VII

IDROGEOLOGIA

CICLO IDROLOGICO P = ETR+R+IPrecipitazione P = quantità d’acqua che giunge al suolo

Evapotraspirazione ETR = quantità d’acqua che ritorna all’atmosfera per evaporazione e traspirazioneRuscellamento R = quantità d’acqua che scorre in superficie raggiungendo i fiumi, i laghi o il mare

Infiltrazione I = quantità d’acqua che si introduce nel terreno (percolazionepercolazione) e raggiunge la falda acquifera

IDROGEOLOGIA

Zona di Infiltrazione

Zona di percolazione

Zona di saturazione

Falde sospese

Falda

frattura

Si organizzano in corpi idrici con caratteristiche differenti a seconda della natura delle rocce in cui si accumulano

ACQUE SOTTERRANEE

in rocce CRISTALLINE O in rocce CRISTALLINE O SEDIMENTARIESEDIMENTARIE (non soggette a fenomeni carsici): - circolano prevalentemente in fratture e discontinuità, - non costituiscono grandi serbatoi naturali (emergenze con scarse portate)

in rocce SEDIMENTARIE in rocce SEDIMENTARIE interessate da DISSOLUZIONE interessate da DISSOLUZIONE CARSICACARSICA (calcari, dolomie e gessi): - circolano in fratture ma anche in cavità e condotti, allargati per dissoluzione, - costituiscono grandi serbatoi naturali (emergenze con buone portate)

in DEPOSITI SCIOLTI:in DEPOSITI SCIOLTI: - circolano nei vuoti presenti tra un granulo e l’altro, - costituiscono serbatoi naturali di notevole capacità, - sono soggette a scambi con acque superficiali.

ACQUIFEROACQUIFERO

Formazione di rocce permeabili in grado di contenere acqua acqua estraibileestraibile.

Può essere permeabile per porosità porosità (sabbie, ghiaie), o per fratturazionefratturazione (lave, graniti).

Aree estremamente variabili da pochi ettari a migliaia di km2 , spessori da pochi metri a centinaia di metri.

Velocità di movimento dell’acqua all’interno dell’acquifero: da parecchi m/giorno (acquiferi carsici) a pochi cm/secolo (acquiferi molto poco permeabili).

TIPI DI ACQUIFEROAcquiferi permeabili per porositàAcquiferi permeabili per porosità

In rocce caratterizzate da reti di pori interconnessipori interconnessi. Tipici di rocce sedimentarie (acquiferi alluvionali).

Pori interconnessi dovuti a fenomeni di: degradazione (fisica o chimica), erosione (eolica, fluviale, glaciale, ecc.), sedimentazione (in ambiente marino o continentale) e diagenesi (costipamento, cementazione) che le particelle hanno subito (sabbie, arenarie, depositi alluvionali).

TIPI DI ACQUIFEROAcquiferi permeabili per fratturazioneAcquiferi permeabili per fratturazione

In rocce caratterizzate da reticoli di discontinuità (fratture) più o meno fitti. Tipici di rocce con moltissime micro- e macro-fratture che formano veri e propri canali comunicanticomunicanti (Acquiferi carbonatici).

Acquiferi a permeabilità mistaAcquiferi a permeabilità mista

In rocce caratterizzate da pori interconnessi e da reticoli di discontinuità (acquiferi in piroclastiti, in dolomie).

frattura

frattura

frattura

LIMITI IDROGEOLOGICILIMITI IDROGEOLOGICISi distinguono in:

- limiti di permeabilità

- limiti di bacini sotterranei (spartiacque sotterranei)

- limiti di bacini idrografici (spartiacque superficiali)

- superfici di falda

limite di permeabilità

limite di bacino sotterraneolimite di bacino idrografico

superficie di falda

LIMITI IDROGEOLOGICI

Limiti di permeabilitàLimiti di permeabilità Elementi geometrici (stratigrafici o tettonici) che condizionano la circolazione idrica sotterranea sbarrandola, impediscono il deflusso dell’acqua.

Limite di permeabilità: limite tra roccia permeabile e roccia compatta o strato di

argilla

LIMITI IDROGEOLOGICI

Spartiacque sotterraneoSpartiacque sotterraneo Limite dell’area in cui le acque di infiltrazione percolanopercolano verso lo stesso acquifero. Elemento geometrico (stratigrafico, tettonico o morfologico) che condiziona il deflussodeflusso delle acque sotterranee.

>> BACINO IDROGEOLOGICO (area che contribuisce all’alimentazione della falda idrica)

Spartiacque superficialeSpartiacque superficiale Limite dell’area in cui le acque superficiali ruscellanoruscellano verso lo stesso corso d’acqua, limite coincidente con le sommità dei rilievi.

>> BACINO IDROGRAFICO (area che contribuisce all’alimentazione di un corso d’acqua)

LIMITI IDROGEOLOGICI

Superfici di faldaSuperfici di falda Superfici che delimitano superiormente il terreno saturo contenente acque che circolano per gravità da quello non saturo. Possono oscillare liberamente in funzione delle condizioni di alimentazione.

terreno saturo

terreno non saturo

Formazione permeabile

Livello di faldaLivello di falda

FALDAFALDA

Bacino idrografico Bacino idrografico Bacino Bacino idrogeologicoidrogeologico

Spartiacque Spartiacque superficialisuperficiali

Spartiacque Spartiacque sotterraneo (faglia)sotterraneo (faglia)

Bacino idrografico Bacino idrografico Bacino Bacino idrogeologicoidrogeologico

Spartiacque superficiale Spartiacque superficiale

Spartiacque sotterraneo (faglia)

Spartiacque sotterraneo

per variazione geologica

Bacino idrografico Bacino idrografico Bacino Bacino idrogeologicoidrogeologico

Falda libera o freaticaFalda libera o freatica

Falda limitata solo inferiormente da uno strato impermeabile.

TIPI DI FALDE

Superficie piezometrica = Superficie della falda

Superficie della falda

FaldaFalda imprigionata o in pressione.imprigionata o in pressione.

Falda limitata superiormente ed inferiormente da strati impermeabili. Perforando un pozzo il livello risale al di sopra del tetto dello strato permeabile.

Superficie piezometrica Superficie della falda

TIPI DI FALDE

Falda artesiana: falda imprigionata, il cui livello risale al di sopra del piano campagna.

Pozzo artesianoPozzo

Rapporto tra falda e superfici libere d’acqua

Falda Falda Fiume Fiume

In DEPOSITI ALLUVIONALI sono favoriti scambi con acque superficiali

drenadrenaalimentaalimenta

Effetti delle variazioni variazioni stagionali delle stagionali delle

piogge piogge susulla superficie di falda

CLASSIFICAZIONE DELLE SORGENTI(Civita, 1972)

Criterio di classificazione geometrico (rapporto tra formazione acquifera e limite di permeabilità)

Sorgente puntuale Sorgente puntuale

Punto in cui superficie impermeabile, superficie della falda e superficie topografica si intersecano

Sorgente lineare Sorgente lineare

Linea lungo la quale superficie della falda e superficie del terreno si intersecano (fiumi alimentati da falde)

TIPI DI ACQUA NELLE ROCCE

Acque di ritenzione (1+2+3) e Acque libere (4)Acque di ritenzione (1+2+3) e Acque libere (4)

3) Acqua capillare: dovuta alla tensione superficiale (le molecole di acqua in prossimità della superficie, sono soggette a forze di attrazione verso il basso non bilanciate per l’assenza di liquido al di là della superficie stessa) ed all’adesione del liquido alle superfici con cui è in contatto4) Acqua libera: libera di muoversi per gravità

Acque strettamente legate ai granuli da forze elettrostatiche

1) Acqua igroscopica: velo di spessore 0.1 micron, dovuto alla condensazione di umidità atmosferica intorno ai granuli2) Acqua pellicolare: involucri di spessore 1-2 micron adsorbiti intorno ai minerali

Granulo

PARAMETRI IDROGEOLOGICIPorositàPorositàRapporto tra il volume dei vuoti ed il volume totale di roccia

T

v

V

Vn

Porosità efficacePorosità efficaceRapporto tra il volume dei vuoti intergranulari comunicanti ed il volume totale di roccia.

T

ge V

Vn

Esempio di roccia con porosità efficace Esempio di roccia con porosità efficace bassabassa

Permeabilità kPermeabilità kAttitudine delle rocce a lasciarsi attraversare da un fluido (cm/s). Dipende dal mezzo e dal fluido:

k = K g /

(permeabilità intrinseca K), (viscosità dinamica , densità e accelerazione di gravità g). La temperatura delle acque sotterranee in condizioni normali subisce oscillazioni di modesta entità, e possono essere considerati costanti, di conseguenza anche k.

PARAMETRI IDROGEOLOGICI

Permeabilità per POROSITA’Permeabilità per POROSITA’ Permeabilità per FESSURAZIONEPermeabilità per FESSURAZIONE

Tipi di permeabilità

P e r p oro s ità P e r fe ssu ra z io ne M is ta

P e rm e a b ilità

Esempio di permeabilità per porositàper porosità

Permeabilità per porosità Permeabilità per porosità elevataelevata

Sabbia Sabbia

Esempio di permeabilità per fratturazioneper fratturazione

Permeabilità per fratturazione Permeabilità per fratturazione ElevataElevata

Permeabilità per porosità e per Permeabilità per porosità e per fratturazione fratturazione bassebasse

Esempio di permeabilità

Esempio di permeabilità secondaria per fessurazioneEsempio di permeabilità secondaria per fessurazione

Fessure di essiccamento in argillaFessure di essiccamento in argilla

Valori medi di k delle terre

Grado di permeabilità Permeabilità

(cm/s)

Tipo di terra

AltoAlto

MedioMedio

BassoBasso

Molto bassoMolto basso

>1

1-10-2

10-2-10-7

10-7-10-9

Ghiaie

Sabbie

Sabbie fini e silt

Argille

Valori di k di alcuni tipi di rocce

Rocce Permeabilità in laboratorio

(cm/s)

Permeabilità in sito

(cm/s)

Arenarie

Argilliti

Siltiti, dolomie

BasaltiBasalti

Graniti

Scisti

3*10-3-8*10-8

10-9-5*10-13

10-5-10-13

10-12

10-7-10-11

10-8

10-3-3*10-8

10-8-10-11

10-3-10-7

10-2-10-7

10-4-10-9

2*10-7

k da bassa a molto bassa

k da media a molto bassa

PARAMETRI IDROGEOLOGICI

Trasmissività TTrasmissività T

Prodotto dello spessore di un acquifero (H) per la sua permeabilità (k), si esprime in m2/s:

T = k·H

GradienteGradiente idraulico di un acquiferoidraulico di un acquifero

EFFETTI DELLE CAPTAZIONI SULLE FALDE ACQUIFERE

LIVELLO STATICOQuota del livello dell’acqua in un pozzo in assenza di emungimento

LIVELLO DINAMICOLivello dell’acqua in un pozzo in cui avviene pompaggio

t0

t1

t2

CHIMISMO DELLE ACQUE SOTTERRANEE

Le acque superficiali e sotterranee contengono micro-organismi, gas, sostanze organiche ed inorganiche.

Principali composti inorganici in forma ionica:Na+, K+, Ca++, Mg++,Cl-, SO4

--, HCO3- , (CO3

--), (NO3-).

La qualità di un’acqua sotterranea dipende da:- quantità di ioni contenuti (Na+, K+, Fe++, Mn++, etc.),- condizioni di temperatura e pressione, - tipo di roccia attraversata,- tempo di contatto acqua-roccia (circolazione rapida, acqua meno mineralizzata).

Tempo di residenza delle acque in falda: giorni, settimane, in alcuni casi >10.000 anni.

INQUINAMENTO DELLE ACQUE SOTTERRANEE

Per cause naturali e/o antropiche (indirette o dirette).

Cause naturaliCause naturali: contatto con rocce contenenti ioni inquinanti (es. Arsenico).

Cause antropicheCause antropiche: : Indirette.Indirette. Forti emungimenti possono indurre: ingressione di acque marine, richiamo di acque superficiali contaminate, etc.

(1 g/cm3)(circa 1.025 g/cm3)

pozzettod ’infiltraz ione

bacinoinquinato

areaagricola

d iscarica

fasenonm isc ib ile

serbatoiod i carburante

superficie freatica

serbatoio d i solventic lorurati

direzione d i fl usso del la falda

inquinantedisciolto

(Kinze lb a c h)

Cause antropicheCause antropiche: : Dirette.Dirette. Fonti di inquinamento puntuali (discariche, pozzi disperdenti, rifiuti industriali, etc.); fonti di inquinamento diffuse (fertilizzanti, pesticidi, etc.).

INQUINAMENTO DELLE ACQUE SOTTERRANEE