gallerie)

Larealizzazionediun’operaviariacomportadellemo-dificazioniambientalisialungoiltracciato,cheinunin-tornocheinalcunicasipuòessereanchepiuttostoesteso.In tal senso, uno degli aspetti più importanti riguardacertamente le condizioni di circolazione dell’acquaneimezzi porosi e/o fratturati che vengono interessa-ti dall’opera in costruzione, soprattutto per quanto ri-guarda leopere in sotterraneo.Leproblematiche sonogeneralmente riconducibili a due aspetti principali:la stabilità dell’opera e le conseguenze che l’inter-vento provoca sulla circolazione idrica sotterranea.Queste ultime possono riguardare variazioni dei flussiidrici sotterranei, variazioni delle portate, mutamen-ti del chimismo delle acque, con effetti che possonoessere devastanti per l’ambiente e gli ecosistemi, maancheperoperediapprovvigionamento idricoesisten-ti in un significativo intorno dell’area d’intervento.Lanormativa inmateriadiviabilità e,nello specifico,di opere in sotterraneo, non è particolarmente ampia,soprattuttoperquanto concerne la tematica idrogeolo-gica. Peraltro,mentre dal punto di vista geotecnico le

indagini risultanoquasisempreesaurienti innumeroequalità, spesso si assiste,neiprogetti, adunageneralescarsaconsiderazionedellaproblematicaidrogeologica,mentreinvecelosviluppodiunmodelloidrogeologicopuò risultare di fondamentale importanza Soprattuttoperleopereingalleria.LeNormeTecnicheperleCo-struzioni(D.M.14gennaio2008)nonfornisconomolteindicazioni inmerito,pur riservandounparagrafoalleopere in sotterraneo, dove è richiesto comunque chevenga “...accertato il regime delle pressioni interstizia-li e l’eventuale presenza di filtrazioni...”; il decreto sioccupaprevalentementedellaprogettazionegeotecnica.Leopereinlineahannoingenereunimpattonotevolesulterritorio.Unparticolareaspettodavalutareèl’inte-razioneconilflussoidricoregionaleelocale,inquantoparticolaricondizionipossonoesserediostacoloalnatu-raledeflussocreandoscompensiamonteeavalledell’o-pera.Lostudiodifattibilitàdiun’operainlinea,neicasipiùcriticidovràcomprendereunventagliodiipotesiditracciato,conindividuazionedegliscenariedellecriti-citàidrogeologichedovutealleinterferenzesullacirco-lazioneidrica.Losviluppodiuncorrettomodelloidro-geologicopotràessere lostrumentoattraverso ilqualeconfermareomodificareleipotesifatteinviaprelimina-re;neicasidiopereparticolarmenterilevantilostudiodifattibilitàdovrebbegiàconteneredatitalidaformula-reipotesisufficientementerobustesuiprobabiliimpatti.Per opere di tale rilevanza, la normativa (ad esempioquella di VIA) prescrive un monitoraggio. Il monito-raggiodelleacquesotterranee,interminidianalisidel-le portate e delle caratteristiche chimico-fisiche delleacque, deve essere previsto in tutte le fasi di progettoanteepostoperam,sianell’opera inrealizzazione,siain pozzi, sorgenti e corsi d’acqua di un significativointorno, da definire sulla base dell’interpretazione ge-ologicae idrogeologicadegli acquiferi attraversati.Leindaginidevonopermetterel’identificazioneelacarat-terizzazione dell’idrostruttura attraversata dall’opera insotterraneo,ilcalcolodelbilancioidrogeologicodeldominio sotteso all’opera insotterraneo, la caratteriz-zazione dei vari complessi idrogeologici attraversati,laprevisionedeipuntidivenutad’acquaedelrelativoordine di grandezza, la conseguente descrizione degliimpatti sull’ambiente circostante, il progetto di capta-zioneeadduzionedirisorseidricheintegrativeososti-tutive, il progetto di smaltimento delle acque drenate.

1.4. Bonificheambientali

Lebonifichedeisitiinquinatirappresentanounimpor-tante ed attuale tema d’interesse ambientale. Il fortesviluppo delle attività antropiche negli ultimi decennihaportatoadun lentodegradoambientaledi cuihan-no risentito soprattutto le falde acquifere.A queste siaggiunga lo scempio prodotto dalle areeminerarie di-smesse,incuiilselvaggiorilasciodeiflussiidricispessocontaminatidametallipuòavereunimpattoconsidere-

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volesullerisorseidrichesuperficialiesotterranee,non-ché sulle altrematrici ambientali (suoli, piante, ecc.).Molti degli acquiferi presenti all’interno del nostroterritorio risultano oggi contaminati e l’acqua estrattadeve essere trattata primadi poterla sfruttare.Lo sco-po principale delle bonifiche deve essere quello di ri-sanare le condizioni ambientali in modo tale da noncompromettere la fruizione, in atto o potenziale, dellarisorsaprimariaacqua.L’Italiahanormatoilsettoredel-lebonifichecon l’emanazionedelD.M.471/99 (ades-soabrogato);adoggi,lebonifichesonodisciplinatedalD.Lgs.152/2006-parteIV,titoloVeallegatialtitolo.Inpresenzadiunsuperamentodideterminateconcen-trazioni soglia di contaminazione (CSC), la normativaimponelacaratterizzazionedelsitopotenzialmentecon-taminato.Attraversolacaratterizzazioneelasuccessivaanalisidirischio,seilivellideicontaminantirisultanocomunqueineccessorispettoalleconcentrazionisogliedi rischio (CSR) sito specifiche, il sito è classificatocomeinquinatoevasottopostoabonifica.L’iterdiboni-ficaespressodallanormativavigenteperisitiinquinatiprevededunqueunaprogettazionedellabonificasecon-doapprofondimenti tecniciprogressivi:pianodicarat-terizzazione,progettopreliminareeprogettodefinitivo.Ilmodello concettuale definitivo rappresenta lo stadiofinaledelpianodicaratterizzazione, incuideveappa-rirechiaral’interazionecheesistetralostatodiconta-minazionedellevariematricie l’ambientecircostante.Talemodellodeve infatti fornire le sostanze chimicheinquinantidicuisinecessitainunabonifica,lelorocon-centrazioniinfaldaenelterreno,illoropercorsoversoipossibilisoggettiarischio,larealeinterazionecheesi-stetraquesticompostielafaldaidrica(seidroveicola-ti, parzialmente solubili, più omenodensi dell’acqua,seguonoilgradienteidraulicooquellodigravità,ecc.).Sidevonoavereinfineinformazionisultipod’inquina-mento, se è continuonel tempoo se si sonoverificatiunoopiùeventisingoli,aqualevelocitàsimuoveil/ipennacchio/i inquinante/i ricostruito/i in precedenza,come simodificanelpercorso e se esistonoaltrepos-sibili fonti d’inquinamento che possono interagire ohanno interagito con l’attuale situazione monitorata.

1.5. Discariche

Leattivitàdismaltimentotrattamentoerecuperodeiri-fiutisononormatedalD.Lgs.152/2006-parte IV,mail principale riferimento normativo nazionale nell’am-bitodellacostruzioneegestionediun impiantodidi-scarica, così comeprevistodall’Art. 182, comma7disuddetto decreto, è rappresentato dal D.Lgs. 36/2003“Attuazione della direttiva 1999/31/CE relativa allediscarichedi rifiuti”. Inesso,allo scopodiconseguirelefinalitàdicuiall’articolo2delD.Lgs.22/1997“At-tuazionedelledirettive91/156/CEEsuirifiuti,91/689/CEE sui rifiuti pericolosi e 94/62/CE sugli imballaggi

esuirifiutidiimballaggio”,vengonodefinitiirequisitioperativi e tecnici per i rifiuti e le discariche,misure,procedureeorientamenti tesiaprevenireoaridurreilpiù possibile le ripercussioni negative sull’ambiente.Il corretto sviluppo di un adeguato modello idro-geologico viene richiesto in tutte le fasi di la-voro di una discarica, da quella di autorizzazio-ne a quella di gestione post-operativa. Il modelloconcettuale dovrà quindi contenere tutti gli elementiche contribuiscono a definire la compatibilità ambien-tale del sito da destinare a impianto di smaltimento.

1.6. Altre opere

Per quanto riguarda, più in generale opere edilizie,maancheinterventidimitigazionedeifenomenifranosi,lafontenormativaprincipaleèrappresentatadalleNor-meTecniche per leCostruzioni (NTC)di cui alD.M.14gennaio2008.Comeaccennatoinprecedenza,questesi riferisconosoprattuttoallamodellazionegeotecnica,mavengonocomunquefattialcuniriferimentiancheallacomponenteidrogeologica.Adesempio,quandosiparladi caratterizzazione emodellazione geologica del sito(par.6.2.1 -NTC,2008)si richiama lanecessitàdellaricostruzione dei caratteri idrogeologici del territorio;lacircolareesplicativaspecificache lacaratterizzazio-ne e modellazione geologica del sito deve fornire loschemadicircolazioneidricasuperficialeesotterranea.Nel caso di studi sui fenomeni franosi, il model-lo idrogeologico è importante per ricostruire loschema di circolazione idrica nella zona di disse-sto, al fine anche di progettare gli interventi di mi-tigazione e consolidamento del fenomeno franoso.Un’altra categoria di interventi sul territorio con po-tenziali riflessi negativi sulla risorsa idrica sotterraneaè rappresentatadall’immissionedifluidioenergia ter-mica nel sottosuolo. Gli impianti geotermici di con-dizionamento, siano essi a circuito chiuso od aperto,rappresentano una realtà in progressivo sviluppo ed il modelloconcettualedovràconteneretuttequelleinfor-mazioninecessarieallavalutazionedell’areadiinfluen-zadell’impianto,segnalandoalcontempolapresenzadipotenzialibersaglidelloscadimentodellarisorsa,comepozzidestinatiall’estrazionediacqua.Oltreallosche-madellacircolazioneidrica,ènecessariocaratterizzareiterrenipresentiancheperillorogradodiconduttivitàtermicaedisporrediunesaurienteprogrammadimo-nitoraggiofisico-chimico,ancheinquestocasodistintoin un ante e post operam, nonché durante l’esercizio.

2. LA TECNICA

La modellazione per concetti costituisce un approc-cio scientifico ai problemi, che nasce in ambito infor-matico(Burnashetal.,1973)edaquestorapidamentediffuso a molteplici discipline che utilizzano sche-

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matizzazione di processi e stati naturali, ai fini dellarealizzazione di modelli descrittivi di fenomenolo-gie complesse, sia in stato transitorio che stazionario.Per questomotivo la locuzione “modello concettuale”può assumere significati differenti in differenti bran-che della scienza di base ed applicata.A partire dallafine degli anni ’80, quando anche in idrogeologia tro-vano applicazioni tali concetti (si veda, per tutti,An-derson&Woessner, 1992), essi devono rifarsi, per lerisorse idriche sotterranee, all’impiego di un metododescrittivo delle caratteristiche essenziali di un domi-nio idrogeologico, che identifica i principali processiche inessoavvengonoconsiderando le lorovariazioninello spazio enel tempo.Reviews esaustive sullamo-dellazione concettuale in idrogeologia possono es-sere reperite in Gosain (2009), Barnett et al. (2012),Singh (2013), cui si rimanda per approfondimenti.Ingenerale,ilfattocheunmodelloconcettualeidroge-ologicosiconcentrisuicaratteriessenzialidelsistemaacquifero,nondeve tuttaviaessere intesonel sensodiunmodello approssimato o, peggio, banalmente sem-plificato:ilrigoreelafondatezzadocumentaleedidatidella descrizione per concetti, al contrario, costituiràla solida base per le successive elaborazioni, tra cui,in special modo, l’eventuale modellazione numerica.Ciononostante, l’idrogeologia è una disciplina neces-sariamente semi-quantitativa, in cui molti parame-tri sono semplicemente descritti o ipotizzati e spessonon esistono metodi analitici per giungere a provare,inmodo incontrovertibile, se le ipotesi avanzate sonocorrette. Inoltre, l’idrogeologia si occupa di sistemiestremamentecomplessi,deiqualinessunamodellazio-nenumerica,perquantoavanzata,puòessereingradodi realizzare una piena traduzione delle interrelazioni tra i parametri chegovernano il sistema (Voss, 2005).Un efficace modello idrogeologico concettua-le si raggiunge contemperando tali opposte esi-genze: una delle chiavi per giungere a questo ri-sultato è quella di partire dalla raccolta di tutte leinformazioni geologiche, stratigrafiche e idrogeologi-chepresentinell’areadistudioereperibilineivariar-chivi nazionali/regionali/provinciali/comunali/privati.Tali informazioni consentiranno infatti al geologo diipotizzare in primis la geometria e le principali ca-ratteristiche strutturali dell’acquifero, comprese lesue condizioni ai limiti, base fondamentale per la re-alizzazione di qualsiasi modello concettuale (e suc-cessivamente di quello numerico) di un acquifero.In una possibile successione di passi condizionatiche conducano alla realizzazione di un modello con-cettuale, infatti, la raccolta di dati esistenti e di in-formazioni geologiche di base è preceduta soltantodalla definizione, assolutamente preliminare, degliscopi del modello. Schematizzando infatti tale se-quenza di passi, essi possono essere identificati in:0. analisidellefinalitàdelmodello;

1. raccoltaesceltadidatiidrogeologiciesistenti 2. integrazionedeidatidicuialpunto1con ulterioridatiipotizzatioestrapolati;3. integrazionedeidatidicuiaipunti1e2con nuovidatimisurati;4. caratterizzazioneerappresentazionedelsito concarteeschemidibase;5. elaborazionedelmodelloconcettuale.Tali passi possono trovare rappresentazione più esaustiva in schemi (a loro volta concettuali), qualequello di Figura 1, nel quale è rappresentato l’interoprocessodiraccoltadidatipreliminari,costruzionedelmodello concettuale, sua validazione e conseguenteoutput/input per l’eventuale modellazione numerica.Comerisultadalloschema,quando ilgeologosi trovaadover realizzareuno studio idrogeologico (apiccolaoagrandescala)checonsentadirealizzareunmodelloconcettualediunacquifero,devedunque,comeprimacosa,riuscireacaratterizzarneitrattifisiciechimici,inmodoilpiùpossibilevicinoallarealtà.Taleoperazionepuòesserepossibilemediante la raccoltadi tutti idatiancillari,idrologici,climaticiegeologicidibase,ancheconriferimentoallebanchedatiesistenti: traqueste,atitolodiesempio,siriportanoalcunilinkdisitiattivialladatadiredazionedelpresentedocumento:http://www.arpat.toscana.it/datiemappe/banche-dati/monitoraggio-ambientale-acque-sotterraneehttp://webgis.ar-tel.it/webwater/http://www.lamma.rete.toscana.it/territorio/geologia/informazioni-di-base/banche-dati-sottosuolo#sottosuo-lohttp://www.risorsa-acqua.it/concessioni-di-derivazione/concessioni-regione-toscana/.AlivellonazionaleesistelabancadatidellaL.464/1984dovesonodisponibililestratigrafieeidatiprincipalideipozziconprofonditàmaggioridi30malseguentelink:http://sgi1.isprambiente.it/GeoMapViewer.Tuttavia il quadro dei dati disponibili, consultabi-li e scaricabili in rete è in costante e rapida evoluzio-ne, per cui non può che raccomandarsi l’aggiorna-mento continuo del geologo anche dal punto di vistadelle banche dati pubbliche fornite da Enti e Agen-zie territoriali e delle modalità di fruizione del dato.Aldilàdellafontedeldato,ciòchesirilevaèinognicasol’importanzadiunapprocciomultidisciplinarechecon-siderituttelevariabilieglistatideisistemiacquiferi:lafasedelleindaginipreliminaridovràpertantoriguardaregliaspettichimico-fisicidellarisorsaidricasotterranea,inmodononsolodaacquisireilquadropiùesaurientepos-sibiledell’esistente,maanchediprogrammareleeven-tualiindaginidisupportochedovrannoessererealizzate.Rimandandoaicapitolisuccessiviperildettagliosulletecnicheetipologiediindagine,puòquiconsiderarsichel’approcciointegrato[raccoltadatiesistenti]+[acquisi-zionedatidaindaginiinsitueinlaboratorio]puòcon-sentirediadottareilmetododimodellazioneconcettuale

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propostoprimariamentedaHaitjema(1995).Ingenerale,illimitemaggioredellamodellazioneconcettualerisie-deinfattinelleincertezzesuidatidisponibiliesitendeaconsiderarechelamodellazionedebbaesserealimentatadaidati:conseguentementesicorreilrischiodiuncir-coloviziosoincuilamodellazione(concettualeprimaenumerica, eventualmente,dopo)appare sempre troppoapprossimata e non confacente alle esigenze, parendosemprenecessarial’acquisizionedinuovieulterioridati.Tale corto circuito può essere risolto considerando lamodellazioneconcettualecomeunprocessoapertoenon

comelasommaconclusivadellafasediraccoltaedela-borazionedati,inunasortadischemaaretroazioneconti-nua,incuisipartedaunmodelloconcettualeinizialechesiricalibramanmanochenuovidativengonoacquisiti.In questo senso deve considerarsi come nuo-vo dato acquisito anche il dato indiret-to, frutto dell’elaborazione del dato esistente.Insintesi,dunque,ilmodelloconcettualeaffiancheràco-stantementelafasedicaratterizzazionedelsistemageo-logico,neisuoiaspettigeometrici,litologici,strutturali,fisiciechimici,attraversogliapproccidiseguitodescritti.

Isola di Pianosa - antico pozzo alla romana; interno con radici di albero di �co a cercare acqua Foto: Roberto Giannecchini

Parco San Rossore - tubo piezometrico Foto: Roberto Giannecchini

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Figura 1 – Schema metodologico per la costruzione di un modello concettuale idrogeologico

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2.1. Analisi dell’assetto idrostrutturale

Alla base di una corretta analisi finalizzata all’identi-ficazionediunacquiferocisonotrecriteri:geologico,idrodinamico e idrochimico. L’alimentazione, lo stoc-caggioedildeflussoidricosotterraneosonoimposti,inprimo luogo,dallageologia,base fondamentaledell’i-drogeologia. La geologia identifica, permezzo di stu-distratigraficiestrutturali,gliorizzontilitostratigraficiche determinano sia la configurazione che la strutturadell’acquifero.Unacquiferoèunsistemaidrogeologicoidentificatoconundominiodispaziosotterraneofinitoecontinuo,chia-mato“serbatoio”,dovepossonotransitareflussiidriciepuòessereimmagazzinataacquasotterranea.Dalpuntodivistageologicoun“serbatoio”ècaratteriz-zatodatreinsiemididati:1) configurazionefisica,chenedescriveilsuo contorno,ilsuovolume(dimensioni)ela naturadeisuoilimitigeologicieidrogeologici; Lesuperficilimitediun“serbatoio”sono: – limiteinferioreosubstrato; – limitesuperioreotetto(nonpresente negliacquiferifreatici); – limitilaterali:affioramentodelserba- toio,passaggiolateraledifacies,di- scontinuitàstrutturali(es.faglie).Questilimitifissinoncorrispondononecessariamentealimiticronostratigrafici,maesclusivamenteavariazio-ni di conducibilità idraulica.Tuttavia, appare evidentecome una corretta ricostruzione geologica preventivaallostudioidrogeologicosiaunsupportoirrinunciabileperpoterprocedere,oltreallaricostruzionegeometricadelserbatoio,nellacomprensionediaspettipiùspecificicomelamappaturadiareeamaggioreominorecondu-cibilitàidraulicaocondiversecaratteristicheidrochimi-cheed,infine,comeguidaeffettivaperlacorrelazionedideterminatilivelliacquiferi.Èpossibilerappresentarelamorfologiaditalisuperficitramite la redazionedicarte strutturali acurve isoipse(ugualealtitudine)eacurveisopache(ugualespessore).2) localizzazionenelsottosuolopermezzodella quotaedellaprofonditàdeilimitigeologicie idrogeologici. Lalocalizzazioneinprofonditàdegliacquife- rièdeterminatadallasuccessioneverticaleal ternatadiformazioniidrogeologicheperme abili,semipermeabiliedimpermeabili;3) strutturainternaoanatomia,identificatadal lalitologiaedall’analisistrutturale: – caratteristichefisichedelserbatoio (petrologia,granulometria,facies, ecc.); – caratteristichegeochimiche(naturae solubilitàdeicostituentisolidi); – caratteristichestrutturali(deforma-

zioni, fessurazioni e fratturazioni) deimaterialichecostituisconoilser batoio.Ladistribuzionenellospaziodeidatièrappresentatapermezzodisezioniecarteidrostrutturali.Questeinforma-zionivengonopoiutilizzatecomebasepereffettuareleinterpolazionideidatipuntualiperiparametriidrodina-micieidrochimici.Alfine di procedere all’identificazione completa degliacquiferi è necessario completare il concetto geologi-co di orizzonti litostratigrafici con i dati idrodinamicisull’acqua sotterranea. L’insieme dei dati geologici,idrogeologicied idrochimici identificauna formazioneidrogeologica.Unaformazioneidrogeologicaècostituitadaunoopiùlitotipi,aventifunzioniparagonabilineiconfrontidellostoccaggioedeldeflussoidricosotterraneo.Sidevonoanalizzaretreordinidigrandezza: − unaformazioneidrogeologicache identificaunacquifero,conun tettoe unsubstrato,oppureun semi-permeabile; − lacombinazionediformazioniidro- geologichepermeabiliesemi-perme abiliintervallatedaorizzontipoco permeabilioimpermeabiliche identificanounacquiferomulti-falda; − lacombinazionedinumerose formazioniidrogeologiche,checosti tuisconounasistemaidrogeologico.Daquestosideduceche:ilcarattereidentificativoprin-cipalediunaformazioneidrogeologicaèilgradodiper-meabilità (ovvero l’attitudine del serbatoio a lasciarsiattraversaredall’acqua)comemostratoinTabella1.Inbaseatalecaratteristicasidistinguono: ➢formazioniidrogeologichepermeabili(acqui-feri), ovveroquelle chehanno laproprietàdi lasciarsiattraversaredall’acquaavelocitàapprezzabili(daqual-chemetroamigliaiadimetriannui),sottol’azionedellaforzadigravità,echecostituisconolasededellerisorseeriserveidrichesotterranee.Ammettonocomponentidimovimentosiaorizzontale(conportatesignificativeperleoperedicaptazione)cheverticale.Iparametriidroge-ologicisonodeterminabiliprincipalmenteconprovedipompaggio; ➢ formazioni idrogeologiche semi-permeabili(acquitardi),chehannoungradodipermeabilitàmediobassoepermettonoflussiidriciavelocitàpiùmodeste.Inoltre, se intercalate ad acquiferi, permettono scam-biverticali (ascendenti e discendenti) tra acquiferi so-vrapposti in condizioni idrodinamiche favorevoli; talefenomenonaturaleèchiamatodrenanzao fuga (flussod’acqua a componente essenzialmente verticale pas-santedaunacquiferoadunaltroattraversounostratosemi-permeabile,danonconfondereconilconcettodicomunicazionetrafalde).Taliscambipossonoraggiun-

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gerequantitàrilevantiascaladibacinoidrogeologico,tenendocontodellesuperfici(assaiestese)edeltempo(molto lungo).Lacomponenteorizzontaleèpressochétrascurabile. I parametri idrogeologici sono indiretta-mentedeterminabiliconprovedipompaggiosugliac-quiferipostialtettooalletto;possonoessereutilizza-ti anche test di laboratorio e particolari prove in sito; ➢ formazioni idrogeologiche impermeabili(acquicludi),ovveroquelledovelavelocitàdideflussodell’acquasotterraneaètalmentebassadaesserepratica-mentenonmisurabile(qualchemm/anno)echecostitu-isconoalcunideilimitigeologicidegliacquiferi.Anchesespessocontengonograndiquantitàd’acqua,presentesottoformadiritenzione,essanonpuòesseresfruttatainquantononèsoggettaallaforzadigravità.Entram-belecomponentidimotosonotrascurabili.Iparametriidrogeologicinonsonodeterminabiliinalcunmodoconprovedipompaggio,masolocon testdi laboratorioeconparticolariproveinsito. ➢

Tabella1-Conducibilità idraulicaematerialigeologiciperacquiferi,acquitardieacquicludi.

L’identificazionediunacquiferosibasasutrecriteri:

Coniltermineacquifero(Figura2)siintendequindiuninsiemediroccepermeabili,nonnecessariamentecoin-cidenteconuna formazionegeologica, chepresentanocaratteristichetalidapermettereildeflussosignificativodiunafaldaidricasotterraneaelarestituzione(ol’estra-zione) di acqua in quantità apprezzabili. L’estensionedelsistemaacquiferopuòessereschematizzatamedian-teunasezioneidrogeologicamoltosviluppatainsensoorizzontalenellaqualetalesistemarisultasuddivisibileintresettoriprincipali:1) zonadialimentazione,lapartepiùamonte, generalmenteadirettocontattoconl’atmo sfera,nellaqualeavvienelaricaricadell’ acquifero;

2) zonadideflusso,laparteintermedia,lungo laqualeavvieneilmovimentodelleacquedi faldaversovalle;3) zonadirecapito,lapartepiùavalle,che rappresental’areaincuileacquedifalda confluisconodirettamenteinunaltrocorpo idrico(fiume,lago,mare)ovengonoallasu perficieformandosorgenti.

 Figura2.Schematizzazioneacquifero(schemadiP.Ba-razzuolitrattodadispensedelcorsodiIdrogeologia).

Ilmezzofisicoincuiavvieneildeflussoel’immagazzi-namentodell’acquasotterraneapermettedidistinguere: • acquiferi granulari (porosi).L’immagazzina-mentoedilmovimentodell’acquaavvengonoattraversolaporositàefficaceintergranulare; •acquiferifratturati.Sonopossibilidiversicasi,secondolanaturalitologicaelecondizionidifrattura-zione della formazione; il caso più frequente è quellodella«doppiaporosità».Lacircolazioneprincipaleav-vienenel reticolodimacro-fratture; poichéquesteoc-cupanounvolumetrascurabiledell’ammassoroccioso,ancheilloroimmagazzinamentoètrascurabile.L’imma-gazzinamentoèinveceacaricodellamicro-fessurazionedell’ammasso,incuiavvieneancheunacircolazionepiùlentamapiùestesaconcaratteristichesimiliaquelladeimezziporosi.Unacquiferofratturatopuòesserefreati-co,semifreatico,semiconfinatooconfinatoinfunzionedei rapporti idrogeologici con i litotipi di tetto.Adif-ferenzadeimezziporosi,ciòchecaratterizzailregimediflussoall’internodiunacquiferofratturatoèlageo-metria e ladistribuzionedel reticolodi fratture.Negliacquiferigranularilaporositàèuniformementedistribu-itaepuòesseredefinitadaunnumero,mainunmezzofratturato sono possibili più schemi geometrici (e piùregimidiflusso)alvariaredidimensione,distribuzioneespaziaturadellefratture.Icasilimitesono:• micro-fratturazionepervasivadell’ammasso roccioso,concondizionidiflussosimili aquellediunmezzoporoso;• unicafratturabeantedigrandidimensioni, chehailserbatoiodiimmagazzinamento inunagrottaolagocarsico.

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Gliacquiferisonoinoltredistinguibiliinbaseallecarat-teristicheidrogeologichedellitotiposovrastante(Figura3): • acquiferi freatici (o liberi). Non necessaria-mentesidevonoestenderefinoalpianocampagna,pos-sonoancheaveredelle sottilicoperturemenopermea-bili.Lacondizionedeterminanteèchenonsianosaturifinoaltetto,ovverochelasuperficiefreatica,acontattocon la pressione atmosferica, sia libera di oscillare allorointerno; • acquiferi semifreatici (o semiliberi). Si pre-sentanonelcasoincuil’acquiferofreaticosiasormon-tatodaunacoperturaabassapermeabilitàrelativa,nellaqualecadelasuperficiefreatica; •acquifericonfinati.Altettopresentanounac-quicludoocomunqueunacquitardoapermeabilitàrela-tiva sufficientementebassada rendere trascurabili,dalpuntodivistapratico,gliscambiidricicongliacquiferisovrastanti. Se sono saturi, la superficie piezometricavirtuale, ovvero rappresentativa della pressione idricaall’internodell’acquifero; •acquiferisemiconfinati.Altettopresentanounacquitardochepuòestendersifinoalpianocampagnaoessereasuavoltasormontatodaunacquiferofreatico.Attraversol’acquitardo,sonopossibiliscambiidriciver-ticalicon l’acquifero freatico.Se l’acquitardoèdotatodiimmagazzinamentoproprio,puòcederedirettamenteacquaall’acquiferosemiconfinato; •sistemiacquiferimultifalda.Sonomoltodif-fusi innatura, caratterizzatidaunacquifero freaticoosemifreaticosovrappostoapiùorizzontisuccessivise-miconfinatie/oconfinati,ovveroseparatidaacquitardie/o acquicludi.Nel caso di presenza di acquitardi, gliscambifraidiversilivellisonoregolatidallecondizionidicaricopiezometricoedallecaratteristichedegliacqui-tardi.

Figura3-Tipidiacquiferi:confinato(a),semiconfinato(b,b’),semifreatico(c),freatico(d)(Celico,1986).

2.2. Porositàeporositàefficace

In relazione alle tipologie di acquifero descritte è ne-cessario soffermarsi sui concetti di porosità e porositàefficace, essendo proprietà idrologiche delle rocce ingrado di condizionare quantitativamente l’immagazzi-namentoedilmovimentodelleacquechepossonoesse-reutilmentecaptate,equindiintrinsecamentecollegatealconcettodipermeabilità.Laporositàèlaproprietàdelleroccedicontenerespazivuoti (quali che siano forma, dimensioni e frequenza)

traglielementisolidichelecompongono;essapuòes-seredistintainprimaria,quandoivuotisisonoformaticontemporaneamenteallaroccia,esecondaria,quandoivuotisisonoformatisuccessivamente.La porosità (n, pt)vienegeneralmenteespressamedianteilrapportopercentualetrailvolumedeivuoti(Vv) ed il volumetotaledellaroccia(Vt):

n = Vv/Vt·100

Ilcoefficientecosìcalcolatorappresentalaporositàtota-leperchévienepresoinconsiderazioneilvolumetotaledei vuoti (intercomunicanti e non) chepossono essereoccupatidall’acquae/odall’aria.Nellatabella2chese-guesonoriportatigliordinidigrandezzadeicampidivariazionedellaporositàtotaleinalcunerocce.

Tabella2-Valoridiporositàtotaledirocceeterreni.

La capacità di percolazione è la proprietà delle roccedicedereacquaperazionedella forzadigravità.Essavienequantitativamenterappresentatadalcoefficientedipercolazioneoporositàefficace(ne, pe),cheèespressodalrapportopercentualetrailvolumedeivuotiinterco-municanti,ovverodell’acquagravificanellarocciasatu-ra (Vg),edilvolumetotaledellaroccia(Vt): ne = Vg/Vt·100Datoche: Vg = Vv-Vr

DoveVrrappresentailvolumetotaledell’acquadiriten-zione;attraversosemplicipassaggisiarrivaallaseguen-teespressione: ne=n-Rs

doveRsèilcoefficientediRitenzioneoRitenzionespe-cifica.Laporositàefficacecorrisponde,quindi,alvolumedeivuoti intercomunicanti contenenti acqua estraibile pergravità in rapporto al volume totale della roccia; essapuò dunque rappresentare una porzione anche moltopiccoladellaporositàtotale(Tabella3).

Tabella3-Valoridiporositàefficacedirocceeterreni.

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2.3. L’idrogeofisica

La geofisica applicata studia la parte solida piùsuperficiale della Terra e rivolge le sue ricerche allarisoluzionediproblemineicampidellageologiaapplicataedell’idrogeologia,dell’ingegneriacivileeminerariaenell’individuazionedistruttureidoneeperl’accumulodiidrocarburiedifontidienergiageotermica.Le prospezioni geofisiche (prospezioni sismiche,elettriche, elettromagnetiche, radiometriche,gravimetriche) rappresentano alcuni metodi fisiciutilizzati nel campo dell’esplorazione geologica. Leindagini geofisiche si differenziano in due grandicategorie: indagini passive e indagini attive.Leprimesi effettuano prevalentemente in magnetometria e ingravimetria,dovetramitedelleappositestrumentazionisi rilevano eventuali anomalie (magnetiche ogravimetriche) rispetto all’ambiente circostante. Negliultimi anni sono stati tuttavia sviluppati metodi disismicapassivamoltoutiliedallemoltepliciapplicazionicome imetodiHVSR (Figura 4) (Nakamura, 2000) edelle antenne sismiche (ESAC), che consentono dideterminare amplificazioni e contrasti di rigidità delsottosuolo permettendo la ricostruzione del profilodivelocitàdelleondedi taglioSmedianteprocessidiinversione.

Figura 4 - Indagine HVSR, il picco rappresenta, inquestocaso,iltettodell’acquifero(calcare)aldisottodicoperturesedimentarie.

Tra le tecniche attive si fa riferimento ai rilievi ditipo geoelettrico e sismico che permettono, tramitel’attivazionenelsottosuolodidiverseformedienergia,di studiare come si comporta ilmateriale in esame altransitoditaliformedienergia.Inparticolare,sarannoanalizzatiimetodigeofisicipiùdiffusiinidrogeologia,chepossonofornireindicazioniperlaricostruzionedelsottosuoloconriferimentoallageometriaeai limitidiunacquifero.

L’approcciopiùutilizzatoinidrogeologiaècertamentela prospezione geoelettrica. I metodi di prospezionegeoelettrica utilizzano il passaggio di una correntenaturale o artificiale nel suolo analizzando la rispostadelterrenoalpassaggiodiquestacorrente.Letecnichesononumeroseepossonoesseresuddiviseinquellecheutilizzanolecorrentinaturaliequellecheutilizzanolecorrenti artificiali (metodi passivi e attivi). Al primogruppo appartengono il metodo della polarizzazionespontanea e il metodo tellurico. Del secondo, invece,fanno parte il metodo dei potenziali, il metodo deirapporti di caduta dei potenziali, il metodo dellapolarizzazioneindottaeilmetododellaresistività.Tra tutti i criteri, quello della resistività è il piùimpiegato in idrogeologia inquanto, tramite lemisuredi resistività dei terreni mediante sondaggi elettriciverticali,orizzontalietomografieelettriche,èpossibileindividuare quegli elementi che costituiscono i limitiinferiorielateralidell’acquiferoinoggetto.La proprietà di condurre corrente elettrica varialargamente da una roccia all’altra. I parametri chela esprimono sono la conducibilità elettrica o, il suoinverso, la resistività.Ogni corpo roccioso presenta un ampio campo divariabilitàdeiproprivaloridiresistività;essidipendonoinfattidalgradodiomogeneità,dallivellodialterazione,dalla presenza di acqua e dal suo contenuto salinoe, per rocce litoidi, dal grado di fratturazione. Nelcaso di terreni sciolti, la resistività elettrica dipendedalla granulometria, dai fluidi in essi contenuti e dalquantitativo in sali disciolti. A questa regola fannoeccezione le argille che, anche se compatte, hannosemprevaloridiresistivitàestremamentebassi;questoè dovuto principalmente all’abbondante acqua diritenzione che generalmente le contraddistingue e allecaratteristichedelreticolocristallinodeimineralichelecompongono.La conducibilità delle rocce, in particolare, è siametallica che elettrolitica. La conducibilità metallicaè caratterizzata dal trasporto di elettroni nellamatricestessadellarocciaedèdovutaallapresenzadimineralimetallici. E’ generalmente poco significativa nellamaggiorpartedellerocce.Laconducibilitàelettroliticaè dovuta, invece, al trasferimento degli ioni contenutinell’acqua d’imbibizione della roccia e rappresentail fenomeno più importante nella valutazione dellaresistivitàelettrica.La resistività delle rocce sature a conducibilitàelettrolitica è funzione decrescente della porositàcomunicante (l’acqua contenuta in vacuoli isolati noncomunicantinongiocaalcunruolo)edellaconducibilitàelettrica dell’acqua d’imbibizione. La resistività saràcomunquelegataallaripartizioneeallaformadeiporie delle fratture.Per le rocce stratificate la resistività varia in funzionedelladirezionedellacorrente;ivaloriminimiemassimi

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sonoottenutirispettivamentequandolacorrentescorreparallelamente e perpendicolarmente agli strati, condifferenzeanchedialcuneunità.Sipuòquindiparlaredi rocce micro o macro-anisotrope in funzione deglispessori degli interstrati. Latabella4indical’ordinedigrandezzadellaresistivitàperalcunitipidiacquaeperleroccepiùcomuni.Nella pratica, il geologo si trova a dover effettuareindaginigeofisichealloscopodirealizzareunmodelloconcettualedell’acquifero.

Tabella4-Intervalliindicatividiresistivitàdelleacqueedialcunerocce(Astier,1971).

La resistività dell’acqua d’imbibizione delle roccediminuisce quando la quantità dei sali disciolti e latemperatura aumentano, ma anche la natura dei saliincide sulla resistività. Analogamente, rocce conresistivitàelevatasesecche,comeperesempioicalcari,presenterannovaloripiùbassisesaturid’acqua.

La metodologia più utilizzata nelle prospezionigeofisichesonoisondaggielettriciverticali(S.E.V.)conildispositivoSchlumberger(Figura5).Ciòderivadalfattochequestometodoèilpiùversatile, inconsiderazionedei tempi operativi, dei costi relativamente accettabiliperlasoluzionediproblematicheperilcorrettousodelterritorio e delle sue risorse.

Figura 5 - Schema di strumentazione per misure diresistività:AeBelettrodidicorrente;MeNelettrodidipotenziale;A amperometro;V voltmetro; S soppressoredei potenziali naturali; G generatore di corrente; Iinvertitore di polarità.

Le limitazioni principali per l’esecuzione di unsondaggio elettrico sono quelle dovute alla topografiadell’area da studiare e alle possibilità di operare.Siccome l’allineamento elettrodico deve essereeffettuatolungounazimutcostante,bisognachecisianolecondizionilogisticheperchéquestoaccada,quindilapresenzadistradeconmoltecurvepuòrappresentareunostacoloper la sua realizzazione. Inoltre, la topografiaaccidentata, specie in zone dimontagna, rende questotipodiprospezionididifficileattuazione.Il metodo di prospezione geofisica attiva determinail parametro fisico resistività elettrica, relativo alleformazioni che costituiscono il sottosuolo, e permettela ricostruzione stratigrafica del sottosuolo (Figura 6).Laresistivitàelettricaèunparametroindipendentedallecaratteristiche geometriche del litotipo cui si riferisceed è definito come la resistenza elettrica per unità dilunghezza(Ω.m).

Figura 6 - Interpretazione ottimizzata di un sondaggioelettrico verticale e modello elettrostratigrafico delterreno.

L’elaborazione tomograficaconsistenellasuddivisionedello spazio bidimensionale della sezione in celle,secondo uno schema definito in riferimento alladistribuzione ed alla dispersione dei dati. Per ognunadelle cellevienedeterminata la resistivitàche soddisfiil complesso delle misure. Il grafico che ne deriva èuna sezione in cui le zone sono raffigurate da areecaratterizzatedalmedesimocoloreracchiuseall’internodi isolinee (linee congiungenti punti con lo stessovalore),Figura7.Il risultato dell’acquisizione, secondo qualsiasidispositivo,èunapseudo-sezionediresistività.Ilterminederivadalfattocheessaècostruitaapartiredallemisuredelleresistivitàapparentimisuratedaldispositivo.Ilsetdiquestemisureèpossibileconoscerloapriori,inquantolapseudo-sezioneècostruitaapartiredaipuntiincuièpossibileavereunamisuraelasuccessivasuddivisionedello spazio, che sottende l’allineamento elettrodico,secondocellechecostituisconounagriglia.

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Nella scala colorimetrica, solitamente le tinte blurappresentanoresistivitàbasse,poisipassaacolorichevannodalverdealgialloeinfinealrossoedalviola,cherappresentanolitotipiconresistivitàviaviamaggiori.

Figura7–InterpretazioneconprofilotomograficoPolo-Poloesempiodiuncasochehaconsentitodiricostruirelageometriaailimitidiunacquifero.

2.4. Analisiidrologica

Il principale postulato che deve essereassolutamente superato, prima di tutto da scienziati etecnicidi settore,daigestoridella risorsa idrica,dagliamministratori,maanchedaglistessicittadini,èquellodi considerare l’acqua dolce una fonte inesauribile.Fermorestandochenonloè,nonloèancheesoprattuttoinragionedelfattochequandosivannoaconcentrareipunti di prelievo della risorsa in un’area ristretta (ad es. uncampo-pozzi,unazonaindustrialeidroesigenteecc.),puòaccaderecheladomandaidricanonriescaadesseresoddisfattadalladisponibilità.Eciònonperchémanchieffettivamente l’acqua, ma solo perché non vieneadeguatamentequantificataladisponibilitàdirisorsainrapporto alla effettiva esigenza. Del resto, uno dei concetti fondamentalidell’idrogeologiaèquellosecondocuiladisponibilitàdiacquaneimezziacquiferièunfattoreassaipiùimportantedellestesseprecipitazioni.Queste,infatti,costituisconoil contributo di acqua ricevuta dall’atmosfera, ma èsoltanto una delle voci che entrano in gioco in unavalutazione più completa della disponibilità idricaneisistemiacquiferi. Ineffetti,unapartediacquacheprovienedall’atmosferaprendedirezionidiverseovieneperdutainvarimodi,nonpotendoessereimmagazzinatainuncomplessoidrogeologico. Inanalogiaconquantoavvieneperunbilanciodinaturaeconomica, anche inunbilancio idrico se leperdite di acqua, in un determinato periodo ed in unadeterminata area, superano le entrate, ne risulterà unbilancio passivo, mentre nel caso opposto si avrà unbilancioattivo.Rendersicontodelperchésiverifichino

tali guadagni e tali perdite, quantificarle e prevederle,comporta lo studio dei processi fisici che riguardanol’acqua, non solo nell’atmosfera, ma anche nelsuolo e nelle rocce, nonché nei fiumi, nei laghi e neighiacciai.Talestudiopuòesserefattoalivellodibacinoidrografico,dibacinoidrogeologicoodiareagenerica;naturalmente,infunzionedelledimensionidell’areadaindagarevarieràlaconsistenzaelanumerositàdeidatinecessariadavereunquadrosignificativoinmeritoalleinformazionidinaturaidrologicarichieste,inmododapotereffettuareunbilancioidricoilpiùfedelepossibilealla realtà. La differenza tra bacino idrografico eidrogeologicoè importanteesostanziale. Infatti, inunbacinoidrograficoilbilanciotraentrateeuscitenonèdettochesichiudainparità;inoltre,ancheunachiusurainparitànonnecessariamenteindicala“chiusuraidraulica”delbacino.Ciòsiverificaamaggiorragionequandosioperia livellodiareagenerica, indipendentementedalsuospartiacquemorfologico.Alcontrario,inunbacinoidrogeologico,correttamenteindividuatomedianteunostudio multidisciplinare (geologico, idrogeologico eidrogeochimico-isotopico), il bilancio entrate-uscitedevechiudersieffettivamenteinparità,alnettodierroried approssimazioni che comunque in stime di questotiposonoinevitabili. La quantificazione dei volumi di acquadisponibili in una determinata area rappresenta quindiuna base indispensabile per una corretta e razionaleutilizzazionedelpatrimonioidrico.Talequantificazionevieneeffettuatastimandoilbilancioidrico.Iterminidelbilanciosonodipersé tantosemplicidacomprendereconcettualmente, quanto complicati nella loroquantificazione.L’espressionedelbilancioèassainota,consistendoinunasempliceequazioneentrate=uscite:

P = Er + R + Idove:

P:precipitazioni(mm/anno);Er:evapotraspirazionereale(mm/anno);R:ruscellamentosuperficiale(mm/anno);I:infiltrazioneefficace(mm/anno)

Tutti i termini dell’equazione saranno tanto piùverosimili quanto maggiore sarà il numero dei puntidi osservazione, quanto più frequenti saranno lerelativemisure e quanto più ragionato sarà il periododi riferimento. In ogni caso, l’equazione dovrebbeessere analizzata almeno su un ciclo idrologico;poichéfrequentementeununicocicloidrologicononèrappresentativodell’effettivoandamentodelleentrateedelleuscite,sidovrebbefarriferimentoadunperiododitempopiùcongruo,pluriennale(ades.l’annoidrologicomedio,valutatosucircaventi-trentaanni).Si pone però anche il problema della variabilità dellestagionichestacaratterizzandoalmenol’ultimodecennio,

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percuiilregimedelleprecipitazioniel’andamentodelletemperature non sembrano seguire pienamente i trenddi qualche decennio addietro. Si possono riscontrareinfattiperiodiparticolarmentepiovosioparticolarmentesiccitosi, variazione nel numero di giorni piovosi inun anno, aumento dell’intensità delle piogge, sensibilivariazionitermicheecc.Questiaspettipossonoincidereinmaniera significativanel computodel bilancio, condifferenze ad esempio nei tassi di infiltrazione, nellaquantificazionedeideflussisuperficiali,ancorchénelleprecipitazionistesse.Daquiilmotivopercuipotrebbeessereutileindividuareunperiododitempoinmaniera“ragionata”, compatibile con le caratteristiche meteo-climatiche“aggiornate”diunadeterminataareadistudioe in grado di essere efficace nella stima quantitativadei volumi idrici in gioco nel breve-medio termine,fermo restando il pur sempre imprevedibile scenariometeorologicodicuisi“pretendono”previsioni. Ciò che certamente non cambia, almenonel periodo di tempo che si considera, è il contestoidro-strutturale, che solo un geologo virtuoso riesce adeterminareconsufficienteattendibilità. Inquestocapitolosarannofornitielementiutilicircailreperimentoeiltrattamentodeidatiidrologicidibase,senzaentrarenelmeritodell’individuazionedelbacinoidrogeologico, per il quale è necessario l’approcciogeologico e idro-strutturale, possibilmente affiancatoda indagini idrogeochimico-isotopiche, attraverso ilqualeindividuarei litotipipermeabili,semi-permeabilie impermeabili, i complessi idrogeologici, la lorodisposizione e il loro assetto geometrico, le aree dialimentazioneerecapito. La quantificazione dell’equazione di bilanciocomporta quindi la stima di ogni singola variabiledell’equazione, sia per quanto riguarda le entrate(precipitazioniP),siaperleuscite(evapotraspirazionereale Er, ruscellamento o deflusso superficiale R, infiltrazione I). È tuttavia doveroso ricordare che,in presenza di aree o bacini idrografici (quindi nonidrogeologici),iltermineIpuòcomportarsisiadauscitachedaentrata.Naturalmente,ricavareunoqualsiasideiterminidell’equazioneperdifferenza,notigli altri tre,puòessere fatto soloedesclusivamenteperunbacinoidrogeologico chiuso; per qualsiasi area o bacino incui non ci sia certezza della effettiva chiusura, ciòcomporterebbedichiararnelachiusuraapriori,rischiandodicommetteregravierrorinell’interpretazionedeidatienellaquantificazionedellarisorsa. Buona parte dei fattori suddetti necessita dialmenotreinformazionibasilari,ovveroprecipitazioni,temperatura e deflussi superficiali, per cui si rendenecessario reperirli. In considerazionedell’esigenzadiaveredatipluriennali,lacosamiglioredafareèquelladiattingereallebanchedatigestitedaglientiprepostialmonitoraggiometeo-climatico.InItaliaquestocompito

vienedinormasvoltodaiCentriFunzionaliRegionali,ma esistono anche diverse altre strutture, pubblichee private, che gestiscono reti dimonitoraggio dei datiidrologici, per cui, di volta in volta, è utile accertarsideglistrumentidimonitoraggiopresentiinunadataareaverificandoneanchelaseriestorica.Adesempio,stazionidi monitoraggio, prevalentemente pluviometrico,talvoltaancheidrometricoetermometrico,sonogestiteanchedaiconsorzidibonificaedaglientigestoridelleretiacquedottistiche.InToscana, attualmente, il territorio è coperto da unareteassaifornitaebendistribuitadistazionicheoperanoin gran parte in telemisura, gestite principalmente dalServizio Idrologico Regionale (S.I.R. - http://www.sir.toscana.it) (ex Ufficio Idrografico e Mareograficodi Pisa) e dall’Agenzia Regionale per lo Sviluppo el’InnovazionenelsettoreAgricolo-forestale(A.R.S.I.A.- www.arsia.toscana.it). Tutti questi dati, integratida quelli rilevati da altre istituzioni pubbliche comeil Laboratorio per la Meteorologia e la ModellisticaAmbientale (La.M.M.A. -www.lamma.rete.toscana.it) e l’IstitutodiBiometerologiadelC.N.R. (www.ibimet.cnr.it), convergono sul portale del Centro FunzionaleRegionale (http://www.cfr.toscana.it) istituito dalla RegioneToscana confini di ProtezioneCivile. PressoilCentroFunzionaleèpossibile accedere, liberamenteosuspecificarichiesta,allebanchedatirelativeaidatipluviometrici, termometrici, idrometriciepiezometricidellestazionidimonitoraggiogestitedall’ente.Oltreaquesto,esistonoanchealtreimportantirisorsedidati,inparticolarepluviometricietermometrici,tracuisiricordail servizio di Meteoapuane (http://www.meteoapuane.it) per la provincia diMassa-Carrara, che implementasignificativamente la rete di monitoraggio e controlloregionale in un’area, quella apuana, particolarmentesensibileadifferenzelocaliinterminidiprecipitazionietemperatura.

2.5. Precipitazioni

SempreconriferimentoallaRegioneToscana,ilCentroFunzionale gestisce attualmente diverse centinaia distazioni pluviometriche, in buona parte automatiche(Figura8),altreancoradi tipo tradizionale (Figura9).Alcunediquesteultimesonodismesse,maconservanosignificative serie storiche, utili nella elaborazione didaticlimaticisulmedio-lungoperiodo.Ladisponibilitàdei servizi on-line sta anche permettendo di accederedirettamenteosu richiestaaidaticontenutineivecchiAnnali Idrologici prodotti dagli ex Uffici Idrograficie Mareografici nazionali. In Figura 10 è riportata unesempiodischermatadeidatidisponibilion-lineperunastazionepluviometrica.

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Figura 8 - Mappa delle stazioni pluviometriche automatiche gestite dal SIR (http://www.sir.toscana.it

Figura 9 - Mappa delle stazioni pluviometriche tradizionali gestite dal SIR (http://www.sir.toscana.it).

Figura 10 - Esempio di schermata di dati consultabili (ed estraibili) nella banca dati del Servizio Idrologico Regionale. La rete di monitoraggio pluviometrico della RegioneToscana è certamente di ottimo livello, tra lemigliorisul territorio nazionale, anche se, come è fisiologico,non tutte le aree sono egualmente coperte. I problemimaggiori si riscontrano soprattutto con le alte quote,doveilnumerodellestazionièminoreedoveinveceleprecipitazionipossonovariareinmanieraimportante,siaperl’effettoquota,maancheinluoghivicinipereffettodilocalimicroclimi.Inaltricasi,puòcapitarechealcunestazioni di monitoraggio non abbiano funzionato perun significativo lasso di tempo all’interno del periodoconsiderato.A frontediquesteproblematichepossonoessereadottatedueprocedure (rispettivamentedettediconfrontoedellestazionifittizie)finalizzateamigliorare,siapurconunacertaapprossimazione,ladistribuzionedei dati sia in termini temporali sia territoriali. Laproceduradiconfrontopuòessereutilizzataper completare le serie di dati relative a stazioni nonfunzionanti in periodi di interesse: disponendo adesempio di due serie di osservazioni comparabili,delle quali una completa e l’altra con minor periododi funzionamento, il metodo prevede che si possaammettere, entro certi limiti, che il rapporto tra irispettivivalorimediriferitialperiododifunzionamentocomune alle due stazioni sia valevole anche per ilperiododiassenzadirilievinellastazionecarentedidati. In aree prive di stazioni di monitoraggio,possono essere collocate stazioni fittizie allo scopodi una maggiore disponibilità di dati sul territorio.La metodologia prevede di attribuire a tali stazionivalori di pioggia calcolati mediante la ricostruzionedi relazioni piovosità/quota. Si procede quindinell’individuare la relazioneP=b0+b1q, che lega lapiovosità(P)allaquota(q),attraversoanalisidiquella

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regressionebasate suidati pluviometrici ed altimetricidi stazioni esistenti. La scelta di quest’ultime avverràessenzialmentesullabasedellaquotaedell’esposizionealle correnti umide predominanti. Poiché suddettarelazionevariadabacinoabacinoe,all’internodiunostessobacino,daunversanteall’altro,talvoltaèopportunodeterminare più relazioni P-q relative a zone ritenuteomogeneesottol’aspettomorfologicoediesposizione.Una volta completato e integrato il quadro dei datipluviometrici disponibili sul periodo di tempoconsiderato, si deve passare da una distribuzionepuntuale dei dati disponibili per ogni stazione aduna areale, con metodi di interpolazione ritenuti piùopportuni(cartedeitopoieti,delleisoiete,ecc.).Questopermette di ottenere la lama d’acqua rappresentativadegli afflussi in entrata sull’area di studio.

2.6. Temperaturaedevapotraspirazione

Sulle banche dati gestite dal Centro FunzionaleRegionale dellaToscana, si possono ottenere anche leinformazioni termometriche, che sono indispensabiliper la quantificazione del termine evapotraspirazionenella relazione del bilancio idrico. Anche per ilmonitoraggio di questo parametro, la Regione ha indotazionediversestazioni(Figura11),siaautomatiche,sia tradizionali, Come per le stazioni pluviometriche,esistono alcune stazioni termometriche dismesse, mache conservano significative serie storiche, utili nellaelaborazione di dati sul medio-lungo periodo. I datitermometrici sono disponibili on-line o su richiesta.

Figura11-MappadellestazionitermometrichegestitedalSIR(http://www.sir.toscana.it).

Come si può notare anche dalla Figura 11, la retetermometrica della Regione Toscana, così comeaccade in generale, è meno fornita rispetto a quellapluviometrica. A tale inconveniente si può porre

rimedio accettabile sfruttando il maggior gradodi correlazione tra variazione di temperaturae variazione di quota altimetrica (Figura 12).

Figura12-Esempiodicorrelazionedidatitermometrici,dovesinotaunasostanzialesimilitudinetralarettadiregressioneottenutadaidatitermometricimedidi30stazionifunzionantineibacinitirrenicidellaCampania(lineacontinua)equellariferitaallesettestazionidellazonadeimontidiSarno(lineatratteggiata)(Celico,1986).

Dopo aver reso omogenee le informazioni circai dati termometrici e pluviometrici, la stimadell’evapotraspirazione viene effettuata per ogni stazione termo-pluviometricasullabasedeivalorimediditalidati,applicandometodologieeformuleempiriche,tracuiquellepiùusatesonoancoraquellediTurcediThornthwaite.LarelazionediTurcvalutal’evapotraspirazionerealemediaannuaEr(inmm):

2L

2P0,9

PEr

dove P è la precipitazione media annua (in mm) edL è un parametro denominato potere evaporantedell’atmosfera, funzione cubica della temperaturasecondo la relazione L=300+25T+0,05T3,Tè latemperatura media annua (in °C). Santoro (1970),a seguito di uno studio effettuato su 192 baciniidrogeologici della Sicilia, ha proposto una formulamodificataperilcalcolodiL,chesièdimostratavalidainambientearidoesemi-arido,per temperaturemedieannuecompresetra10°Ce18°C:L=586-10T+0,05T3.

L’approcciodiThornthwaite(1948)permettediricavare

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l’evapotraspirazione reale (Er) tenendocontoanchediquellapotenziale(Ep).Quest’ultimaèvalutatapertuttiimesi(Epm)dell’annomediotramitel’equazioneseguente:

dove:Epm:evapotraspirazionemediamensile(mm);K:coefficientedipendentedalleored’insolazionemediamensile e funzione unicamente della latitudine e delmese(fornitodaappositiabachi,tabella5);I: indice termico annuo, dato dalla sommatoria degliindici termici mensili (i), ciascuno espresso da i =(Tm/5)1,514;Tm:temperaturamediamensile(°C);α: funzione cubica dell’indice termico annuo (α =0,49239+1792×10-5I-771×10-7I2+675×10-9I3).

Tab. 5 - Valori mensili del coefficiente K a diverselatitudini.

Dai valori di Epm si passa a quelli medi mensilidi Er tenendo conto della capacità idrica dicampo C (quantità massima di acqua di ritenzionecontenuta nel terreno agrario), calcolata conmetodi diretti e indiretti (vedi anche Celico, 1986).Nei mesi in cui le precipitazioni P sono superioriai valori di C abbiamo un’eccedenza idrica D chesi allontana dalla zona interessata dall’apparato radicale defluendo sia in superficie (ruscellamentoR) che per via sotterranea (infiltrazione efficaceIe): in queste condizioni l’evapotraspirazionereale Er eguaglia quella potenziale (Ep).Nei mesi in cui le precipitazioni P nonsono sufficienti ad eguagliare i valori di Csi possono verificare i due casi seguenti:- nel generico mese (i) di riferimento Eri = Epi se la somma tra le Pi e le riserve idriche rimastenel terreno alla fine del mese precedente (Ai-1) riesce almeno ad eguagliare il valore di Epi;-seciònonavvieneErièinferioreaEpiedinparticolareèugualeaPi+Ai-1,seallafinedelmeseprecedenteesisteancora una certa riserva invasata nel terreno, oppurecorrispondealvalorediPinelcasocheAi-1siaugualeazero.

Si giunge al valore dell’evapotraspirazione reale annua (Er) sommando i singoli valori mensili (Eri).Qualunquesiailmetodoutilizzatoperstimareilvaloredell’evapotraspirazione, come già osservato per i datipluviometriciancheinquestocasoidatipuntualiottenutisulle singole stazioni devono essere estesi sull’areale di riferimento, inmodo da ottenere la lama d’acqua cheescedalsistemaattraversoilprocessoevapotraspirativo.Non è superfluo ricordare, tuttavia, che le formuleutilizzateperlastimadell’evapotraspirazionederivanoda sperimentazione in campo agronomico e forestale,per cui il loro utilizzo in campo idrogeologico deveessereconsideratoconledovutecautele.Specialmentein bacini montani caratterizzati da affioramentidi rocce carbonatiche, quindi molto permeabiliall’infiltrazione delle acque di precipitazione,caratterizzate da scarsa copertura pedologica evegetazionale, i valori di Er ottenuti con tali formulepotrebbero essere sensibilmente sovrastimati.

2.7. Portatedeicorsid’acquaeruscellamento superficiale

Tra i dati idrologici di base da acquisire inidrogeologia, una voce importante, che rientra ancoranell’equazionedelbilancio,èrappresentatadalleuscitedalbacinoodall’areadistudiotramitelaretedideflussoo ruscellamento superficiale (R). Questo parametroè facilmente quantificabile per i bacini dei corsid’acqua più importanti, in modo particolare laddovesi consideri la sezione di chiusura del bacino per leanalisi idrologiche in corrispondenza di una stazionedi monitoraggio idrometrico. Infatti, i corsi d’acquaprincipalisonosolitamentedotatidiunaopiùstazionidimisura delle portate di deflusso, in genere ottenuteattraverso l’acquisizione dell’altezza idrometrica delcorso d’acqua.Anche per ilmonitoraggio dei deflussisuperficiali, la Regione gestisce molteplici stazioni(Figura 13), sia automatiche (idrometri a ultrasuoniin telemisura), sia tradizionali (idrometrografi e asteidrometriche). I dati idrometrici sono disponibilion-line o su richiesta e, in parte, recepiscono anchele banche dati contenute negli Annali Idrologici(parte II), che fino ad alcuni anni fa rappresentavanola principale fonte anche dei dati idrometrici. Il passaggio dall’altezza idrometrica misuratadagli strumenti al valore della portata di deflussoavviene generalmente tramite la ricostruzione dellacurva di deflusso per ogni sezione dimisura, ottenutasperimentalmente attraverso numerose misure delleportate e dei corrispondenti livelli idrici (la sezionedel corso d’acqua viene generalmente regolarizzata).

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Figura13-MappadellestazioniidrometrichegestitedalSIR(http://www.sir.toscana.it).

Purtroppo, in considerazione della reteidrometrica regionale, significativa ma nonsufficientemente capillare per gli obiettivi deglistudi idrogeologici, spesso bisogna far ricorsoa misure dirette in sito. Le misure consistononell’analisi della sezione bagnata (S, in m2) e della velocità media (Vm, in m/s) delle acque che laattraversano (Fig. 14), in modo da poter calcolare laportata (Q, in m3/s) con l’espressione Q = Vm × S.

Figura 14 - Schema di sezione bagnata di un corsod’acqua.

Sepossibile,èsempreopportunosceglieresezioniconprofilod’alveopiuttostoregolare,inmododagarantireun’agevole misura delle dimensioni della sezionebagnata(ades.conastegraduate,perlealtezze,erotellametricaperlalarghezza)ediridurrealminimoglieffettidi un’eventuale turbolenza, che condizionano la stimadella velocità del flusso. Quest’ultima viene acquisitamediantemulinelliidrometriciocorrentometri.Inalcunicasi,inparticolareseglialveinonsonotroppoampi, possono essere predisposti degli stramazzi,provvisori o permanenti, che regolarizzano la sezioneidraulicaepermettonovalutazionidellaportataliquidamediantel’acquisizionedeldatodellivelloidrometricoa monte dell’apertura dello stramazzo. Questo datovienepoiinseritoinformulechedifferisconoinfunzione

del tipo di stramazzo usato (ad apertura triangolare,rettangolare,ecc.),dallequalisi ricavalamisuradellaportatainuscitadallostramazzo(Celico,1986).In un bilancio idrologico, anche i dati sui deflussisuperficiali dovrebbero essere acquisiti in diversestagioni e per diversi anni, in modo da disporre divalorimedisuuncongruoperiododitempo,comunquecompatibilecongliobiettividelbilancio.

2.8. Livellipiezometrici

Lamisuradeilivellipiezometriciconsentediricostruirelasuperficiepiezometricadellafaldaoggettodistudio,ovverodirisalireadunaseriediinformazioniimportanticome la geometria del reticolo di flusso sotterraneo, iquantitatividellarisorsaidricaolaportatadellafaldaadunadeterminatasezione,dicontrollareirapportitrafaldaesuperficid’acqualibera,leoscillazionipiezometrichestagionali,ecc. I rilievi piezometrici si effettuano sia inpiezometri che in pozzi, ma generalmente più inquest’ultimi vista la loro consistente presenza sulterritorio. Per falde freatiche, l’acquisizione dei datipiezometricidevecomprendereanchelemisurerelativialleacquesuperficiali(corsid’acqua,laghi,stagni,ecc.),presuppostiincollegamentoidraulicoconlafalda. In generale, il primo passo consiste nellaraccolta sistematica delle informazioni relative siaal numero e alla distribuzione dei pozzi nell’aread’interesse, sia alle caratteristiche tecniche dei pozzistessi(profondità,diametro,quotadeifiltri,ecc.).Unostrumento più o meno corredato di tutta questa seried’informazionièildatabasegestitodagliufficiprepostipresentinellevarieprovince.L’informazioneriguardanteil condizionamentodelpozzo, inparticolareposizionedei filtri e sigillatura sovrastante, è essenziale al finedi selezionare i pozzi rappresentativi dell’acquiferooggetto di studio, anche mediante un confronto conlageometriadel sistemaacquiferonotaodesunta.Unaltro importante criterio da seguire riguarda la idoneadistribuzione dei pozzi in funzione degli obiettividellostudio; in talsenso,comeprincipiogeneralepuòvalere quello della distribuzione omogenea dei puntidi rilevamento,ancheseperproblematichespecifiche,quali ad esempio la valutazione dei rapporti fiume-falda, o l’approfondimento di un’area soggetta a fortidepressionipiezometriche,èutileinfittire,sepossibile,ipuntidimisurainporzionispecifichedell’area. Come noto, le misure si effettuano tramiteunasondapiezometrica(freatimetro),costituitadaunaguaina centimetrata flessibile, contenente un circuitoelettricochesichiudeunavoltaacontattoconl’acqua.Lachiusuradelcircuitoèavvertitainsuperficietramiteun segnale acustico e/o ottico.La lettura va effettuatarispetto ad un punto fisso di riferimento (ad es. labocca pozzo); il valore di profondità della superficie

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piezometrica rispetto a tale punto va poi trasformatoin quota piezometrica, ovvero in m s.l.m., nota laquotaassolutadelpianocampagnae/odelpuntofissodi riferimento della misura. La tecnologia modernapropone anche sonde piezometriche che, collocateal di sotto della superficie piezometrica in pozzi epiezometri,acquisisconodatiincontinuo,conscansionetemporalevariabileasecondadegliscopidel lavoro.Idati acquisiti dalla sonda possono poi essere trasferitiin remoto all’operatore oppure essere acquisiti in sitomediante appositi supporti informatici. Spesso, talisondeacquisiscono,oltrealdatopiezometrico(acquisitocome altezza della colonna d’acqua soprastante lasondastessa),anchealtriparametriutiliinidrogeologia(es. temperatura, conducibilità elettrica, pH, ecc.). LaRegione Toscana, attraverso il Servizio Idrologico,rendedisponibilidatipiezometriciacquisitiincontinuodasondeautomatichesuunaretecostituitadacirca130puntidistribuiticomeinFigura15. Purnellamarcatavariabilità che contrassegnadaalcuniannigliandamentistagionalidellepiogge(econseguentemente anche l’entità e la variabilità dellosfruttamentodelle faldeacquifere),nell’ambitodiunostudio idrogeologico vengono generalmente eseguitealmeno due campagne piezometriche di riferimento,rispettivamente in regime di morbida (alla fine dellestagioni piovose) e in regime di magra (alla fine delperiodosiccitoso).

Figura 15 -Mappa delle stazioni freatimetriche gestitedalSIR(http://www.sir.toscana.it).

L’elaborazione dellemisure permette di ottenere cartepiezometriche, carte della soggiacenza (profondità dellivellodisuperficiepiezometricarispettoalp.c.),cartedegliabbassamenti(differenzetrailivellipiezometricidi morbida e di magra), tutti strumenti utili per lacomprensione dei flussi idrici nel sottosuolo e insupportoaglistrumentidipianificazioneegestionedella

risorsa idrica.Perun’adeguatacostruzionedelle curveisopiezometriche, sia attraversometodi grafici sia conl’ausilio di algoritmi di calcolo, non è sufficiente lasolaoperazionediinterpolazionedeidatisperimentali,ma devono essere valutati tutti i fattori che possonocondizionarelamorfologiadellasuperficiepiezometrica,qualilimitiaflussoeapotenzialeimposto,variazionidi permeabilità, presenza di zone di recapito dellacircolazione (es. sorgenti), restringimenti/allargamentidellasezionepercorribiledalleacque,ecc.

2.9. Portatedellesorgenti

L’acquisizione del parametro riguardante la portatadelle sorgenti è sempre piuttosto complessa per unaserie di motivi. Innanzitutto, perché, salvo pochi casidi sorgenti importanti captate, non esiste una rete dimonitoraggiodiquestaimportanteinformazione.Inoltre,se la sorgente non è captata e quindi rappresenta unascaturiginenaturale,nonsempreèsempliceraccogliereequantificaretuttal’acquainemergenza,specialmenteladdove trattasi di emergenze diffuse. Per quantoconcerne le sorgenti captate, si può far riferimento aigestoridelleretiacquedottistiche,che,inalcunicasidisorgentiimportanti,dispongonodimisuratoridiportatain continuo, che spesso si basano sulle differenze dipressione registrate con manometri differenziali trale diverse sezioni di un tuboVenturi. In altri casi, sele sorgenti captate sono state costruite con vasche diraccoltamunitedistramazzi,possonoessereeffettuatemisureperiodichedellaportata.Neicasiincuilasorgentesiasprovvistasiadistrumentidimisura, sia di stramazzi all’internodi unbottinodipresa, per le misure di portata di emergenze naturalisi può ricorrere all’utilizzo di mulinelli idrometrici edi idrometrinelflusso idriconell’alveo inuscitadallasorgente,qualoralasezioneincuiconfluisconoleacquesorgive abbia dimensioni e profilo tali da consentirlo,analogamente a quanto visto per le misure di portatadei corsi d’acqua. Ugualmente, può essere realizzatosull’alveo uno stramazzo da utilizzare con gli stessicriteri.I dati di portata delle sorgenti, oltre a poter essere utilizzatiper losviluppodibilanci idrologici,possonofornire utili indicazioni, anche se qualitative, riguardodell’idrodinamica del sistema acquifero sotteso allesorgenti stesse. Inoltre, l’analisi dei dati nei periodi di esaurimento(curvediesaurimento)permettedistimareivolumidellerisorsedinamiche,delleriserveregolatricie dell’immagazzinamento dinamico, oltre che diipotizzare i valori di portata nel periodo di massimamagradellesorgenti.Quest’ultimoaspettoèdiindubbiovantaggio ad esempio nella gestione degli acquedotti,poiché consente di conoscere con largo anticipo leportatechesarannodisponibilineiperiodidimaggiorecrisiidrica.

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3. GLI ASPETTI IDRAULICI ED IDRODINAMICI

Nei paragrafi seguenti verranno descritte le tipologiedi acquiferoe le lorocaratteristichedalpuntodivistadinamico. Gran parte del materiale utilizzato derivadalledispensedelcorsodiIdrogeologiadelProf.PieroBarazzuoli.

3.1. Caratteristicheetipologiediacquiferi

L’acquifero è un sistema idrologico dinamicoidentificabiledacinqueaspettiprincipali:1) unserbatoio,cheèunospaziofinito caratterizzatodallesuecondizioniai limiti,dallesuedimensionioconfigurazione, dalla sua organizzazione interna o struttura esiidentificaconunaformazione idrogeologicaoconunacombinazionedipiù formazioniidrogeologiche;2) processiinterniidrodinamici,idrochimicied idrobiologicicheregolanolesuefunzioni rispettoall’acqua,cioè: - immagazzinamentodivolumi d’acqua, - trasferimentodivolumid’acquaedi energia potenziale, - scambigeochimici;3) sequenzadelciclodell’acqua,caratterizzata dallacoppiainput/rispostaespressainfunzione deltrasferimento;4) variabilitàspazialedituttequeste caratteristiche;5) condizioniditempo,datochetuttelemisure dellecaratteristichevannoriferiteaduno stessointervallotemporale,siaessobreve chelungo.Inquest’ultimocasoivalorimedi dellecaratteristichebasatesull’analisididati riferitiaseriestorichepotrebberoessereusati per fare previsioni.Laconfigurazionesibasasulledimensionidell’acquiferoe sulle caratteristiche dei suoi limiti geologici edidrodinamici:- la base dell’acquifero (substrato) è costituita sempreda una formazione idrogeologica impermeabile ocomunqueassaimenopermeabilerispettoall’acquifero;-illimitesuperiorepuòessereinveceditretipi:1) idrodinamicoconfluttuazionilibere:acquifero afaldaliberaofreatica(Figura16).Illimite superioredellafaldaècostituitodalla superficiepiezometrica,cheèunlimite idrodinamico.Essapuòalzarsiedabbassarsi liberamentenellaformazioneidrogeologica permeabile(fluttuazionidellasup. piezometrica),dacuiilnomediacquiferoa faldalibera(ofreatica).

Lasuperficiepiezometricaèdeterminata attraversol’insiemedeilivellipiezometrici misuratiinvaripuntidimisura(pozzie piezometri)edèriferitaallivellodelmare.

Figura16–Acquiferoafaldalibera.

2) geologicoimpermeabile:acquiferoafalda confinata(Figura17).Illimitesuperioredella faldaècostituitodaunlitotipoimpermeabile. Selecondizionidiricaricaloconsentono,la faldacontenutanell’acquiferopuòessere sottopostaadunacertapressione.Quando un sondaggio attraversa il tetto di tale tipologiadiacquifero,lapressione dell’acquadifaldadeterminaunarisalita dellacolonnad’acquanelforo,fin quandolapressionedell’acquaviene eguagliatadallapressioneatmosferica.Tale livellocostituisceillivellopiezometrico dellafaldainpressione.Nelcasoincuila pressionedell’acquadifaldaètaleda faremergerel’acquaaldisopradelcampagna (illivellopiezometricoaldisopradella superficiedelsuolo),siparladiacquifero afaldaartesiana.Intalcasol’altezza dellivellopiezometricorispettoalpiano dicampagnavienedettaprevalenza.

Figura17–Acquiferoafaldaconfinata.

3) geologicosemi-permeabile:acquiferoafalda

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semiconfinataoafuga(Figura18).Quando duefaldeseparatesonomesseidraulicamente incomunicazionedaunaformazione idrogeologicasemi-permeabile,sonopossibili traqueste(incondizioniidraulicamente favorevoli)scambiidricichiamatifugao drenanza.Ilfenomenoavvienequandotrale due falde esiste una differenza di potenziale idraulico;intalcasol’acquasisposta attraversoilsemi-permeabilenelladirezione chevadall’acquiferoamaggiorpotenzialea quelloaminorpotenzialeidraulico.

Figura18–Acquiferoafaldasemi-confinata.

Ilserbatoiodell’acquifero,alimentatodall’infiltrazioneodacorsid’acquaodafaldeaffluenti,assolvetrefunzionineiconfrontidell’acquacheloattraversa.Essesonolaconseguenzadimeccanismiimpostidallasuastruttura:1) funzione serbatoio o capacitiva: immagazzinamentodell’acquaevariazione dell’immagazzinamento;questafunzioneè associataalconcettodiriserva;2) funzione di condotta:cioèquelladipermettere ilmovimentodell’acquasotterraneadi propagareduetipidiinfluenze: - iltrasportodiquantitàd’acqua, disostanzemineraliedorganiche insoluzioneesospensioneedimicro- organismi,dailimitidiapporto (alimentazione)versoquellidiuscita (emergenzenaturaliedartificiali); - latrasmissionedidifferenzadi pressioneedicarico(trasferimento dienergia),funzioneassociataal concettodideflussoidricosotterraneo.3) funzione di scambi o di interazionifisico- chimichetrailserbatoioel’acquasotterranea (calore,dissoluzioneoprecipitazionedisali, scambiionici,ecc.).Nellazonanon

saturailserbatoiotalvoltasvolgeun ruoloidrobiologicoperilpotereautodepurante deisuoli.Questafunzioneèassociataal concettodiqualitàdell’acquasotterranea.

3.2. Comportamentidell’acquifero

L’acquifero è un sistema dinamico che, nei confrontidell’acqua sotterranea, presenta tre comportamentirisultanti dalle funzioni del serbatoio in relazionead impulsi esterni imposti ai suoi limiti; impulso,trasferimento e risposta. Questi comportamentiassicurano una regolamentazione delle portate e dellecaratteristicheidrochimiche,oaddiritturaidrobiologiche,deideflussiall’uscita.L’acquifero subisce ai suoi limiti degli impulsiidrodinamici attraverso apporti di quantità d’acqua(trasferimento di massa) o variazioni di pressione ocarico(trasferimentodienergia),chesononormalmentedi forte intensitàebrevedurata (ades. infiltrazionediacquaaseguitodiunrovesciodipioggia).Giocando sulle sue funzioni serbatoio e condotta,l’acquifero assicura una regolazione naturale(modulazione)nellospazioeneltempodellasuarispostaodeflusso.Questafunzioneregolatrice,paragonabileaquelladiunadigarispettoalregimediuncorsod’acqua,svolge un’azione assai più importante (soprattutto seelevatisonoivolumidellariservaidricasotterranea)inquantoquestavienetrasferitaintempimoltolunghi(avoltealcunianni),percuiunsoloannodialimentazionealdi sopradellamedia (annoumido)puòcompensarel’effettodipiùannideficitari(anniaridi).Ifattoridelcomportamentoidrodinamicodiunacquiferosono:

- lecondizioniailimiti:tipidilimite,quantitàdi ricaricaedideflusso;- levariazionidell’immagazzinamento sotterraneooriservaregolatrice;- ilregimedeldeflussoidricosotterraneo;- lostatoinizialeelevariazionineltempodei trefattoriprecedenti:seriestorichedelle portate,deilivellipiezometriciedellariserva regolatrice.

3.3. Movimentodell’acquaneimezziporosi Staticadeifluidineimezziporosisaturi

Tra le leggi dell’idrostatica, quella fondamentale è laleggediStevinoperlaquale:lapressioneall’internodiun liquidopostoallaprofonditàHèdatadallasommadella pressione idrostatica (γ H) e della pressioneatmosferica che si esercita sulla superficie libera delliquido.Inciascunpuntodiunmezzoporososaturoconunfluidoincondizionistaticheedaventepesospecificoγ,esiste

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unapressionePtaleche,introducendonelmezzosaturountubopiezometrico,inessol’acquarisalediun’altezzaltaleche:l=P/γinmodochesimantengaunequilibriodi pressione. Seprendiamouncertopianodiriferimentoillivellohdiacquanelpiezometroè:

h=l+Z=(P/γ)+Z

essendo Z l’altezza del punto in questione rispetto alpianodiriferimento.Ilvaloredihcosìdefinitosichiamalivellopiezometrico(Figura19).

Figura19–Livellodell’acquainunmezzoporosoconilfluidoinquiete.

Inunsistemastaticoèfaciledimostrarecheinciascunpuntodelmezzoporososihalostessovaloredih,cheèquindicostante.Se si tratta di un acquifero a falda libera il livellopiezometrico segnerà il passaggio tra la zona satura equella non satura e si troverà semplicemente ad unapressionepariaquellaatmosferica.

3.4. Movimentidell’acquanelsottosuolo Dinamicadeifluidi

Leacquechesiinfiltranonelsottosuolosonosoggetteaduetipidimovimentiprevalenti:

- movimentisub-verticali,neiqualic’èunanettaprevalenzadellacomponenteverticalerispettoaquellaorizzontaleecheriguardanolazonadiaerazione(nonsatura).Questicomprendonoilmovimentodiscendentelegato alla percolazione delle acque verso la falda,il movimento ascendente dovuto alla capillarità e leoscillazionidel livellopiezometrico(conalternanzadimovimentiascendentiediscendenti);- movimenti sub-orizzontali, dove viceversac’èunanettaprevalenzadellacomponenteorizzontalerispetto a quella verticale. Essi avvengono nella zonadi saturazione e riguardano lo spostamento dell’acquadi falda (o deflusso della falda) sotto l’azione dellaforzadigravità.Questimovimenti,quindi,comportanoil trasferimento di quantitativi d’acqua, variabili neltempo,dallezonedialimentazioneaquelledirecapito.

Gli studi idrogeologici riguardano soprattutto leacque di movimento sub-orizzontale perché sono più

facilmenteedutilmenteestraibili.Quellecaratterizzateda movimenti sub-verticali interessano in particolareai fini della valutazione della permeabilità della zonanon satura, delle risorse disponibili e nello studiodell’evoluzione dell’inquinamento nella zona nonsatura. Infatti, le acque che percolano verso il bassorappresentano la ricarica dell’acquifero ed anche ilmezzoprincipalediintroduzionedisostanzeinquinanti,mentrequellechemigranoversol’altocoincidonocondelle perdite in quanto si tratta di volumi idrici chesfuggonoallapossibilitàdiutilizzazione.Perquantoriguardaildeflussodellafalda,agrandescalaèpossibiledistinguereilmovimentodatodaunaseriedipiccolissimitubidiflusso(filettiidriciofilettiliquidi),aventi sezione infinitesima, i quali seguono traiettoriediverse all’interno dei vuoti intercomunicanti dellaroccia/terreno;apiccolascalasihailmovimentodellacorrente idrica che, costituita dall’insieme dei filettiidrici della falda, simuove secondo direzione e versoderivanti dall’insieme di tutte le traiettorie esistenti alivelloelementaree,quindi,secondolineedicorrenteolineediflusso(Figura20).

Figura 20 - Filetti idrici e linee di flusso.

Se inunpuntoqualsiasidellamassa liquida,al tempot, le particelle di un filetto liquido che si succedonohanno la stessa velocità, occupano posizioni identichee presentano la stessa pressione, la falda simuove inmotopermanente (anche se la velocitàdelleparticellepuò cambiare lungo la stessa traiettoria in funzionedella larghezza dei tubi di flusso). Se la sezionedell’acquiferoècostanteeselavelocitàdelleparticelledeisingolifilettiliquidirisultaanch’essacostantenellediversesezioni(ovverononintervengonoaccelerazionio decelerazioni), si ha un caso particolare di motopermanente che viene chiamato moto uniforme. Se,invece, velocità e pressione risultano variabili si ha ilmotovario,cheèquellochesiriscontranellarealtàdellefalde idriche;essopuòcomunqueessereassimilatoadunasuccessionedistatidimotopermanenteinquantoleacquedifaldasimuovonoconestremalentezza.Ifilettiliquidi(equindilelineediflusso),lacuiesistenzaèquindiassociataalconcettodimotopermanente,sonotagliati ortogonalmente da linee equipotenziali o linee

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di eguale carico piezometrico; filetti liquidi e lineeequipotenzialiformanounreticolodiflusso(Figura21).

Figura21-Reticolidiflusso.

Sidicefluidoperfettounfluidoincomprimibileechenonpresentaattritiinterni.Innaturanonesistealcunfluidodelgenere,maneicasidibassevelocitàciòchesegueè valido per molti liquidi, tra cui l’acqua, consideraticonflussostazionario,cioèconcampovettorialedellevelocitàdelfluidocostanteneltempo(chiaramenteinunflussostazionarioc’èmovimentocontinuodelfluidoelavelocitàèingenerediversaneivaripunti).Nei mezzi porosi saturi il percorso seguito da unelementodifluidoènormalmenteunalineacurva,cuisidàilnomedilineadiflusso,chepuòessereevidenziatasperimentalmente disperdendo un colorante in acquachesimuoveabassevelocità.Lelineediflussosonofraloro,asecondadellecondizioni,parallele,convergentiodivergenti,manonsiintersecanomai(Figura21).Inognipuntodelfluido,lasuavelocitàèrappresentabilecomeunvettoretangenteallalineadiflussochevipassa.L’insiemedellelineediflussocostituiscequindiilcampovettoriale delle velocità del fluido; esse rappresentanol’analogodellelineediforzainuncampodiforze.Unfasciodilineediflussovienecomunementechiamatotubodiflusso(Figura22); losipuòvisualizzarecomeuntuboflessibilenelqualescorreunapartedelfluidoedallecuiparetilateralinonesceenonentraaltrofluido.Ilconcettoditubodiflussoèmoltoimportanteperchériduce lostudiodelmotodiunfluidoadunproblemaunidimensionale:l’unicadirezionecheinteressaèquellaparallelaallelineediflusso.

Figura22-Tubodiflusso.

ConsideriamoiltubodiflussoinFigura22esupponiamo

cheatuttelelineediflussocompetalastessavelocitàV1 in entrata attraverso la sezione A1 e V2 in uscitaattraverso la sezione A2. Poiché nel tubo è contenutasempre la stessa quantità di liquido e poiché questo èpraticamenteincomprimibile,lamassaM1cheentraneltubonell’intervalloditempoΔtdeveessereugualeallamassaM2 che esce dal tubo nello stesso intervallo ditempo.Dettoγilpesospecificodelfluidosiha:

M1=γ·A1·V1·ΔteM2=γ·A2·V2·Δt

equindi:γ·A1·V1·Δt=γ·A2·V2·Δt,

dacuisiricava:A1·V1 = A2·V2

Questa relazione esprime il fatto che la velocità delfluido in un punto del tubo di flusso è inversamenteproporzionale alla sezione del tubo di flusso in quelpunto.Tale equazione è detta “equazione di continuità” peri fluidi “perfetti” ed è l’espressione matematica delprincipio della conservazione dellamassa applicata alflussostazionariodiunfluido.Nel campo dell’idrogeologia è importante riformularetale equazione in terminidiportatadel tubodiflusso.Laportataèdefinitacomelaquantitàdifluido(Q)chefluisceattraversounasezionedelcondottonell’unitàditempo(t),cioè:ΔQ/Δt.Laquantitàdi liquidoèquellacontenutainuncilindrodisezioneAelunghezzaL=VΔt.Laportataèquindidatada:

Q=ΔQ/Δt=(A·L)/Δt=(A·V·Δt)/Δt=A·V.

Confrontando questa con l’equazione di continuità,possiamoaffermareche:Q1=Q2,cioèlaportatadiuntubo di flusso in cui fluisce un liquido è costante neltempo. Pertanto, in un acquifero a sezione variabiledove la corrente idrica simuovedimotopermanente,laportataQ(cioèilvolumed’acquacheattraversaunasezione normale alla direzione di flusso nell’unità ditempo) non cambia e da questo si deduce che, in unacorrente in moto permanente costituita da un liquidoincomprimibile, la portata è costante in qualunquesezioneechelavelocitàdelliquidovariainproporzioneinversa rispetto alla sezione.

Se si considera un cilindro di materiale poroso conun fluido in movimento, si può scrivere l’equazionediBernoulli relativamenteaipuntiAeBpostiadunadistanzaΔLnelladirezionedelflusso(Figura23):

dovePèlapressioneidrostaticaeVèlavelocitàreale,

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mentreΔhèlaperditadicaricotrailpuntoAedilpuntoB dovuta all’attrito tra fluido e granuli e γ è il pesospecifico del fluido. Il livello piezometrico statico inciascunpuntosarà:

h=(P/γ)+Z

Figura23-Livellodell’acquainduepuntidiunmezzoporosoconilfluidoinmovimento.

Laperditadicarico(Δh)fra ipuntiAeB inrapportoalla loro distanza (ΔL) definisce il gradiente idraulico(i),valeadirelapendenzadellasuperficiepiezometrica.

i=Δh/ΔL

Taleprincipioèimportanteinquantostabiliscedirezionee verso del flusso in relazione a maggiori o minoriperditedicarico(i),utiliperl’analisiquali-quantitativadellasuperficiepiezometrica.

Nel 1856, l’ingegnere francese Darcy, attraversoesperienze ed esperimenti di laboratorio (Figura 24),dimostrò che in un acquifero ideale teorico (poroso,continuo, omogeneo, isotropo e poggiante su di unsubstrato impermeabile orizzontale) di sezioneA, nelquale la falda defluisce in regime laminare, la portata(Q) che vi defluisce è inversamente proporzionalealla lunghezza dell’acquifero (l) ed è direttamenteproporzionaleallaperditadicaricopiezometrico(Δh),nonchéfunzionediuncoefficientediproporzionalità(K),dettocoefficientedipermeabilità(oancheconducibilitàidraulica), legato alle caratteristiche dell’acquifero edaventedimensionaidiunavelocità(unitàdimisurapiùcomunem/socm/s)secondolaLeggediDarcy:

Q = K A Δh/l

doveilrapportoΔh/l=ièilgradienteidraulico(leggediconservazionedell’energiaodiBernoulli),operditaunitariadicaricopiezometricoodipotenziale.Pertanto,la Legge di Darcy può anche scriversi nella più notaforma:

Q = K A i

chepuòancheesserecosìespressa: Q = K H L idoveHedLsono,rispettivamente,l’altezzaelalarghezzadella sezionemedia dell’acquifero (A) perpendicolarealladirezionediflussodellafalda.

Figura24-DispositivodiDarcy.

Come detto in precedenza, per l’applicazione dellaLegge di Darcy, il materiale dell’acquifero deveessere continuo, omogeneo ed isotropo, condizioniche raramente si realizzano in natura, dove i terrenisono generalmente eterogenei ed anisotropi. Tuttavia,nonostante l’eterogeneità dei terreni visti in dettaglio, in generale, considerando grandimasse di terreno, gliacquiferirealipossonoesserefrequentementericondotticon buona approssimazione alle condizioni ideale;di conseguenza, i parametri idrodinamici valutati incondizioni naturali e per volumi rilevanti di acquiferomostranounaragionevoleattendibilità.Perunamigliorecomprensione,sidevericordareche:1.1. unmezzopermeabileèdettocontinuoquandoè dotato di vuoti interconnessi nel senso del flussodell’acqua. Le rocce sciolte, provviste di pori, e leroccecompatte,interessatedaunaretedimicrofessure,costituisconodeimezzicontinui;alcontrario, le roccecompatteamacrofessureequellecarsichesonomezzidiscontinui(tabella6).

Tabella6-Mezzicontinuiediscontinuiinrapportoallacircolazioneidricasotterranea.

1.2. un mezzo è detto isotropo quando le suecaratteristiche fisiche (nel nostro caso con particolareriferimento alla granulometria ed alla permeabilità,quindi in rapporto al flusso idrico sotterraneo) sonocostanti nelle tre direzioni dello spazio (Figura 25);nel caso contrario, è detto anisotropo. Un mezzo èdetto omogeneo in relazione al suo comportamentoidraulico,quandopresenta,intuttiipuntinelsensodelflussoidricosotterraneo,caratteristichefisichecostanti;nel caso contrario, il mezzo è eterogeneo. Un mezzoomogeneopuòessereisotropoodanisotropo,mentreunmezzoeterogeneoèsempreanisotropo.

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Figura25-Omogeneitàedisotropiainrelazionealflussoidricosotterraneo.

1.3. L’insieme delle condizioni alle quali è stataenunciata laLeggediDarcy, inparticolareperquantoriguardailregimelaminare,puòquindisembraremoltorestrittivo se si considerano le numerose discontinuitàpresentinelleformazioniidrogeologiche(stratificazioni,passaggi laterali di facies, fratturazione, scistosità,ecc.):inrealtà,icasiaiqualilaLeggediDarcynonèapplicabile(Figura26)sonolimitatiacondizionimoltoeterogenee, alle reti carsiche e, ingenerale, quando lavelocitàdiflussoèmoltoelevata(comenellevicinanzedisorgentiooperedicaptazione).

Figura 26 -Ambito di validità dellaLegge diDarcy inrelazionealregimedelflussoidricosotterraneo.

3.5. Trasmissività,coefficientedi immagazzinamentoediffusività

Poiché la produttività di un acquifero è funzione nonsolodellasuapermeabilità(K),maanchedellospessoredella sua parte satura (h), nei calcoli idrogeologici sitiene spesso conto di un altro importante parametrochiamatotrasmissività(T),usualmenteespressoinm2/s, chescaturiscedalprodotto:

T=Khperlefaldelibere(Figura27)

T=Keperlefaldeconfinate(Figura28)

Figura 27 - La Trasmissività negli acquiferi a faldaliberaT=Kh doveh= spessore saturo dell’acquifero(corrispondentealladistanzatrailsubstratoimpermeabileelasuperficiepiezometrica).

Figura 28 - La Trasmissività negli acquiferi a faldaconfinata T = K e dove e = spessore dell’acquifero(corrispondentealladistanzatrailsubstratoimpermeabileediltettoimpermeabile.

L’utilità di questo parametro è dovuta soprattutto alfatto che, contrariamente a quanto si verifica con lapermeabilità, esso consente di calcolare la portatadella falda anche senza conoscere lo spessore saturodell’acquifero, esprimendo la Legge di Darcy con laseguenteespressione:Q=TLiIn teoria, un mezzo poco permeabile può essereanche molto trasmissivo se il suo spessore saturo èsufficientemente grande; analogamente, due acquiferiaventi uguale permeabilità possono avere valori ditrasmissività completamente diversi, se i loro spessorisono differenti.Conriferimentoalconcettodipermeabilitàespressoinprecedenza,latrasmissivitàpuòesseredefinitacomeilvolumediacquagravificachepassanell’unitàditempo,pereffettodiungradienteidraulicounitario,attraversouna sezione perpendicolare alla direzione di flusso

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dell’acqua aventeuna larghezzaunitaria edun’altezzapariallospessoresaturodell’acquifero:essatraducelacapacitàchehal’acquiferoditrasmettereacqua.Unaltroparametroassaiimportanteinidrogeologiaèilcoefficiente di immagazzinamento (S), adimensionale:essoèdefinitocome il rapporto tra ilvolumed’acqualiberato o immagazzinato, a seguito di una variazioneunitariadellivellopiezometrico,inunprismaverticaledimateriale acquifero saturo, ed il volumedelprismastesso.Nelcasodiacquiferiliberi,essoèrappresentatodal volume d’acqua estraibile per gravità (Figura 27):infatti, la perturbazione indotta dalla depressionepiezometrica si trasmette lungo le linee di flusso eprovoca lo svuotamento di acqua gravifica. Pertanto,questa grandezza coincide in sostanza con la porositàefficaceconvalorisolitamentecompresitra3·10-1e10-2;a tal proposito, si deve osservare che tale coefficientesi attesta suunvalore costante soltanto se laprovadiemungimento,conlaqualevienesolitamentevalutato,èsufficientementelungaechetalevalorerisultaprossimoa quello della porosità efficace se la depressionepiezometrica indotta durante la prova è relativamentegrande.Negli acquiferi confinati, invece, a parità dicaratteristiche idrogeologiche con quelli liberi, ilcoefficientediimmagazzinamentoassumevalorimoltobassi (generalmentecompresi10-3e10-6); in talcaso,essononèconfrontabileconlaporositàefficaceperchéè dovuto alla deformazione elastica del sistema acquapiùroccia(vediFigura29).Il fenomeno fisico può essere così sintetizzato.L’emungimento artificiale di acqua non provocaalcuno svuotamento dell’acquifero, ma determinasoltanto una depressione piezometrica che si traduceinunadiminuzionedellapressioneidrostatica; l’acquarimasta nell’acquifero si dilata per espansione elasticae non equilibra più il peso degli strati sovrastanti.Conseguentemente,loscheletrodell’orizzonteacquiferosideformaelasticamenteaspesedeglispaziinterstizialielaporositàdellostessoacquiferodiminuiscealivellomicroscopico:siverifica,quindi,l’espulsionediulterioriquantitativid’acqua.Jacob dimostrò che, negli acquiferi confinati, ilcoefficientediimmagazzinamentoèdatodallaseguenteespressione:

S=γnee[β+(α/ne)]dove:γ=pesospecificodell’acqua(10-3kg/cm3)β=coefficientedicompressibilitàdell’acqua(4.510-5 cm2/kg);α=coefficientedicompressibilitàverticaledelterreno(1·10-3cm2/kgnellesabbiee1·10-5÷1·10-6cm2/kgneicalcari);ne=porositàefficacedell’acquifero;e=spessoredell’acquifero.Negliacquiferisemiconfinati, ilvaloredelcoefficientedi immagazzinamento è determinato dalla somma dei

duefenomenidescritti inprecedenza. Infatti,all’iniziodell’emungimento, la falda liberadelmezzo superiorenon reagisce mentre quella dell’acquifero inferiore sicomportacomeunafaldaconfinata;dopouncertotempo,chepuòessereanchemoltolungo,lapiezometricadellafaldasuperioretendeanch’essaadeprimersi.

Figura29-Rapportotracoefficientediimmagazzinamento(S) e porosità efficace (pe one) negli acquiferi a faldaliberaedafaldaconfinata.

Un altro parametro di interesse idrogeologico è dettodiffusività(D)edèugualealrapportotralatrasmissivitàedilcoefficientediimmagazzinamento:D = T/SQuesta grandezza, usualmente espressa in m2/s, tiene conto della propagazione delle perturbazioni indottenell’acquifero.

3.6. Superficipiezometriche

Le linee isopieze (o isopiezometriche, o isofreaticheperlesolefaldefreatiche)sonolineeequipotenzialicherappresentano il luogo dei punti aventi uguale livello piezometrico.Sullacartatopografica,neipuntiindicantila posizione dei pozzi e/o dei piezometri utilizzati, sisegnano le altezze assolute del livello piezometricoivi rilevato. Se si utilizza l’interpolazione lineare, si unisconotralorotuttiipuntidicontrollo,cosìdaformareunareteamaglietriangolari,conaiverticiipozzie/oipiezometri.Aquestopunto,agendosuciascunlatodellemaglietriangolari,sisupponecheinesso,passandodaun punto di misura all’altro, il potenziale (o altezza)piezometrico aumenti o diminuisca inmaniera lineare(apendenzaogradientecostante)equindi infunzionedella distanza tra i singoli punti di misura. Sceltal’equidistanza con la quale si ritenga più opportunorappresentare la superficiepiezometrica (ad es. 0,5, 1,5,10m),sicalcolanosuciascunsegmento(infunzionedelgradienteidraulicotralestazioniposteagliestremi)ipunticorrispondentiallaposizionediisopiezeaventevalore multiplo della equidistanza prescelta.A questopunto si uniscono con una linea tutti i punti che, nei

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segmentidi interpolazione,risulterannoaverelastessaaltezza piezometrica o potenziale, tracciando così leisopieze.Talerisultatoèpossibileottenerlo,oltrecheconilmetodomanualesuddetto,ancheattraversol’utilizzodei software di interpolazione (Figura 30). I softwarepropongonoingenerevarimetodidiinterpolazione,oltrea quello lineare, inmodo da scegliere quello ritenutopiùappropriatoadescrivere la superficiepiezometricarilevata.

Figura30-Esempiodisuperficiepiezometricaelaborataconsoftwarediinterpolazione.

Nellapratica il geologodovràpreoccuparsidi avere adisposizioneunnumerosufficienteebendistribuitodipunti di monitoraggio della soggiacenza della falda echeivalorimisuratisiriferiscanoallastessafaldaidricain caso di sistemi multifalda. Inoltre, le osservazionidovrebbero essere ripetute almeno in stagione dimorbidaedimagra,inmododavalutarel’oscillazionedellasuperficiepiezometricanell’annoidrologico.

3.7. Interpretazionequalitativadellasuperficie piezometrica

Lo studio delle superfici piezometriche permette diottenere dei dati di base in relazione al movimentoed al comportamento dell’acqua sotterranea. Questiconsentiranno un’interpretazione qualitativa dellasuperficie piezometrica ed una interpretazione

quantitativa attraverso metodi analitici semplici oattraverso lo studio dell’evoluzione di tali superficinel corso del tempo, con o senza l’ausilio di modellimatematici. In funzione della distanza tra le isopieze,dellaconcavitàedelladisposizionerelativadellelineedi flusso, si distinguono generalmente le seguentimorfologiedellasuperficiepiezometrica(Figura31):• cilindrica:leisopiezesonoretteparallele;• radiale:leisopiezesonocurveelelineedi flussotendonoaconvergerenelversodel flusso(radialeconvergente)onelverso oppostoalflusso(radialedivergente);• piana:ladistanzatraleisopiezeècostante;• parabolica:ladistanzatraleisopieze diminuiscequandoillivellodell’acquasi abbassa;• iperbolica:ladistanzatraleisopiezeaumenta quandoillivellodell’acquasiabbassa;• ellittica:ladistanzatraleisopiezevariatanto versounlatocheversol’altro,apartiredauna di esse.

Figura31-Alcunitipidisuperficipiezometriche.

Lesuperficipiezometricherealipossonoesseresemplici,misteocomplesseasecondadeitipichesiriscontranonellevariezoneconsiderate.L’andamento relativo delle linee isopieze non deveapparire come una semplice rappresentazionemorfologica; infatti, esse sono l’evidenza del campodi moto dell’acqua sotterranea, in relazione allavariabilità spaziale delle caratteristiche idrodinamichedi un acquifero reale, il qualepuò ritenersi omogeneosolonel suo insieme. Inquesto contesto, le variazionidi permeabilità, di spessore saturo e la presenza dilimiti laterali inducono variazioni morfologiche sullasuperficiepiezometrica.Tra queste variazioni riveste rilevante importanzaquellainerenteladistanzatraleisopiezeinvariezonedell’acquifero. Infatti, quando in una zona dove lelinee di flusso sono approssimativamente parallele, leisopiezetendonoadavvicinarsinelversoincuilafaldadiminuisce di potenziale, questo può essere messo indirettarelazioneconunadiminuzionedellatrasmissività.Tale diminuzione potrà essere indifferentementecausatadaunadiminuzionedellapermeabilitàodaunariduzionedellospessoresaturoodaentrambelecause;percontrounallontanamentotraleisopiezeèdametterein relazione adun aumentodella trasmissività (Figura32).

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Figura 32 - Rapporti tra variazione di trasmissività evariazionedelgradienteidraulico.

3.8. Analisiquantitativadellasuperficie piezometrica

L’analisi quantitativa della superficie piezometrica èbasata sull’applicazionedellaLeggediDarcy, quandoèpossibileammetterecheessasiavalidaecheilmezzopossa essere considerato isotropo in rapporto allapermeabilità.Sitratta,inpratica,diunatipicaapplicazionedel principio di continuità (o di conservazione dellamassa) ad un tubo di flusso individuato da due lineedi flusso contigue. Per tale principio, in assenza diinterferenze esterne (alimentazione per infiltrazione oprelieviartificiali)laportatainuscitadaltubodiflussoèpariaquellainentrata.InessoquindilaportataQ=TLiècostantee,diconseguenza,unavariazionedelgradienteidraulico i corrisponde ad un’opposta variazione dellatrasmissivitàT.Se in una superficie piezometrica stazionaria siconsideranoduelineediflussocontigue, inassenzadiinterscambi,inentrataoinuscita,conlezonecircostanti,ilflussoallorointernoècostante.AnalizzandolamagliaABCDdiFigura33,disuperficieSi,avremoche:QAB=QCD,cioè:

TAB AB iAB = TCD CD iCD

Con questa equazione, note le larghezze delle sezioniAB e CD ed i rispettivi gradienti idraulici, nonché latrasmissivitàincorrispondenzadiunadelleduesezioni(es. TAB), è possibile valutare la trasmissività incorrispondenzadell’altrasezione:

TCD = (TAB AB iAB) / (CD iCD)

Se invece si hanno ricarica (entrate) o emungimenti(uscite), il flusso al loro interno varia della stessaquantità(senzaperquestoindurreinterscambiconitubidiflussovicini).Intalcaso,sempreconriferimentoallamagliaABCDdiFigura33disuperficieSi,avremoche:

TAB AB iAB = TCD CD iCD+/-qSi (+nelcasodialimentazione,-nelcasodiemungimenti)dove q = portata per unità di superficie nella magliaABCD.Questarelazione,comelaprecedente,consentediestrapolarelegrandezzeidrodinamichenote,daunaporzionedeltubodiflussoallealtre(Figura33).

Figura33-schemaapplicativodell’analisiquantitativadellasuperficiepiezometrica.

3.9. Idraulicadell’acquiferoeprovedipompaggio

Le prove di pompaggio (o di emungimento)costituiscono probabilmente l’approccio migliore perla determinazione della potenzialità dell’acquifero,anche perché consentono di visualizzarvi direttamentel’effettodellosfruttamentotramiteunsistemadipozziedeventualmentepiezometri.Il pompaggio in un acquifero, la cui superficiepiezometrica inizialeè ipotizzataorizzontale,creaunadepressione a forma di imbuto denominata cono didepressione (ilcuiassecoincideconquellodell’operadi captazione), che è virtuale nell’acquifero con faldaconfinata in pressione,mentre interessa il serbatoio inquelloconfaldalibera.Leprovediemungimentohannocomeobiettivoquellodimonitorare,aportatacostante, losviluppodelconodi depressione in un dato istante e la sua evoluzione nel tempo; esse si occupano anche del suo annullamento,dopo l’arresto del pompaggio, fenomeno chiamatorisalita(dellivellopiezometrico).Ilconodidepressioneèdelimitatodaldominiodovelasuperficie piezometrica è influenzata, cioè interessatada abbassamenti misurabili, e caratterizza un flusso

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tridimensionalerappresentabile insezioneedinpiano:esso è rappresentato in sezione con una curva didepressione,inpianoconcurvediegualeabbassamento(cioèconcerchiconcentriciall’assedelpozzo).Iprincipaliparametrigeometricidelconodidepressione,inundatoistantet,sono:- l’abbassamento, indicato con Δh, misuratocon ladiminuzionedel livellopiezometriconel pozzoinpompaggioe/o inunpiezometropostoadunacertadistanzadall’assedell’operaecomunqueall’internodelcono di depressione. Il livello piezometrico misuratonel pozzo in emungimento è il livello dinamico, lacui profondità, rispetto al livello piezometrico iniziale(livello statico), in regime non influenzato (cioè noninteressato da fenomeni di ricarica), è l’abbassamentoΔh.L’abbassamentomisuratonelcorsodella risalitaèchiamatoabbassamentoresiduale(Δhr).- ilraggiod’influenza,indicatoconRi, ovvero la distanzadall’assedelpozzoallaquale l’abbassamentoènullootrascurabile;inpratica,dovequestononèpiùmisurabile.Indefinitiva,ildatochevienemisuratoinuncertoistantesul terreno è l’abbassamento del livello piezometrico(o la sua profondità), sia nel pozzo, sia in un eventuale piezometro.Poichéleprovedipompaggiodevonoesseresempreeffettuateaportatacostante(agradinicrescentioadununicogradino),bisognasempremonitorareanchelaportataemunta.Gli schemi della Figura 34 presuppongono che lasuperficiepiezometricainizialesiaorizzontale.Inrealtà,il flusso dell’acqua indica la presenza di un gradienteidraulico, quindi detta superficie è inclinata con unapendenzapiùomenodebole(Figura35):nerisultacheilconodidepressioneèdeformatoedasimmetrico.Lazona di richiamo, cioè la parte dell’area di influenzainteressatadalflussodell’acquaversoilpozzo,èmoltoestesaversomonte;tuttosisvolgecomesel’acquachealimental’operaprovengadaunfronteamonte,ofrontedirichiamo,distanteavoltediversichilometri.

Figura34-Conodidepressioneasuperficiepiezometricaorizzontale(daCelico,1986,mod.).

Figura 35 - Cono di depressione in falde a superficiepiezometricainclinata(daCelico,1986,mod.).

Per l’acquisizione di dati quantitativi destinati alcalcolo della portata di una falda, è valida l’ipotesisemplificatrice di una superficie piezometricaorizzontale: essa è giustificata dal grado di precisionedellemisureedagliusualibassigradienti idraulici.Alcontrario, per il trasporto di sostanze, dunque per lapropagazionedell’inquinamento,nonèammissibileunatalesemplificazione.Leprovedipompaggiosonodeiveriepropritestsull’acquiferoeconsistononellacaptazionediacquasotterraneapermezzodipozzi,durantelaqualevengonomisurateleportateemunteedicorrispondentiabbassamenti del livello piezometrico (dopo l’arrestodell’emungimento, vengono raccolti dati anche sullarisalita del livello). Le prove possono essere eseguite su singoli pozzi (nei quali avviene contemporaneamenteil pompaggio ed il rilevamento piezometrico) o sullecosiddettestazionidiprova;quest’ultimesonocostituitedaunpozzoinemungimentoedaunoopiùpiezometriubicati all’interno del suo raggio d’influenza, dovevengono misurati gli abbassamenti piezometrici neltempo. Le prove di pompaggio perseguono quattroscopi,inordinedicomplessitàcrescente:a) determinazionedellecaratteristicheidrauliche delcomplessoacquifero/operadicaptazione;b) quantificazionedeiparametriidrodinamici dell’acquifero(trasmissivitàecoefficientedi immagazzinamento);c) studioquantitativodegliaspettiparticolari dell’acquifero(condizioniailimiti, eterogeneità,struttura,ecc.);d) osservazionedirettadellosfruttamento dell’acquifero,conprevisionisull’evoluzione degliabbassamentipiezometriciinfunzione delleportateemunte(presenzadilimiti,ed interferenzeconpozziadiacenti).Lemetodologieoperativebasatesulconcettodiregimepermanente sono utilizzate assai di rado sia perchéesso si manifesta raramente nelle condizioni naturalidi flusso, sia per il costo elevato delle operazioniconnesse:diconseguenza, le sperimentazionivengonoattualmente effettuate basandosi principalmente sulconcettodiregimetransitorio.Intuttiicasi,ipompaggivanno eseguiti a portata costante, il cui valore dicesigradinodiportata,conmisuradeirelativiabbassamenti:differisconosoltantoidispositividiprovaeladuratadeipompaggi.Insintesi,vengonogeneralmenteadottatiduemetodidi

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sperimentazione e di interpretazione in relazione alloscopoperseguito:provaagradini(testoprovadipozzo)eprovadilungadurata(testdiacquifero).La prova a gradini è finalizzata alla determinazionedellecaratteristicheidraulichedelcomplessoacquifero/operadicaptazione,necessariepermettereinesercizioilpozzoottimizzandonelosfruttamentodell’acquifero,controllare l’idoneità dell’attrezzatura tecnica odel completamento del pozzo. Come già detto, lecondizioni di base per l’applicazione delle espressionidi idrodinamica sotterranea in regime transitorio, chedevonoesseresoddisfattedalcomplessoacquifero/operadi captazione, sono principalmente quelle relative allavalidità della Legge diDarcy: flusso laminare,mezzocontinuo, isotropo ed omogeneo. Altre condizioni dibase sono: pozzo completo, cioè prolungato fino alsubstratoeprovvistodifiltropertuttolospessoredellafalda;pozzocorrettamentesviluppatoedequipaggiato;superficie piezometrica suborizzontale; portata dipompaggio costante; raggio del pozzo il più piccolopossibile. La prova di pozzo viene eseguita a gradinidiportata,aventiportatacostanteperunabrevedurata(alcune ore), (Figura 36). Durante la prova vengonoraccolti due dati: la portata emunta (Q) ed il relativoabbassamentopiezometriconelpozzo(Δh).

Figura36-Rappresentazionegraficadiunprovagradini.

Lacurvacaratteristica, chederivadalla interpolazione delle coppie di valori (Qn,Δhn) per ogni gradino di portata, è una elaborazione fondamentale in quantoserveadeterminare laportataottimalediesercizio (ingenere,parial90%diQc),funzionediunabbassamentomassimoammissibile(Figura37).

Figura37-Determinazionedell’abbassamentocritico:A-metodograficodelletangentisullacurvacaratteristicadel pozzo; B- diagrammaQ2/Dh vsQ dove laQmax èunivocamente definita in corrispondenza del puntomassimodellarelativacurva.

Laformastessadellacurvacaratteristicafornisceprezioseinformazionisull’entitàdelleperditedicarico.Eseguitaal tempodelcollaudodelpozzo,èunaveraschedadiidentificazionechedovrebbefigurareobbligatoriamenteneldossierdell’opera:essasaràulteriormenteutilizzataperrilevareimiglioramenti(sviluppi)oipeggioramenti(intasamento),conseguentiallosfruttamentodell’opera(invecchiamento).La prova di lunga durata viene eseguita con un sologradinodiportata,aportatacostante,prolungataalmenoper 48 ore (con un optimum di 72 ore), sempre conmisuradei livelli dell’acquanelpozzo,ma soprattuttoin uno o più piezometri, ad intervalli prefissati. Laportata utilizzata è di solito prossima a quella diesercizio. In questo tipo di prove è particolarmenteutile l’osservazione, durante un’eguale durata, della risalita dei livelli dopo l’arresto dell’emungimento.Conquestotipodiprovasipossonoottenereiparametriidrodinamicidell’acquifero(trasmissivitàecoefficientediimmagazzinamento),indicazionisullesuecondizioniai limiti (eterogeneità, struttura, ecc.) e l’osservazionediretta dell’effetto dello sfruttamento sull’acquiferocon previsione dell’evoluzione dell’abbassamento infunzionedelleportateemunte.L’esecuzione delle prove e l’interpretazione dei datimisurati(abbassamentietempi)sibasanosull’impiegodeinumerosimodelliidrodinamiciinregimetransitorio(erelativeequazioni)chesonostatisviluppatiapartireda quello base di Theis, allo scopo di ottenere unsempre miglior adattamento delle leggi matematichealle più svariate situazioni reali. Come già accennato,l’espressionediTheis si riferisce al tipo idrodinamicod’acquifero con falda confinata, illimitato e conpareti(substrato e tetto) impermeabili: essa può, tuttavia,essere estesa, sotto certe condizioni, all’acquifero confaldalibera,sempreillimitato.Fermo restando ciò, è da aggiungere che, nel casoin cui il tipo idrodinamico di acquifero sia limitatolateralmente(echeciòsiainqualchemodoriconoscibilesul terreno), questa espressione è comunque validaper l’interpretazione della parte iniziale della prova di pompaggio: in effetti, questa può essere consideratacomesvoltainunserbatoioillimitato,sinoallacomparsadell’effettodellecondizioniailimiti.

4. L’IDROGEOCHIMICA

Perindaginiidrogeochimichesiintendel’insiemedelleattività che porta alla conoscenza delle caratteristichechimiche, chimico-fisiche ed isotopiche delle acque,sulla base delle quali, oltre che definire la qualitàdei corpi idrici, si effettuano valutazioni utili allaricostruzione dei circuiti ipogei, alla definizionedelle condizioni idrodinamiche in acquifero,all’individuazione delle principali componenti dialimentazione, all’identificazione delle zone di

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interazione tra diversi sistemi di circolazione, ecc. Intal senso l’idrogeochimica rappresenta uno strumentofondamentale nella comprensione deimeccanismi cheregolanolacircolazioneidricainacquifero,ovveroperlaricostruzionediunmodelloidrogeologico.Ètuttaviadoveroso sottolineare che nessun parametro chimicoe/o isotopicopuòdiper sé risolvereunaproblematicaidrogeologica e che è strettamente necessariocontestualizzare e quindi comparare i dati di questanaturacongliaspettiidrostrutturali,idrodinamici,ecc.,del sistema acquifero in studio. In sintesi, l’indagineidrogeochimica integra uno studio idrogeologicocompleto, del quale costituisce uno dei tasselli piùimportanti, ma non sostitutivi, per la definizione delmodelloidrogeologicoconcettualedisottosuolo.Come per altri strumenti d’indagine, l’applicazione dimetodologie idrogeochimichepuòesserecondotta condiversi gradi di dettaglio in funzione del contesto edell’obiettivodellostudio.In questo documento si ricordano prima alcunenozioni di base relative all’idrochimica (§ 4.1) e agliisotopidell’acqua(§4.2),rimandandoaitestispecificiper ulteriori approfondimenti; successivamente (§4.3) si forniscono suggerimenti sull’elaborazionee sull’interpretazione dei dati idrogeochimici,soffermandosimaggiormentesuquegliaspettiapplicativicheconcorronoallacomprensionedeimeccanismicheregolanolacircolazioneidricainacquiferoequindialladefinizionedelmodelloconcettuale.

4.1. Generalitàsuchimismoeproprietàchimico- fisichedelleacque

La composizione chimica delle acque sotterranee ècondizionatadadiversifattori:

- in misura minore dal chimismo delle precipitazioni atmosferiche, a sua volta dipendente daunaseriedifenomeninaturalieantropici;- in misura preponderante dall’interazionecon la roccia acquifero (e con l’eventuale suolo oregolite presenti in superficie), ovvero dai processi didissoluzione,precipitazione,scambiioniciecc.,nonchédall’interferenza delle attività antropiche con i corpiidrici.

A parte situazioni di locale contaminazione, il tipodi roccia acquifero è di norma il principale fattoreche determina l’abito chimico di un’acqua o faciesidrochimica.Ingeneraleesisteunacertacorrispondenzatra quest’ultima e le caratteristiche litologiche dellaroccia serbatoio, e ciò rende molto utile l’indagineidrgeochimica nella definizione dei percorsi e deitempidi residenza in acquifero.Tuttavia, è necessariosottolineare che nessuno dei parametri chimico-fisiciochimicis.s.haunsignificato idrogeologicounivoco.Vi è infatti la possibilità che acque circolanti in una

stessa roccia abbiano composizioni marcatamentediverse a causa di differenti condizioni idrodinamichenelsottosuolo(maggioreominoreapprofondimentodeicircuiti,tempilunghiobrevid’interazioneacqua-roccia,diverse condizioni termometriche e barometriche,ecc.).Èquindievidentelanecessitàdiunaconoscenzaidrogeologicadelterritorio.Lamaggior parte delle sostanze presenti in soluzioneacquosasitrovaallostatoionico.Certi ioni, detti fondamentali, sono semprepresenti insoluzioneelalorosommarappresentalaquasitotalitàdegliioni:Cl-, SO4

=,HCO3-, Na+, Ca++, Mg++. Tra gli

ioni minori i più importanti (concentrazioni in genere<10 mg/l) sono: K+, NO3

-, CO3--, NH4

+, Fe++. Vi sono infine gli elementi in traccia con concentrazionidell’ordinedelmg/loinferiori(Pb,Cr,Cu,ecc.).A meno di particolari situazioni geologiche (es.presenza di giacimenti minerari, ecc.) o di fenomenidi inquinamento, che richiedono specifiche indaginiambientali,lostudiochimicodelleacqueècondottoconanalisidilaboratoriofinalizzatealladeterminazionedeicontenuti degli ioni fondamentali (Cl-, SO4=, HCO3-, Na+, Ca++, Mg++),aiqualigeneralmentesiaggiungonoi nitrati (NO3-) e il potassio (K+).Laconcentrazionediquestiioniècomunementeespressaattraversounadelleseguentiunitàdimisura:

- ppm (parti per milione) - esprime le parti disolutoinunmilionedipartidisoluzione(ades.mgin1kg);- mg/l (milligrammi/litro) - se la soluzionenon è molto concentrata, fino a 15.000 ppm, la suadensitàèapprossimatameneugualea1kg/l,pertanto1ppmsaràuguale ad1mg/l.Adognimodo, ancheperconcentrazioni maggiori l’errore che si commette nelconsiderare1ppm=1mg/lèminimo;- meq/l (milliequivalenti/litro) – il numero diequivalentièdatodalrapportotrailpesodellasostanzao ione in soluzione e il relativo peso equivalente, asuavoltaderivantedal rapporto tra ilpesomolecolareed ilnumerodi elettroniovalenze ingioco (es.:pesoequivalentedelCa++=40,08/2=20,04).Questaunitàdimisuratienequindicontodelcomportamentochimicodeglielementi.

Per il principio di elettroneutralità nella soluzioneacquosa,lasommadegliequivalentideicationièugualeaquelladeglianioni(bilancioionico):Ʃmeq/l[cationi]=Ʃmeq/l[anioni]

Comeconcettogenerale in riferimentoaunacquifero,tenendo conto anche del comportamento degli ionifondamentaliinterminidisolubilità,possiamoritenerevalidiiseguentischemi(Figura38):

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Figura38-Evoluzionetipodelleproprietàfisico-chimichee chimiche delle acque sotterranee a fronte di un loroapprofondimentoedincrementodeltempodiresidenza.

Queste considerazioni, concettualmente corrette, nonpossono ritenersi una regola. L’evoluzione chimicadi un’acqua è infatti legata anche al tipo di matricesolida incontrata (ad es. in un’area in cui affioranorocce anidritiche l’evoluzionedel chimismopartiràdauna composizione con prevalenza di solfati e non dibicarbonato,comesopraschematizzato).C’èinoltreunaseriediprocessifisiciefisico-chimici,qualiadesempioprocessidiossido-riduzioneomescolamentitraacquedidiversaorigineedevoluzione,chepossonocondizionarefortementeloschemagenericosopramostrato.

4.2. Generalitàsugliisotopidellamolecola dell’acqua

Il termine isotopo deriva dal greco e significa “stessoposto”; indica cioè che gli isotopi occupano la stessaposizione nella tavola periodica degli elementi. Gliisotopi sono infatti atomi dello stesso elemento chehannounugualnumerodiprotonimadifferentenumerodi neutroni. Ogni elemento chimico può quindi esserrappresentato da più isotopi che differiscono l’undall’altrosoloperlaloromassa.Peresempiol’ossigenosi considera comunemente possedere 8 protoni e 8neutroniperogniatomo,quindi16O,mentre17O e 18O rappresentanogliisotopichehannorispettivamente1o2neutroni inpiù; ilprimoèchiamato isotopo leggeromentreisecondivengonoconsideratiisotopipesanti.Gli isotopi si dividono in stabili e instabili: i primirestano immutatinel tempo,mentre i secondi tendonospontaneamenteatrasformarsiinisotopistabilimediantedecadimentoradioattivo,conemissionediparticellee/oenergia.L’acqua in natura è prevalentemente rappresentata damolecole contenenti gli isotopi leggeri dell’idrogenoe dell’ossigeno (1H e 16O). Tuttavia al suo interno èpresente una piccola percentuale di isotopi pesanti

e tra questi quelli che trovano più ampie applicazioninel campo dell’idrologia e dell’idrogeologia isotopicasono l’ossigeno-18 (18O), il deuterio (2H) e l’isotoporadioattivo dell’idrogeno, ovvero il tritio (3H).Icontenuti in isotopistabili sonoespressi inδ‰,cioècomedifferenzapermille tra il rapporto isotopicodelcampionerispettoaquellodiunostandarddiriferimento:

δ‰=[(Rcp/Rst)–1]×1000

doveRsteRcpsono,rispettivamenteperl’ossigeno-18e per il deuterio, i rapporti 18O/16O e 2H/1Hrelativiallostandardedalcampioneinesame.LostandardutilizzatoèilV-SMOW(ViennaStandardMeanOceanWater),cherappresentailvaloremediodellacomposizioneisotopicadelle acque oceaniche, le quali costituiscono il puntoinizialeefinaledelciclo idrologico (perdefinizione ilδ‰delV-SMOWèugualeazero).Conivariprocessidievaporazioneecondensazionechesi verificano durante il ciclo idrologico le acque sonointeressatedafrazionamentiisotopiciediconseguenzada variazioni di composizione rilevate principalmenteper gli isotopi stabili. In particolare con il processodell’evaporazione, il vapor acqueo che si libera èsensibilmente più povero in isotopi pesanti (δ‰ piùnegativo) rispetto all’acqua da cui si è originato;viceversa,durantelacondensazionelafaseliquidachesiformaèpiùriccainisotopipesanti(δ‰piùpositivo)rispettoallamassadivaporedacuitraeorigine.Comerisultato si ha che all’internodei continenti le piogge,avendoorigine da vapori impoveriti in isotopi pesantipereffettodelsusseguirsidellecondensazioni,risultanoisotopicamentepiùleggerediquellecostiere.Un fattore che condiziona in maniera rilevante ivalori di δ2H‰e δ18O‰delle acquemeteoriche è latemperatura;perquestomotivo,icontenutiisotopicidelleprecipitazionivarianoconlalatitudine,conl’altitudineeconlestagioni.Leacquetendonoquindiadiventareisotopicamente più leggere con l’aumentare dellalatitudine e dell’altitudine e, inoltre, le precipitazioniestivehannocontenutimediinisotopipesantipiùelevatidiquelle invernali.Anche ilquantitativodellapioggiacadutaincidesullacomposizioneisotopicadelleacque,ovverolepioggepiùabbondantisonorelativamentepiùpovere di isotopi pesanti. Instudiacarattereidrogeologicotuttequesteproprietàpermettono di conoscere elementi importanti quali adesempiolaquotamediad’infiltrazioneeladinamicadeicircuitisotterranei.Un’ulteriore caratteristica riguardante il deuterio el’ossigeno-18 è quella di essere legati tra loro, nelleacque meteoriche, da una relazione lineare aventeespressionegenerale:

δ2H‰=A×δ18O‰+d

dove “d” rappresenta l’eccesso di deuterio che può

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variareinregionidiverse,mentreilcoefficienteangolaredellaretta“A”generalmentesiconservaugualea8(daivalorimedimondialidelleprecipitazionirisultad=10eA=8).Acquecaratterizzatedacontenutiinisotopistabiliche si discostano dalla retta meteorica di riferimentopossonoindicareparticolarifenomenidievaporazioneointerazioniacquarocciaincondizionidialtatemperatura(superioreai200°C).Adifferenzadegli isotopistabili, il tritioèespresso inconcentrazioniassoluteattraversol’unitàdimisuraU.T.(unitàtritio;1U.T.corrispondeadunatomodi3Hogni1018atomidi1H).Iltritiodecadein3Heconemissionedi particelle β- ed è caratterizzato da un semi-periodo(temponecessarioaffinchélasuaquantitàsidimezzi)di12,3anni.Iltritiosioriginanaturalmentenellastratosfera.Neimesiprimaverilisihailmaggioretrasferimentoditritiodallastratosferaallatroposferaeciòdeterminaunmassimodiconcentrazionenelleprecipitazionidiinizioestate ed un minimo nei mesi invernali. Il contenutonaturaleintritionelleprecipitazionipuòvariarealivellomondialeda4a25U.T.conivalorimassimiregistratiallealtelatitudini;nonsubisceinvecesensibilivariazioniconlaquotadiprecipitazione.Duranteinumerosiesperimentitermonucleariavvenutinegli anni 1950-1970 le concentrazioni naturali ditritioinatmosfera,equindinelleprecipitazioni,furononotevolmentealteratieraggiunseroimassimivalori(circa10.000U.T.)nel1963.Successivamentealperiododegliesperimentiicontenutiditritioiniziaronoadecrescereinmanieraapprossimativamenteesponenziale,secondolaleggedidecadimentoradioattivo,riportandosi,apartiredaglianni1990,aivaloritipicinaturali.Tenendocontodiquestoandamento,notograzieaidatiregistratidallestazionipluviometricheappartenentiallaretemondialeIAEA(IAEA/WMO–2001-Global Network for Isotopes in Precipitation), nonché della legge esponenziale didecadimentoradioattivo,èdunquepossibile,permezzodianalisideicontenutiditritionelleacquesotterranee,avereindicazionisull’etàdiquest’ultimeovverosullorotempodipermanenzainacquifero.L’utilizzo degli isotopi della molecola dell’acquanell’ambito delle prospezioni idrogeologiche èprincipalmentelegatoalfattocheleloroconcentrazioni,adeccezionediparticolaricondizionidialtetemperature,quali ad esempio quelle presenti in campi geotermici,nonsonodipendentidaltipodirocciaacquifero,masonodirettamentelegateallecaratteristicheintrinsechedelleacque di infiltrazione. Si tratta in pratica di tracciantinaturali le cui proprietà, sopra brevemente trattate,consentono elaborazioni finalizzate a comprenderemolti dei fenomeni che regolano la circolazione delleacquesotterranee.In particolare, le principali problematiche affrontatecon imetodidell’idrogeologia isotopicasi riassumonoin: localizzazione delle zone di ricarica; valutazionedelgradodimescolamentodidifferenticorpidiacqua,

anche a salinità simili; fenomeni di mescolamentofra acque marine e continentali; vulnerabilità dellefalde;etàotempidiresidenzainacquifero;condizioniidrodinamiche in acquifero; misura ed entità deifenomeni di evapotraspirazione; interazioni chimico-fisichetraacquaeroccia-serbatoio.Aprescinderedagliobiettividaraggiungere,unacorrettaapplicazionedellemetodologieisotopicheèstrettamentedipendente dalla conoscenza di alcuni parametri dicaratterelocale,qualiladistribuzionedellacomposizioneisotopicadelleacquemeteoricheedilgradienteisotopicoverticale.Questidatidibasesonoottenutiesaminandoilcontenutoinossigeno-18,deuterioetritionelleacquediprecipitazione,quest’ultimeraccoltemensilmenteedavariequoteperunperiododialmenodue-treanni.Inmancanzadiunaretepluviometricabendistribuita,maanche per ovviare ai lunghi tempi richiesti da questametodologia,èpossibileoptareperunaseriediprelievi(3-4 ogni anno) da effettuare in corrispondenza disorgentialimentatedaunbacinopocoestesoedrenanticircuiti relativamente superficiali e veloci (Figura39). Inquestomodo i contenuti in isotopi stabili sonosignificatividiquoted’infiltrazionenonmoltodiversedaquellediemergenzaedindividuabiliattraversol’esamedel bacino di alimentazione delle sorgenti stesse. Iltenore medio annuo in ossigeno-18, deuterio e tritiopuòesserecalcolatoconunasemplicemediaaritmeticapurchénelleacquesorgive leoscillazionistagionalidiportata risultino attenuate.

Figura39-Esempiodisorgenteutileallacaratterizzazioneisotopica delle acque d’infiltrazione (a) ed esempio diretta quota-δ18O‰ (b) rappresentativa di un’area distudio(daDoveri&Mussi,2014).

(a)

(b)

36 I

4.3. Elaborazionieinterpretazionedeldato idrogeochimico

Ilclassicoapprocciodianalisideidati idrogeochimiciinizia dalla classificazione delle acque, per mezzodi specifici diagrammi (quadrangolari, triangolari, alosanga;vediesempi inFigura40),chepermettonodirelazionaretradilorolevarieacqueanalizzateinfunzionedelle abbondanze percentuali delle specie ionicheprincipali. Inquestomodosi individuano ivari tipidiacque e, tenendo in debita considerazione la tipologia(acquesuperficiali,sorgenti,pozzieloroprofondità)eladistribuzioneterritorialedeipuntid’acquaanalizzati,nelrispettoanchedellecondizionigeologichealcontorno,si valuta in via preliminare la possibilità che questeacquesianorappresentativedidiversecomponentichepartecipano al sistema idrogeologico in esame e delleloro interazioni.A tal proposito, può risultare utile rappresentare in carta i punti analizzati, tematizzandoli in funzionedellaclassificazionechimicache,diconseguenza,puòesser direttamente comparata con le caratteristichefisiografiche, geologiche, piezometriche, ecc., dellazonainesame(vediesempiodiFigura41).Questeprimevalutazioninecessitanodiunaverificaedun approfondimento da eseguire prendendo in esameleconcentrazioniassolutedeivaricompostichimiciinsoluzione.Sivannodiconseguenzaaconfrontaretradilorosudiagrammibinariduespeciechimicheosommedipiùspeciechimiche(vediesempidiFigura42).Il confronto tra i vari componenti chimici può esserguidatodalleinformazionigeologicheedidrogeologichealcontorno,nonchédagliobiettiviposti.Nell’otticadiindividuarelecomponentidicircolazioneall’interno del sistema esaminato, in prima battutasonodaconsiderarsiiparametrichimiciconservativioquelliritenutitalinelcontestoinesame(cioèquellinonsoggetti a processi chimico-fisici, quali scambi ionici,riduzioni,ecc.).

Figura40-Esempididiagrammidiclassificazionedelleacque. (a)daMenichini etal.,2015,modificato; (b)daDoverietal.2015a,modificato.

Figura 41 -Confronto tra chimismo dei punti d’acquaanalizzati e condizioni piezometriche. Dalla figura siosserva come nella zona con maggior sfruttamento(contraddistintadalivellipiezometricialdisottodellivellomediomarino)siriscontrinoacquedacloruro-sodicheacloruro-calciche,indicativediun’ingressionemarinainatto(daCerrinaetal.,2010).(a)

(b)

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Figura 42 -Diagrammi di comparazione tra parametriosommediparametrichimici.(a)diagrammaBrvs.Cl(daButterietal.,2010)cheidentificaunaseriedipuntid’acqua rappresentativi di un mescolamento acqua difalda-acquadimare;(b)diagrammaCl+SO4vs.HCO3 (da Lelli et al., 2013) in cui sono evidenziate quattrocomponentidialimentazione(A,B,CeD)eloroprodottidi miscelazione (M1, M2 e M3); (c) diagramma Cl vsSO4 (daDoveri et al., 2015b) in cui si identificanoduetrenddistintidimescolamento,inattoinspecificisettori(identificatidallediversesimbologiedeipunti)diun’area

di studio.

Viceversa, se lo scopo è verificare che tali processichimico-fisici interessano le acque in esame e quindisequest’ultimesitrovanoacircolareincondizionichefavorisconolosvilupparsiditaliprocessi,l’elaborazioneterrà conto di quei parametri più sensibili ai processistessi(ades.ilrapportoNa/Clvs.ilcontenutodicalcio,per evidenziare fenomeni di scambio ionico favoritidalla presenza di minerali argillosi, piuttosto che ilrapportoHCO3/(Ca+Mg)vs.ilcontenutoinsolfatiperevidenziare condizioni riducenti e presenza dimateriaorganicaconconseguente“riduzione”deisolfati).

Semprealfinediindividuareiprincipaliinputalsistemaidrico in esame, l’utilizzo di dati isotopici diventafondamentale. Con particolare riferimento agli isotopistabilidellamolecoladell’acqua,questi,comportandosicomeveriepropritracciantiegodendodelleproprietàdicuial§2.4.2,permettonodiverificarel’esistenzadipiùcomponenti in gioco indipendentemente dal chimismo(Figura 43). Inoltre, sfruttando in particolar modo lavariazioneisotopicaconlaquota,idatiisotopicipossonodareutiliindicazionisullequotemediedialimentazioneditalicomponenti.

Figura43-DiagrammaDeuteriovs.Ossigeno-18incuisiriconosconotresistemidicircolazioneidricasotterranea(daDoveri,2008).

Diagrammi di comparazione tra parametri chimici edisotopici(Figura44)possonocontribuireadunarifinituradell’interpretazione degli aspetti fisici e chimici deicircuitiidrici(geometria,processidiinterazioneacqua-roccia,processidimixing,ecc.).

Importanti informazioni sono inoltre reperibili dagliandamenti nel tempo dei valori relativi a parametrichimico-fisici e/o chimici e/o isotopici. Di fatto, ilmonitoraggio (discreto e/o continuo) idrogeochimicopuò contribuire significativamente a comprendere lerelazioni tra componenti idriche in gioco e ottenereinformazioni sulle condizioni idrodinamiche inacquifero(Figure45-46).

(a)

(b)

(c)

38 I

Figura 44 -Diagrammi di comparazione tra parametrichimiciedisotopici.(a)diagrammacheevidenziaduetrendprincipalidimescolamentoincuisonocoinvoltealmenotrecomponenti:unachesioriginadaquoterelativamenteelevate(δ18O‰relativamentebasso)echeinteragisceconunapossibilefontedicloruri(valoridiClrelativamenteelevati),unachesioriginadaquoterelativamenteelevateechenoninteragisceconlafontedicloruri(bassivaloridiCl),una che si originadaquote relativamentebasse(δ18O‰relativamentealto)echenoninteragisceconlafontedicloruri(idiversicolorie ledifferentiformedeivaripuntiindiagrammaidentificanol’appartenenzadeipuntistessiaspecifichezonedell’areastudiata;daDoverietal,2015b,modificato).(b)diagrammacheevidenzialapresenzadiprocessidimescolamentotraacquedimareed acque dolci sotterranee, a livello sia dell’acquiferofreaticosiadiquelloconfinatodell’areacostierapisana(daDoverietal.,2014,modificato).

Figura 45 - Diagrammi di evoluzione nel tempo diparametri fisici, fisico-chimici e chimici. (a) variabilitàdei contenuti in solfati che evidenzia la connessionetrafiume(MAS-017)efalda(P030-1r)ecomeleacquesuperficialicondizioninolaqualitàdelleacquesotterrane(da Lelli et al., 2013). (b) diagramma di monitoraggioincontinuo incui si confrontano idatipiezometrici,ditemperatura e conducibilità elettrica del piezometro S1(situatoinzonacostierapisana),conilivelliidrometricidel F. Arno e le piogge giornaliere. Le variazioni riscontratenelpiezometrotestimonianocomel’acquiferofreaticocostierosia fortementecondizionatodalregimeidrografico dell’Arno, a sua volta dipendente dallapiovosità(daDoverietal.,2014).

(a)

(b)

(a)

(b)

(a)

I 39

Figura46–Evoluzioneneltempodelδ O‰insorgenticarsiche e confronto con portate sorgive e piovosità(da Doveri et al., 2013). (a) sorgente che mostra unasignificativa variabilità isotopica (vedi simbolo 1 neldiagramma) stagionale indicativa di un arrivo delleacque di infiltrazione nel breve medio periodo, ovverodi un elevato grado di vulnerabilità della sorgentestessa; (b) sorgenti che si mostrano pressoché stabiliisotopicamente (vedi simboli 2 e 4 nel diagramma)benchéinteressatedaunafortevariabilitàdelleportateebenchéleacquediuntorrentevicino(vedisimbolo5neldiagramma)risultinomoltovariabilidaunpuntodivistaisotopico. Ciò testimonia una indipendenze delle acquesotterraneedalleacquedeltorrente,nonchéunacapacitàdelsistemaacquiferodiomogeneizzarelevariericarichestagionali caratterizzate da diversi contenuti isotopici.Quest’ultima caratteristica evidenzia tempi di residenzainacquiferorelativamenteelevati,cheabbassanoilgradodivulnerabilitàdellesorgenti.

5. MODELLO CONCETTUALE

L’analisielamodellazionedeicorpiidricisotterraneièunatematicachehaavutounosvilupponotevolenegliultimianni, anche sulla spintadellanecessitàdapartedeglientichesioccupanodella tutelaedellagestionedelle risorse idriche di avere una descrizione quantopiù accurata possibile delle falde, del loro grado disfruttamentoestatoambientale.Pertaleanalisièbasilarelaconoscenzadettagliatadellaconformazionegeologica e della disposizione spazialedegliacquiferi,siainsensoorizzontalecheverticale.Il modello idrogeologico concettuale (Reilly, 2001)riassumelenostreconoscenzesulsistemaacquiferoed,inriferimentoadunospecificoproblemalimitatonellospazio e nel tempo, formula ipotesi e semplificazionideterminanti che permettono l’impiego di strumentie tecniche di analisi numerica, talvolta sofisticate ecomplessecomecodicidicalcolooppuresinteticamentericonducibiliarelazionianaliticheIl modello concettuale di un acquifero è dunque unatappa fondamentale nella modellizzazione numerica,inessosonoschematizzateequantificateleentrateeleuscite dell’intero acquifero o della porzione in studio.

Figura 47: Esempio di un Modello Concettuale di unacquifero alluvionale poroso in collegamento idraulicoconilfiume(CapacciF.etAlii,2012)

Figura 48: Esempio di un Modello Concettuale di unacquiferofratturato(MiglioriniJ.etAlii,2012)

Unacondizioneimportanteèquellarelativaaiprelievi.Nello sviluppo del modello concettuale, specialmentesequestoèfinalizzatoallasuccessivaimplementazionedelmodellonumerico,questoaspettova trattatocomeflussoinuscitadaldominio.Un fattore che si presenta in aree antropizzate ourbanizzate è inoltre rappresentato dal contributodelle reti idriche e fognarie; in zone densamenteinfrastrutturale questo contributo può essere rilevante,anche in considerazione dello stato di obsolescenzadelleretinelnostropaese.Ledispersionidaretiidrichecostituisconosempreunelementopositivodelbilancioovverounafontedialimentazionedegliacquiferi;lereti

(b)

40 I

fognariepossonoassumereunacondizioneexfiltranteoinfiltrantedellafaldaasecondadelrapportogeometricodellacondottaconlasuperficiefreatica.

Le ipotesi del modello concettuale sono, in tutti icasi, condizionate dal quadro conoscitivo disponibilee potranno essere verificate e riviste alla luce degliesiti delle simulazioni, non escludendo la necessità diun’integrazionedelquadroconoscitivo(fig.49).

Figura49

Perquantononesistaunmodostandarddipresentazionedel modello concettuale e a questo non conseguanecessariamente un modello numerico, la struttura diinputdeidati,condizioniesemplificazionirichiestedaquest’ultimopossonocostituireunutileriferimentoperla presentazione del MC.Unmodellonumericoè, infatti,primadi tuttodefinitodalle sue condizioni al contorno, esso non si estende inmodo infinitoma si limita, per ovvimotivi, ad undominiospecificodistudioedicalcolo.Una “condizione al contorno”, in matematica,corrispondeall’assegnazionedelvaloredellasoluzionediun’equazionedifferenzialeaimarginidell’insiemedidefinizione dell’equazione. In idrogeologia, si utilizzaspessounsinonimodi“condizione ai limiti”Inognicasolecondizionisonodiduetipiecioè:- I tipo o carico costante, dove si specificail valore della soluzione (Dirichelet) quindi l’altezzapiezometrica; da un punto di vista idrogeologicosignifica ammettere un’ampia possibilità di deflussi iningresso od in uscita senza variazione di detto caricoe l’esempiopiù classico è quello della presenzadi uncorpoidricosuperficialeconsistente(mare,lago,fiume);- II tipo o flusso costante,sispecificailvaloredella derivata della soluzione (Neumann), in altre paroleilgradienteedunqueilflusso;dalpuntodivistaidrogeologico corrisponde ai casi di limiti alimentantisecondoungradienteregionaleopiùsemplicementeallapresenzadipozzi;

Una terza condizione definita come flusso variabile ocaricodipendentecorrispondeaunacombinazionedelledue einquelcasoèspecificatasiaunaquotadiriferimentosia un termine generale di “conduttanza” (dipendente

dalla geometria e dalla conducibilità idraulica delmezzo)chemediagliscambiconl’acquiferoinragionedelladifferenzadicaricotraquotapiezometricaequotadiriferimento.Si trattadiunacondizioneutilizzataadesempioperriprodurregliscambifiumefaldaattraversounmaterassoalluvionaledinaturaespessorevariabile,idreniconrelativofiltro,limitialimentantiperiqualièpassibilespecificaredirettamenteilgradiente,fenomenidifugatraacquiferiadiacentiosovrapposti.Unoschemadimodelloconcettualedovrebbeconteneredunqueunachiara distinzione,conopportunaerelativasimbologiadellediverse tipologie di limitimostrandoove possibile anche i relativi valori numerici checaratterizzano il limite (carico, flusso, conduttanza, gradiente …) Unarassegnadellecondizioniailimitiriconosciutepiùdifrequenteinidrogeologia, tuttericonducibilialletretipologieprimaindicate,comprende(Fig.50):

A. Limiti geologici: detti anche chiusi, aposizionefissaolimitistagni(aflussonullo).Essisonoimposti dalle strutture dei complessi idrogeologici esono:A1. SubstratoimpermeabileA2. Tettoimpermeabile(nellefaldeconfinate)A3. VariazionilateralidifaciesA4. ChiusurelateraliditrasgressioneA5. Faglie

B. Limiti idrodinamici: sono limiti aperti e quindivariabilinellospazioeneltempo(fig.51);sonoclassificabiliappuntocome:B1. limiti a flusso imposto o condizionati dalla portata (fig. 51).Questi possono essere aflusso nullooaflusso inentratao inuscita.Leportatenulle sononormalmenteimpostedaunlimitegeologicostagno.Leportateuscentisonoidentificabiliconsorgenti,lineediemergenzadiffusa,corpod’acquasuperficialedrenante,alimentazionediunaltroacquifero.Leportateentrantipossono identificarsi con falde affluenti limitrofe,aree di alimentazione perinfiltrazione, corpo d’acquasuperficialeinfiltrante.B2. limiti a potenziale imposto o condizionati dal potenziale (fig.52) Sono identificabili con unacurva equipotenziale, o idroisoipsa, della superficiepiezometrica: allineamenti di sorgenti, corpi d’acquasuperficiali(laghiefiumi),lineedicosta.B3. la superficie piezometrica di una falda libera, dovelapressioneèpariaquellaatmosfericaedoveilflussoènormalmentenullo.B4. il fenomeno della fugacheèasuavoltaimposto dacondizionidiflusso(limitegeologicosemipermeabile)edipotenziale(l’acquasimuoveattraversol’acquitardodallafaldaapotenzialepiùaltoaquellaapotenzialepiùbasso).

I 41

Figura 50: Esempi di rapporti idrogeologici tra strutture adiacenti che identificano varie tipologie dilimiti idrodinamici (e quindi di condizioni al contornodell’acquiferoconsiderato).

Figura51:Esempidilimitiaflussoimposto.

Figura52:Esempidilimitiapotenzialeimposto.

Come descritto nei paragrafi precedenti lecondizionisopraelencatesonoindividuabilisulterrenoattraversolaricostruzionedellestruttureidrogeologiche,conl’analisidellemisuredeilivellipiezometriciedellerelativefluttuazioni.Lecondizioniailimitisubiscono,infatti,variazionisianellospaziocheneltempoper:- lafluttuazionedellasuperficiepiezometrica;- lavariazionedellivellodellesuperficid’acqua libere(fiumi,laghi);- spostamentodellelineedispartiacque idrogeologici;- variazioniquantitativedelleportateentrantied uscenti.

La seconda grande categoria di semplificazioni cherendonopossibilelacostruzionediunmodellonumericoè data dalle proprietà riferibili alle singole celle ocomunqueelementifinitichecompongonoilmodello. Sonoproprietà:- la geometria,cioèlequotedeltettoedel lettodeisingolilayerche,innumerofinito, vannoarappresentarelac.d.discretizzazione verticaledeldominio;interminiidrogeologici, occorrevalutareattentamentelapossibilità diriprodurreilmodellocomemonostrato omultistratoinragionesoprattuttodellareale disponibilitàdimisurevariabilisullaverticale;

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sitrattaancheinquestocaso,dilimiti,ma aiqualinonèassociataalcunacondizione;- le caratteristiche idrodinamiche: conducibilitàidraulica,storatività,porosità efficace. Leproprietàderivanoingrandemaggioranzadamisurepuntuali che richiedono una opportuna interpolazioneedestrapolazioneperrenderlenoteedestesealmodellosu tutto il dominio do calcolo. L’estensione delleproprietà dai dati puntuali può essere fatta, a secondadellamaggioreominoredisponibilitàdidatiedeffettivacontinuità spaziale delle varabili, per classi discretecorrispondentiadefinitezoneosecondounasuperficiecontinua.

Nellafigura53èriportata,inconclusione,unapossibilelegenda per gli elementi del modello concettuale; peralcunerappresentazionisirimandaaicasidistudio.

Figura 53

6. MODELLO NUMERICO

Unmodelloèunostrumentoprogettatoperrappresentarealcuni specifici aspetti semplificati della realtà. Comeampiamentediscussoneiparagrafiprecedenti,essoderivada un’approfondita analisi della geologia strutturale e stratigrafica,dellageochimicaedidrogeologiadell’areasintetizzatainunmodelloconcettualeLeproblematichedelpassaggiodamodelloconcettualeamodellonumericosonofondamentalmente4:1) ricostruzione,subasestatisticae/ologico- deduttiva(produzionedisezionidicorrelazione traverticalicondatinoti)dellageometriadelle superficidiseparazionefravolumicon caratteristicheidraulichesignificativamente differenziabili;2) selezionedellostrumentomodellistico numericoconlemiglioripotenzialitàdi rappresentarelegeometrieipogeericostruite;

3) attribuzionedellecaratteristicheidraulichea ciascunvolumeomogeneosignificativo;4) definizionedeirapportidell’area-volume modellati(dominiodimodellazione) conicontesticonfinatiidrogeologicamente influenti(definizionedellecondizioniiniziali edalcontorno).

In generale la prima problematica può venirmeglio affrontata con un approccio geostrutturale, lasecondacomportaunavalutazionedellecaratteristichespecifiche dello strumento modellistico in terminidi distorsioni indotte (orientamento della griglia)e livello di dettaglio (elementi finiti o differenzefinite ed infittimenti locali), la terza si avvantaggiaprevalentementedell’impiegoditecnichegeostatistiche,mentreperlaquarta,geologiaclassicaestatisticadevonoobbligatoriamenteoperareinsiemeespesso,inassenzadi dati sufficienti o sufficientemente affidabili, l’unicapossibilitàdiraggiungererisultatièoperarepertentativoed errore.Il punto 2, ovvero la scelta del codice di calcolo,avente pesanti riflessi sulla qualità della traduzioneda modello concettuale a modello numerico, è statoper decenni un problema spinoso dei modellisti inquantoicodicipiùflessibilinecessitavanodihardwarecostosissimoe raroe tempidi calcoloparticolarmenteestesi. L’esponenzialmente crescente disponibilità dipotenzadicalcolo,acostiaccessibiliatutti,hainpartemitigatoilproblema.Oggilasceltaèspessosubordinatasolo all’esperienza specifica dell’operatore ed a sceltepregresse della committenza, in quei casi, non troppofrequenti,neiqualiessafossegiàdotatadistrumentazionemodellistica,enonintendessesostituirla.

Lamodellisticanumerica,seopportunamentecalibrata,èsicuramenteunodeimetodipiùaccuratiedaffidabiliper la quantificazione dei fenomeni che interessano laprogettazione di opere che interagiscono con la falda,per valutare il grado di rispondenza allo scopo edeventualieffetticollateraliindesideratideivariprogettio per identificare le azioni necessarie per il recuperodi risorse fortemente degradate per inquinamento e/osfruttamentoeccessivo.Allamodellazionenumericaverràdedicatounospecificoapprofondimento.

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4. bibliografia

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Isola di Pianosa - antico pozzo alla romana Foto: Roberto Giannecchini

46 I

appendice - glossario

AAbbattimento di falda. Abbassamento temporaneo (raramente permanente) del livello piezometrico di una falda libera sotto la quota di lavoro per permettere scavi e realizzazione di manufatti sotto falda.Acidità.CaratteristicadiunasoluzioneaventepHinferiorea7.Acquifero.Rocciaoterrenodotatodiporositàefficaceeconunacontinuitàspazialefraivuoti,tali daconsentirel’accumuloedilpassaggiodell’acqua,pereffettodellaforzadigravitàodiun gradiente di pressione. Acque di prima pioggia. Per ogni evento meteorico si intendono le acque relative ai primi 5 mm di precipitazionedistribuitasull’interasuperficiescolanteservitadallaretedidrenaggio.Acque sorgive.Qualsiasiemergenzadiacquesotterraneeinsuperficie.Acque sotterranee.Acquechesi trovanoaldi sottodella superficie topografica, sianella zona satura che nella zona non satura.Acque superficiali. Acque stagnanti o scorrenti in superficie, incanalate in fiumi, torrenti, rii, fossi,canali,nonchéquelledeilaghiedegliinvasi.Acque vadose. Acque incluse nel ciclo dell’acqua nella idrosfera-litosfera-atmosfera e caratterizzate da tempi di permanenza in acquifero relativamente brevi (contengono isotopi di corta vita, es. tritio, radiosilicio, ecc.). Hanno caratteristiche idrochimiche e isotopiche vicine a quelle dell’acqua piovana e quindi sono scarsamente mineralizzate. La loro mineralizzazionedipendedallecaratteristichedell’acquiferoedaitempidiresidenza.Iltermine “vadose”fuintrodottodaSchoellernel1962;altriautori,tuttavia,riservanoquestadefinizione alle acque circolanti nel mezzo non saturo.Adesione. Forza di attrazione molecolare che si esercita tra due corpi a contatto; quando uno dei duecorpièunliquidosihailfenomenodell’adsorbimento.Adsorbimento.Fenomenodiritenzionediacquasullasuperficiedelleparticellefinidelterreno,per effettodipolarizzazionedell’elementobipolareH2O.Altezza piezometrica.Energiachepossiede l’acquasottopostaadunacertapressione.Èdetta anchecaricopiezometrico.Haledimensionidiunalunghezza.Anisotropia (in idrogeologia). Condizione per cui uno o più parametri idrogeologici variano nello spazio.Aquiclude.Rocceeterrenidotatidiporosità(maconvuotimoltopiccoli),percuicontengonouna certa quantità di acqua,maprevalentementedi ritenzioneequindi non sono in gradodi trasmetterla (es. argille).Aquifuge o acquifugo.Rocciasostanzialmenteprivadiporosità,percuinoncontengonoapprezzabili quantitàdiacquanétantomenosonoingradoditrasmetterla.Aquitard o acquitardo. Terreno o roccia semipermeabile ove il flusso d’acqua avviene molto lentamente. alimentazione. Area totale dell’idrostruttura, dotata di porosità efficace e di permeabilità, in gradodiricevereacquesuperficialiesotterraneeeditrasmetterleadundeterminatoacquifero ad essa sotteso.Asse di drenaggio.Fasciadiconvergenzadellelineediflussodiunafaldaacquifera.

BBedrock (substrato).Rocciadispessoreedestensionerelativamenteelevati,presentenellasua posizione originaria al di sotto di una copertura (terra, suolo o altri materiali superficiali sciolti). Usato comunemente dai geologi per riferirsi a qualsiasi roccia/terreno diagenizzata/ consolidato che non ha subìto i processi di alterazione e degrado deformazioni tettoniche pervasive.Bacino idrografico. Porzione di territorio che raccoglie le acque meteoriche e/o quelle provenienti

I

dalloscioglimentodinevieghiacciailequaliraggiungono,attraversoilreticoloidrografico,la sezione di chiusura del bacino stesso.Bilancio idrologico. Comparazione, nel periodo di tempo considerato e con riferimento ad un determinatobacinoosottobacino,superficialeosotterraneo,traafflussiedeflussinaturali, ovverodeflussichesiavrebberoinassenzadipressioneantropica.Bilancio idrico. Comparazione, nel periodo di tempo considerato, fra le risorse idriche in un determinatobacinoosottobacino,superficialeosotterraneo,alnettodellerisorsenecessarie, alla conservazione degli ecosistemi acquatici ed i fabbisogni per i diversi usi.Bilancio idrogeologico.Comparazione,inundeterminatobacinooinunadeterminataarea,delle entrateedelleuscitediacquaperviasuperficialeesotterranea.Boccapozzo. Apertura superiore di un pozzo.

CCapacità autodepurante.Capacitàdiunacquifero,diuncorpoidricoodiunterrenodidisinquinare naturalmente le acque.Coefficiente di immagazzinamento (S).Rapportotrailvolumed’acqualiberatooìimmagazzinato (a seguito di una variazione unitaria del livello piezometrico) in un prisma verticale di materiale acquifero saturo ed il volume del prisma stesso.Coefficiente di permeabilità (K). Vedi conducibilità idraulica.Coefficiente di uniformità granulometrica (U). In una curva granulometrica, corrisponde al rapporto tra il diametro delle particelle corrispondente al 60% di passante e quello corrispondente al 10% di passante (U = D60 / D10). Un terreno è considerato uniforme se < 2.Condizionamento o completamento (di un pozzo). Trasformazione di un foro in un pozzo medianteopportunoallestimentoditubiciechi,tubifiltriedreni,testata,concementazione definitivaseguitaallosviluppooespurgodelpozzostesso.Conducibilità elettrica (CE). Eesprime la capacità dell’acqua di farsi attraversare da corrente elettrica (inverso della resistività elettrica) ed è proporzionale al contenuto in sali minerali disciolti. La conducibilità elettrica fornisce pertanto una stima approssimativa del contenuto salino.E’funzionedellatemperatura.Conducibilità idraulica (K).Quantitàdiacquachefluiscenell’unitàditempoesottoungradiente idraulico unitario attraverso una sezione unitaria di terreno. Esprime quindi la capacità di unmezzodilasciarsiattraversaredall’acqua.VieneindicataconK(coefficientedipermeabilità) e ha le dimensioni di una velocità (vedi anche permeabilità).Cono di depressione.Depressioneaformagrossolanamenteconicadellasuperficiepiezometrica diunafaldaacquiferapereffettodell’azionedipompaggiodiunpozzo.Contenuto d’acqua, (w).Rapportopercentualetrapresodell’acquadiundatovolumedit.eilpeso della parte.Cuneo salino. Vedi Intrusione marina.Curva caratteristica (di un pozzo). Relazione tra portata e abbassamenti del livello piezometrico dinamico in un pozzo ottenuta mediante effettuazione di una prova di pompaggio a gradini di portata. Permette di ottenere la portata critica e la portata di esercizio del pozzo in funzione delle caratteristiche del pozzo e del sistema pozzo-acquifero.

DDeflusso di base.Portatarestituitaalreticolosuperficialedalleacqueinfiltratenelsottosuolo, in assenza di piogge.Densità. Rapporto tra la massa volumetrica di un corpo e il suo volume.Diffusione. Processo di distribuzione di un soluto in soluzione.Diffusione molecolare. Movimento delle sostanze disciolte in una soluzione causato dal gradiente di concentrazione.Diffusività, D.Rapportotralatrasmissivitàeilcoefficientediimmagazzinamento.Discontinuità sismiche.Superficiostratisottilipostiall’internodelprofilostratigrafico instudio,

II

attraversoiqualisiverificanonettevariazionidivelocitàdelleondesismiche.Questesono zone di brusca variazione delle proprietà elastiche delle rocce.Direzione di flusso.Direzioneversocuifluiscel’acquadifalda(vedianchelineadiflusso).Dispersione idrodinamica.Dispersionedinamicadelleparticellediunliquidonelflussoattraverso unmezzoporoso,dovutaallavariazionedivelocitàentro il reticolodegli interstiziedalla diffusione molecolare.Dispersione meccanica. Parte di dispersione dinamica dovuta al solo flusso delle particelle di soluto.Domanda d’acqua. Quantità di acqua necessaria, per un dato periodo di tempo, a soddisfare completamente una determinata richiesta.Drenaggio. È il complesso dei sistemi naturali o artificiali che permettono lo smaltimento dell’acqua in eccesso del terreno, superficiale o sotterranea. Con lo stesso termine s’intende pertanto sia la proprietà intrinseca del terreno a lasciar percolare l’acqua gravitazionale, sia gli interventi di natura antropica atti ad emungere l’acqua in eccesso facendoladefluireinunsistemadiraccolta.Drenanza. Fenomeno di scambi idrici tra falde acquifere intercomunicanti caratterizzate da diverso carico piezometrico. La drenanza può essere ascendente o discendente a seconda se la differenza tra i carichi piezometrici permettono la risalita di acqua dalla falda inferiore a quella superiore o viceversa.Durezza (dell’acqua). Esprime la concentrazione di ioni Ca2+ e Mg2+ disciolti. Si distinguono: la durezza totale data da tutti gli ioni Ca+ e Mg2+presenti(derivantidacarbonati,bicarbonati, solfati,cloruri,nitrati,ecc.);ladurezzapermanente,datadagliioniCa2+ e Mg2+ dovuti alla presenza di solfati e cloruri, talora nitrati, e che persiste dopo aver fatto precipitare i carbonati mediante ebollizione. La durezza dovuta ai soli carbonati è anche chiamata durezzatemporanea,perchépuòessereeliminatatramiteilprocessodiebollizione.

EEffetto arco. Trasferimento di sforzo da una parte cedevole di una massa di roccia o di terra a parti adiacenti meno cedevoli o meno compresse.Efficienza del pozzo. Rapporto percentuale tra le perdite di carico lineari e quelle totali per una data portata di emungimento.Emungimento (o pompaggio). Estrazione di acqua dalle falde acquifere mediante pozzi.Evapotraspirazione potenziale. Tasso di evaporazione dal suolo e di traspirazione delle piante che si avrebbe in condizioni illimitate di acqua nel terreno.Evapotraspirazione reale. Tasso di evaporazione dal suolo e di traspirazione delle piante che si ha in condizioni naturali.

FFacies idrochimica.Composizionechimicadiun’acquadefinitadall’abbondanzarelativadianioni ecationicheconsentelaclassificazionedell’acquastessaall’internodiunsistemaidrologico.Falda acquifera. Acqua contenuta in un acquifero con continuità laterale assai maggiore di quella verticale; la falda può essere confinata, freatica (o libera) o semi-confinata. Una falda confinatapuòessereinpressione,ovverolasuasuperficiepiezometricaèpostaaldisopra deltettodell’acquifero.Unafaldainpressionelacuisuperficiepiezometricaèsuperiorealla superficietopograficavienedefinitafaldaartesiana.Falda sospesa. Falda freatica di limitata estensione formatasi nella zona non satura per la presenza di una lente di terreno impermeabile.Faglia. Superficie di discontinuità che si produce in seguito alla rottura di unamassa rocciosa, con spostamento relativo dei due blocchi separati. La superficie lungo cui si è verificata la frattura si chiama superficie di faglia oppure piano di faglia,oanchespecchio di faglia. Le rocce in prossimità di una faglia risultano spesso intensamente fratturate e cataclasate e si parla in questo caso di rocce di faglia quali le cataclasiti o le miloniti. Dal punto di vista

III

reologico,inprimaapprossimazioneleroccepossonocomportarsiinmanierafragileoppure in maniera duttile. Nel primo caso si ha la formazione di una faglia; nel secondo di una piega. Le faglie possono essere inverse o di compressione (reverse, compressive fault),normali(di trazione) o dirette (normal fault),disovrascorrimento(thrust) o trascorrenti.Fango di perforazione. Soluzione colloidale usata per la perforazione di pozzi a distruzione di nucleo.Frangia capillare.Zonadelterrenoimmediatamentesopralasuperficiefreatica,dovel’acquaviene sollevata per fenomeni di capillarità.Freatimetro.Strumentoperlamisuradellivellopiezometrico.E’dotatodiuncircuitoelettricoche sichiudeappenailsensorepiezometricotoccal’acqua,determinandounsegnaleacustico e/o luminoso.Fronte di contaminazione. Interfaccia o fronte di separazione tra acqua contaminata e acqua di falda.

GGradino di portata. Pompaggio a portata costante di durata relativamente breve durante una prova di pompaggio a gradini crescenti.Gradiente idraulico. Diminuzione del carico idraulico per distanza unitaria lungo la direzione del flusso.Grado di saturazione. Rapporto tra il volume di acqua contenuto in un mezzo poroso e il volume dei vuoti del mezzo stesso.

HHardpan. Strato di terreno estremamente addensato.

IIdrometro.Strumentoperlamisuradellivellodell’acquadeifiumiodeilaghi.Qualoralastazione siadotatadiscaladideflusso,dallamisuradellivelloèimmediatamentericavabilelaportata fluenteinquellasezione.Immagazzinamento dinamico. Insieme di tutte le risorse e riserve esistenti in un acquifero a una certadatachesitrovanoaldisopradellaquotadisfioro(conesclusionequindidelleriserve permanenti).Immagazzinamento globale. Insieme di tutte le risorse e riserve esistenti in un acquifero a una certa data.Immissione continua. Immissione continuativa in falda di un tracciante nelle operazioni di tracciamento.Immissione istantanea. Immissione in falda di un prefissato quantitativo di un tracciante nelle operazioni di tracciamento.Impedenza sismica.Prodottodelladensitàdel terrenoper la velocitàdelleondesismiche, che variatrastratidifferentiditerreno,comunementeindicataconZ.Ilcontrastodiimpedenza sismicafrastratidirocciaadiacentiinfluiscesulcoefficientediriflessione.Indice dei vuoti, e. Rapporto tra volume dei vuoti e volume della parte solida di un terreno.Indice di consistenza, Ic.Rapportotradifferenzatralimitediliquiditàecontenutonaturaled’acqua e indice di plasticità. Ic = (wl – wn)/Ip.Indice di liquidità, Il.Rapportotradifferenzatracontenutonaturaled’acquaelimitediplasticitàe indice di plasticità. Il = (wn – wn)/Ip.Indice di plasticità, Ip. Differenza tra limite di liquidità e limite di plasticità.Indice di qualità della roccia (Rock Quality Designatiom o R.Q.D.). Parametro che designa il grado di continuità di una roccia dalla misura della lunghezza delle carote di diametro intorno a100mm,valutandonela%dicarotaggioneivaritratti,considerandospezzonidicarotadi

IV

lunghezza≥10cm.Indice di rigonfiamento, Cr. Pendenza del tratto di scarico della curva pressione-indice dei vuoti su graficosemilogaritmico.Indice di rimaneggiamento (remolding index) Ir. Rapporto tra 1) modulo di deformazione (v.) di un terreno indisturbato e 2) quello di un terreno rimaneggiato.Indice di ritiro SI. Differenza tra il limite di plasticità e il limite di ritiro.Inelasticità. Deformazione nel campo della duttilità.Infiltrazione efficace. Acqua che si infiltra nel terreno e che raggiunge la falda acquifera. Infiltrazioneefficace.Frazionedegliafflussimeteoricichesiinfiltraneiterrenidisottosuolo, alimentando le falde acquifere. Spesso viene quantificata in via teorica mediante il coefficiente di infiltrazione potenziale, ovvero una frazione della disponibilità idrica (precipitazioneefficace)funzionedellapermeabilitàdellaroccia.Interfaccia acqua dolce/acqua salata.Superficieidealecheseparauncorpodiacquadolceda un corpodi acqua salata nel fenomenodell’intrusionemarina in una falda costiera.Vedi anche Zona di miscelazione.Interferenza (tra pozzi). Effetto della sovrapposizione dei coni di depressione di due o più pozzi vicini tra loro che emungono acqua dalla stessa falda.Interpolazione. Metodo per individuare nuovi punti del piano cartesiano a partire da un insieme finitodipuntidati,nell’ipotesichetuttiipuntisipossanoriferireadunafunzionef(x)diuna data famiglia di funzioni di una variabile reale.Interstizio (o vuoto, o poro).Vuotopresenteall’internodiunarocciachesiformatraigranidiun terreno incoerente.Intrusione marina (o cuneo salino).Penetrazionedell’acquadimarenellefaldeacquiferecostiere.Iperstatica (struttura). Indica che un generico corpo nello spazio possiede un numero di gradi di libertà inferiori al numero di gradi di vincoli.Isocrona.Linealuogodeipuntiaventilostessotempodiarrivoadunprefissatopunto(es.pozzo in pompaggio).Isofreatica.Linealuogodeipuntidiunasuperficiefreaticaaventilamedesimaquotarispettoaun piano di riferimento (generalmente il livello del mare).Isopieza (o isopiezometrica). Vedi linea equipotenziale.Isotopo.Atomodiunostessoelementochimico,equindiconlostessonumeroatomico,macon differentenumerodimassa,equindidifferentemassaatomica.Ladifferenzadeinumeridi massaèdovutaadundiversonumerodineutronipresentinelnucleodell’atomoaparitàdi numero atomico.Isostatica (struttura). Indica che un generico corpo nello spazio possiede un numero di gradi di vincoli pari al suo numero di gradi di libertà.Isotropia idrogeologica. Costanza delle stesse caratteristiche idrogeologico-idrauliche in tutte le direzioni.Isotropia litologica. Costanza delle stesse caratteristiche litologiche in tutte le direzioni.

LLegge di Darcy.Relazionerelativaallaproporzionalitàtralaportatadiunfluidoattraversounmezzo poroso e il gradiente idraulico che genera il moto.Limite a flusso imposto.Discontinuità idrogeologicache, inparticolaricondizioni idrodinamiche (naturalioindotte),favorisce,limitaoimpedisceilpassaggiodideterminateportateidriche siainentratacheinuscitadall’acquifero.Coincideconpassaggilateralioverticalidifacie checomportanovariazioniditrasmissività,oppureconfaglie(drenantiotamponanti).Limite a potenziale imposto.Discontinuitàidrogeologicae/oidrologicache,inparticolaricondizioni idrodinamiche(naturalioindotte),consenteditenerefissideterminatilivelliidrici,siainentrata cheinuscitadall’acquifero.Coincideconsuperficidiacqualibera(fiume,lago,mare,ecc. chedrenanooalimentanolafalda,oppureconsorgentiofrontisorgivi.Linea di flusso.Traiettoriateoricaseguitadaunaparticellad’acquainunflussolaminaresecondo il gradiente idraulico.Linea equipotenziale. Luogodei punti aventimedesimopotenziale idraulico, assimilata aduna

V

linea di uguale livello piezometrico (linea idroisoipsa o isopieza o isopiezometrica).Liquefazione. Improvviso forte decremento di resistenza al taglio di un terreno granulare incoerente causato dal collasso della struttura per vibrazione (sismica) o altro tipo di deformazione e associato ad un improvviso e temporaneo aumento delle pressioni interstiziali.Livello dinamico (nel pozzo). Livello piezometrico nel pozzo in condizioni di sfruttamento dello stesso.Livello piezometrico.Quota,oelevazionealdisopradellaquota0s.l.m.,dellivellodell’acquanel sottosuolo.Livello statico (nel pozzo). Livello piezometrico indisturbato nel pozzo in assenza di emungimento.

MMisuratore di portata.Strumentoperlamisuradelleportatedicorsid’acqua,sorgenti,ecc.Modellizzazione. Analisi e risoluzione di un problema o di un fenomeno idrogeologico mediante simulazione con modelli matematici.Modello geologico. Rappresentazione del sottosuolo ottenuta da una serie di indagini geologiche finalizzataallaricostruzionedell’assettogeologico.Modello idrogeologico. Rappresentazione del sottosuolo ottenuta da una serie di indagini geologiche e idrogeologiche finalizzata alla ricostruzione degli acquiferi e delle loro caratteristiche idrauliche.Modello matematico (o numerico). Rappresentazione matematica di un processo mediante un certo numero di variabili e una serie di equazioni che descrivono l’interazione di queste variabili.Unmodello idrogeologiconumerico,sebasatosuunarobustabasedidati reali, permette una simulazione ragionevole del fenomeno reale.Monitoraggio. Controllo di un fenomeno con misure sistematiche nel tempo.Morfogenesi.L’insiemedeiprocessidimodellamentodelpaesaggio(ciclomorfogenetico).

NNeutra (pressione). Vedi Pressione interstiziale.Non saturo. Vedi zona non satura.

OOmotermia.Situazioneincuilatemperaturadiuncorpod’acquaoditerrenononèinfluenzatadalle variazionitermichedell’atmosfera.Ossigeno disciolto.Quantitàdiossigenodiscioltonell’acqua.

PPerdita di carico (nel pozzo).Perditadicaricoidraulicochesubisceilflussodell’acquanelpozzo passandoattraversol’acquifero,ildreno,ifiltrieitubidirivestimento.Perdita di carico (tra due punti). Differenza di carico idraulico tra i due punti presi in considerazione.Permeabilità.Capacitàdiunmezzodilasciarsiattraversare,trasmettereeimmagazzinareunfluido per effetto della gravità o di un gradiente di pressione; è misurata dal coefficiente di permeabilitàK,funzionedellecaratteristichedelmezzoedelfluidoinquestione(vedianche conducibilità idraulica).Permeabilità intrinseca.E’caratteristicasolodelmezzoporoso,indipendentementedalleproprietà delfluido.Peso di volume (peso specifico apparente, peso dell’unità di volume totale), g (F·L–3). Peso dell’unità di volume dellamassa composta dai granuli o particelle, dal liquido e dal gas eventualmente contenuti. W/V o P/V.

VI

Peso di volume della parte solida, γ s. Rapporto tra il peso del terreno essiccato (Ps) ed il volume della parte solida o dei granuli (Ps/Vs).Peso di volume secco, gd. Rapporto tra il peso del terreno essiccato e il suo volume allo stato naturale di umidità. Ps/V.Peso di volume del terreno immerso (o alleggerito) g’.Pesodell’unitàdivolumesaturodiminuito delpesospecificodell’acqua:γ’ = γ sat– γ w.Peso specifico dei granuli, Gs. Rapporto tra peso di volume della parte solida e peso di un uguale volume di acqua distillata a t° stabilita. Gs = gs/gw.Peso specifico totale, G.Rapportotrapesodell’unitàdivolumetotaleepesodiunugualevolume di acqua distillata a t. stabilita. Gs = g/gw.pH. MisurailgradodidissociazioneinioniH+eOH- tramite il valore di -log10[H3O+].IlpHdiuna soluzione fornisce informazioni relativeallabasicità (pH>7)oacidità (pH<7)di un’acqua. pH=7indicaacquaneutra.Piezometro. Tubo condizionato similmente ad un pozzo (tubi filtri e ciechi) ma di diametro generalmentepiùpiccolo,utilizzatoperlamisuradellivellopiezometrico,inmododiscontinuo ocontinuo,maincuièpossibileancheeffettuarecampionamenti,provediportata,provedi permeabilità,misuredeiparametrichimico-fisici,ecc.Precipitazione efficace (o disponibilità idrica).Afflussimeteoricialnettodell’evapotraspirazione.Porosità (o porosità totale), n. Rapporto tra volume dei vuoti di una massa di terreno e il volume totale. n = (Vv/V)%.Porosità primaria. Porosità originatasi contemporaneamente alla formazione del litotipo.Porosità secondaria. Porosità originatasi successivamente alla formazione del litotipo.Portata critica (di un pozzo). Portata massima ottenibile da un pozzo mantenendo il flusso ragionevolmente laminare. Si ottiene da una prova di pompaggio a gradini di portata.Portata di esercizio (di un pozzo). Quota parte della portata critica (in genere 80-90%) ottimale perl’eserciziodelpozzoinfunzionediuncorrettosfruttamentodelsistemapozzo-acquifero e del rendimento del pozzo.Porosità efficace, ne. Rapporto tra il volume dei pori interconnessi e il volume totale.Portata fluviale.Volumed’acquachetransita,nell’unitàditempo,attraversounasezionetrasversale delcorsod’acqua.Portata misurabile o attuale.Portatafluentenellareteidrografica,comprensivadiprelieviescarichi inatto.E’laportatarilevatanellestazionidimisura.Portata naturale. Portata teoricamente fluente nella rete idrografica in assenza di alterazioni prodotte da usi antropici.Portata specifica (di un pozzo). Rapporto tra la portata di un pozzo e il relativo abbassamento piezometrico misurato nel pozzo stesso.Pozzo.Perforooveèstata installatauna tubazionemunitadifiltri incorrispondenzadiun livello acquifero e dotato di sistema di pompaggio e di eduzione; alla sommità è provvisto di una testastagnacheimpediscelacontaminazioneconleacquesuperficiali.Pressione di filtrazione.Incrementodellapressioneidrostaticadovutaallafiltrazionedell’acqua.Pressione geostatica (o litostatica).Èlapressioneesercitatasuognigranulodirocciainprofondità dal carico di rocce sovrastanti. Essa si trasmette in ogni direzione e si misura con il peso dellacolonnadi rocciachegravasull’unitàdisuperficie(sinonimi:pressione litostatica,di seppellimentoodiconfine).Pressione idrostatica. Pressione in un liquido in condizioni statiche. Per la legge di Stevino è il prodottoγ*Hdelpesospecificodelliquidoperladifferenzadiquotatraundatopuntoela superficiepiezometrica.Pressione neutra o interstiziale,u (F·L–2).Pressioneesercitatadall’acquacontenutanegliinterstizi di un terreno poroso.Prevalenza (di una pompa).Massimaaltezzaacuiunapompapuòsollevarel’acqua.Prospezione geoelettrica. Indaginedi sottosuolo finalizzataalladeterminazionedella resistività elettricadeivariterreni(elettrostrati),utilenelleindaginiidrogeologiche.Prova a gradini di portata. Prova di pompaggio a tre o più gradini di portata costanti. Utile per avere informazioni sulle condizioni di sfruttamento del sistema pozzo-acquifero (portata critica,portatadiesercizio,ecc.).Prova di lunga durata. Prova di pompaggio ad un unico gradino di portata costante,

VII

generalmente prossima alla portata di esercizio. Utile per avere informazioni sui parametri idrogeologici dell’acquifero (coefficiente di permeabilità, trasmissività, coefficiente di immagazzinamento).Prova di permeabilità. Prova effettuata in sito (pozzo, piezometro, pozzetto superficiale, con permeametro, ecc.) o in laboratorio (permeametro) per determinare il coefficiente di permeabilità del mezzo indagato.Prova di pompaggio. Estrazione di acqua sotterranea tramite pozzi (o anche piezometri), con relativamisuradiportataemunta,abbassamentodellivellopiezometriconelpozzo,risalita dellivellopiezometricodopol’arrestodell’emungimento,tempidiemungimentoedirisalita. Asecondadeltipodiprova,fornisceinformazioniindispensabiliperlaproduttività/gestione del sistema pozzo-acquifero, quale la portata di esercizio del pozzo (prova a gradini di portata),osuiparametriidrogeologicidell’acquifero(provadilungaduratasustazionediprova, ovveropozzodotatodialmenounpiezometroall’internodelconodidepressione.

QQualità dell’acqua.Caratteristichechimico-fisiche-biologichedell’acqua.

RRaggio di influenza (o di azione, di un pozzo). Raggio del cono di depressione di un pozzo misuratosullasuperficiepiezometrica.Puòessereanchedefinitocomeladistanzadalcentro delpozzodelpuntopiùlontanoincuilasuperficiepiezometricanonvieneabbassataquando il pompaggio ha prodotto la massima portata costante.Rapporto isotopico. Rapporto di massa tra l’isotopo più pesante e quello più leggero di uno stesso elemento.Regime stazionario (o di equilibrio). Fase di emungimento di acqua da un pozzo in cui il livello dinamico e il cono di depressione si stabilizzano.Regime transitorio (o di non equilibrio). Fase di emungimento di acqua da un pozzo in cui il livello dinamico si abbassa e il cono di depressione si allarga.Residuo fisso (RF) o secco (RS). Corrisponde al peso in grammi dei composti solidi secchi presenti nell’acqua.Rete di flusso (o di deflusso).Rappresentazionegraficadilineediflussoelineeequipotenziali(v.), utilizzatanellostudiodifenomenidifiltrazione.Rete piezometrica. Insieme di pozzi e/o piezometri utilizzati in una determinata area per il monitoraggiodeilivellipiezometriciedieventualialtremisure(parametrichimico-fisici,ecc.) o per campionamento delle acque.Ricarica. Processo di ripascimento naturale di una falda per effetto del ciclo idrologico.Ricarica artificiale.Operazioneconsistentenell’immettereartificialmenteacquainfaldamediante pozzi di immissione.Rilievi idrogeologici.Irilievicheintegranoidatideirilievilitostratigraficiestrutturaliconlaraccolta ditutteleinformazionirelativeaipuntidiacqua,qualipozzi,sorgenti,fontaniliesimili.Irilievi idrogeologici permettono anche di raccogliere informazioni traducibili in elaborati che rappresentino la distribuzione areale dei terreni in funzione delle loro caratteristiche di permeabilitàedhannoloscopodidefinirelapresenzaelemodalitàdellacircolazioneidrica sotterranea, anche in rapporto all’idrografia superficiale. Il rilievo idrogeologico assume particolare importanzanelcasodi realizzazionedigalleriee trinceeprofonde,chehanno maggioricapacitàd’interferenzapotenzialeconl’idrologiasotterranea.Risalita.Movimentoascendentedel livello dinamicodi unpozzodalla cessazionedell’attività di pompaggio.Riserva idrica (o sotterranea).Volumediacquagravificaimmagazzinatainunacquiferochenon vieneagiornonaturalmentepercaratteristicheidrostrutturalidell’acquiferooperchéilciclo idrologicolaricaricaprimadelsuoesaurimento.E’quindiunvolumediacquanonrinnovabile nel sottosuolo.

VIII

Riserva permanente.Volumediacquagravifica immagazzinata inunacquiferoaldisottodella minimaquotadisfiorodelleacquesotterranee.Riserva regolatrice.Volumedi acquagravifica immagazzinata tra il livellopiezometricominimo dellaquotadisfioroeillivellopiezometricomisuratoallafinedelperiododiesaurimentodella faldaodellesorgenti,riferitoall’annomediooadundeterminatoannoidrologico.Risorsa dinamica. Volume di acqua gravifica immagazzinata in un acquifero che determina le variazioni di portata della sorgente e/o della falda nel corso del periodo di esaurimento.Risorsa idrica.Volumediacquagravificarinnovabileogniannoduranteilnormalecicloidrologico.Risorsa idrica utilizzabile.Risorsadestinabileagliusi,tenendocontodeivincolidicaratteresocio- economico,dituteladelleacque,dicompatibilitàambientaleediqualità. S Salamoia.Soluzionesalinaconcontenutodisalidiscioltimoltoelevato,superioreaquellodell’acqua di mare.Salinizzazione. Aumento della concentrazione dei sali disciolti in acqua.Sezione idrogeologica.Rappresentazionesuunpianoverticaledell’assettoedellecaratteristiche idrogeologiche dei litotipi presenti.Sistema acquifero. Insieme di orizzonti acquiferi e di orizzonti più o meno impermeabili, sovrapposti,cheformanoun’unicaunitàidrogeologica.Soggiacenza.Distanzatralasuperficietopograficaelasuperficiepiezometrica.Solubilità.Sidefiniscesolubilità(omiscibilità)diunsolutoinunsolvente,adeterminatecondizioni di temperatura e pressione, la massima quantità di un soluto che in tali condizioni si scioglieinunadataquantitàdisolvente,formandointalmodofaseconesso.Ilrapportotra soluto e solvente per unità di soluzione è espressa dalla concentrazione.Sorgente. Punto della superficie del terreno in cui le acque sotterranee vengono a giorno naturalmente.Rappresenta un punto di intersezione tra la superficie piezometrica e la superficietopografica.Sostenibilità dei prelievi sotterranei. Situazione che si ha quando i prelievi idrici sono mediamente ugualioinferioririspettoallaricarica,inmodochesideterminineltempoun equilibrio nel bilanciodella falda conuna ragionevole stabilizzazionedella sua superficie piezometrica.Sovrasfruttamento della falda. Emungimento di acqua da una falda con portata superiore a quella della sua alimentazione.Stratigrafia del pozzo. Descrizione dei terreni attraversati durante la perforazione di un pozzo.Superficie piezometrica. Superficie in cui la pressione dell’acqua eguaglia la pressione atmosferica. In una falda libera o freatica la superficie piezometrica è definita anche superficie freatica o tavola d’acqua; in una falda confinata in pressione la superficie piezometricaèunasuperficievirtuale,individuabilesolopermezzodipozziopiezometriche intercettano la falda stessa e coincidente con il livello idrico raggiunto nel pozzo/piezometro.Sviluppo (o espurgo o spurgo) di un pozzo. Operazioni effettuate in un pozzo per ripulire ed aumentarnel’efficienzaidraulicaeladurata.

TTDS (Total Dissolved Solids). Concentrazione totale dei costituenti solidi disciolti in acqua, in genere espressa in mg/l.Tempo di risposta.Tempotrascorsodalmomentoincuisiverificaunfenomenoeilmomentoincui se ne riscontrano gli effetti.Tetto impermeabile.Orizzonteimpermeabilechedelimitasuperiormenteunacquiferoconfinata.Torbidità.Condizionediunliquidodovutaallapresenzadiparticellesolidefiniinsospensione.Tracciamento (o tracciatura). Indagine idrogeologica consistente nell’immettere in falda un tracciante per ottenere informazioni su percorso e/o provenienza delle acque, sulla permeabilitàdegliacquiferiesull’originedifenomenidiinquinamento.

IX

Tracciante.Sostanzanaturaleoartificialeutilizzataperavereinformazionisulleacquesuperficialio sotterranee,qualipercorso,velocità,provenienza,inquinamento,ecc.Trasmissività, T. Prodotto tra coefficiente di permeabilità e spessore della porzione datura dell’acquifero.Latrasmissivitàpuòancheesseredefinitacomeilvolumediacquagravifica chepassanell’unitàdi tempo,pereffettodiungradiente idraulicounitario,attraversouna sezione (ortogonale alla direzione di flusso) di larghezza unitaria e di altezza pari allo spessoresaturodell’acquifero(allatemperaturadi20°C).Trizio (Tritio). Il trizio (simbolo 3HoT)èunisotoporadioattivodell’idrogenoconunnucleoformato daunprotoneedueneutroni.E’usatocometraccianteeperdatazionidell’acqua.Tubo cieco.Partedellatubazionediunpozzo,privadifenestrature,inmododaevitarel’ingresso di acqua nel pozzo.Tubo filtro.Partedella tubazionedi unpozzo,munitadi fenestrature, perpermettere l’ingresso dell’acquanelpozzo.Tubazione telescopica. Rivestimento di un pozzo fatto con più tubazioni di diverso diametro.

UUmidità (del suolo). Acqua contenuta nel terreno non saturo.Unità idrogeologica. Porzione di territorio delimitabile per caratteristiche morfologiche nella quale sono presenti uno o più (normalmente sovrapposti) acquiferi che possono anche essere idraulicamente interconnessi.Upconing. Processo per cui l’acqua marina viene richiamata all’interno della zona acquifera occupatadaacquadolce,ingeneredovutoadattivitàdipompaggiodell’acquadolce.

VVelocità apparente. Velocità dell’acqua di falda di Darcy, ovvero il prodotto del coefficiente di permeabilitàKperilgradienteidraulicoi.Velocità reale o effettiva.Velocitàeffettivadell’acquadifalda,datadalrapportotralavelocitàdi Darcyelaporositàefficace.Lavelocitàrealeèdunquesuperioreaquellaapparente.Viscosità.Grandezzafisicacheindicalaresistenzadiunfluidoalloscorrimento.

ZZona di fluttuazione (o di oscillazione). Porzione di un acquifero che viene a trovarsi alternativamentenellazonasaturaenellazonanonsatura,pereffettodelleoscillazionidella superficiepiezometricadiunafaldalibera,generalmenteinfunzionedeiperiodidiricarica/ discarica.Zona di miscelazione. Zona che separa i domini occupati da due liquidi con caratteristiche chimico- fisichedifferentiedattraversolaqualeleloroproprietàvarianogradualmentedall’unoall’altro (es.nelfenomenodell’intrusionemarina).Zona non satura (o di aerazione).Porzionediacquiferoliberosituatatralasuperficietopografica elasuperficiepiezometrica.Lazonanonsaturapuòesserepresenteancheinunacquifero confinatononsaturoequindisenzafaldaacquiferainpressione.Zona satura.Porzionediacquiferopostataldisottodellasuperficiepiezometricadiunacquifero liberootradueorizzontiimpermeabilidiunacquiferoconfinatoconfaldainpressione,incui tuttiivuoticomunicantisonosaturid’acqua.Zona vadosa. Vedi zona non satura.

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Schema idrogeologico nell’area Versilia-Alpi Apuane (autori: Simone Da Prato, Marco Doveri, Matia Menichini, Giulio Masetti)

Schema idrogeologico del sistema idrotermale di Equi Terme -Toscana NW (da Molli et al, 2015)

S. Anna di Stazzema - canale dei mulini inquinato dai drenaggi acidi delle miniere Foto: Roberto Giannecchini